SIFAT FISIKOKIMIA PROSES PENGKOMPOSAN
TESIS
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
OLEH Herdayanto Sulistyo Putro NIM. 20504028 PROGRAM STUDI KIMIA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
ABSTRAK
SIFAT FISIKOKIMIA PROSES PENGKOMPOSAN
oleh Herdayanto Sulistyo Putro NIM. 20504028
Sampah selalu menjadi permasalahan setiap wilayah, terutama di Indonesia. Komposisi sampah di tiap kota menunjukkan bahwa 70% dari total sampah kota adalah sampah organik dan sekitar 60% dari seluruh sampah kota tersebut dihasilkan dari sampah rumah tangga. Pengolahan sampah organik menjadi penting karena dapat mengurangi sebagian besar timbulan sampah dan mengatasi masalah sampah kota secara keseluruhan. Metode pengolahan sampah organik yang paling ekonomis dan ramah lingkungan adalah pengkomposan. Proses pengkomposan merupakan proses yang merubah material organik menjadi material yang lebih stabil yang mengandung substansi humus melalui tahap termofilik. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa dalam proses pengkomposan terjadi perubahan jenis mikroba pada masing-masing fasenya. Fase inisiasi didominasi oleh mikroba mesofilik lalu pada fase utama timbul mikroba jenis termofilik kemudian pada fase pendinginan dan pematangan terbentuk kembali jenis mikroba mesofilik yang baru. Hal ini ditunjukkan dari perubahan temperatur yang signifikan selama pergantian fase pada proses pengkomposan. Berbagai macam metoda telah dilakukan untuk memperoleh berbagai jenis mikroba yang terlibat selama proses pengkomposan berlangsung. Pengamatan sifat fisikokimia selama proses pengkomposan merupakan metoda paling sederhana yang dapat menjelaskan pola pergantian fase-fase proses pengkomposan tersebut. Sifat fisikokimia yang sangat penting untuk diamati adalah perubahan temperatur dan pH. Data temperatur dan pH dapat menentukan fase-fase dalam pengkomposan dan menjadi basis data yang cepat, mudah dan sederhana yang dapat digunakan untuk patokan penelitian mengenai proses pengkomposan sebelum dimulai analisis lainnya. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari sifat fisikokimia dari proses pengkomposan dan membahas pola perubahan sifat tersebut terhadap jenis mikroba dan proses degradasi sampah di tiap fase-fasenya. Tahap pertama yang dilakukan adalah pembuatan reaktor sampah skala medium. Selanjutnya pengambilan sampel kompos di pasar tradisional untuk mengamati optimasi proses pengkomposan dalam reaktor. Setelah diperoleh bahwa temperatur kompos dalam reaktor tidak dapat mencapai tinggi, dilakukan
ii
pengambilan sampel lagi di tempat pengkomposan TPS Cibangkong. Penentuan titik sampel kompos dilakukan dengan mengamati perubahan temperatur dan pH yang terjadi selama proses pengkomposan. Titik sampel yang diambil tersebut mewakili setiap fase yang ada di dalam proses pengkomposan. Pembuatan kompos menggunakan reaktor menghasilkan proses degradasi yang masih cukup lama dan tidak mencapai temperatur termofilik. Temperatur tertinggi yang diperoleh dari kompos dalam reaktor hanya mencapai 43,3 oC dan proses pematangan mencapai 3-4 bulan dari saat pertama kali dimasukkan sampah segarnya. Kapasitas reaktor yang tidak besar dan sistem aerobik yang tidak berjalan dengan baik mengakibatkan kenaikan temperatur menjadi terhambat. Proses anaerobik yang terjadi di dalam reaktor mengakibatkan timbulnya bau busuk seperti kotoran sapi, terutama pada keluaran air lindi yang mengalir keluar dari reaktor. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa reaktor pengkomposan yang didesain masih membutuhkan optimasi lebih lanjut dan belum bisa digunakan dalam pengambilan data sifat fisikokimia dari tiap fase selama proses pengkomposan. Pengambilan sampel kompos sampah kota dilakukan di TPS Cibangkong dimana suhu maksimum pengkomposan mencapai 70oC. pH selama proses juga mengalami perubahan dari 6 menjadi 10 saat fase utama kemudian turun hingga 8 saat fase pendinginan dan pematangan. Titik sampel diambil pada hari 3, 14 dan 28 dimana temperatur rata-rata masing-masing sampel adalah 44oC, 69,5oC, dan 37,5oC. Berdasarkan perubahan temperaturnya, mikroba yang hidup di fase inisiasi adalah jenis mikroba mesofilik lalu pada fase utama adalah jenis termofil kemudian pada fase pendinginan dan pematangan tumbuh jenis mesofil kembali. Berdasarkan aktifitas degradasi dari perubahan pH, mikroba mesofilik pada fase inisiasi merupakan jenis bakteri fermentasi yang mendegradasi substrat organik yang mudah terdegradasi dan menurunkan nilai karbon organik. Selanjutnya pada fase utama, bakteri proteolitik mulai mendegradasi protein dan melepaskannya dalam bentuk gas amoniak. Setelah itu, terbentuk mikroba mesofilik baru yang berfungsi menghancurkan komponen organik yang lebih kompleks. Kata kunci : Kompos, temperatur, pH, reaktor sampah
iii
ABSTRACT
PHYSICOCHEMISTRY PROPERTIES OF COMPOSTING PROCESS
by Herdayanto Sulistyo Putro NIM. 20504028
Waste dumping has always been a major problem in any development countries, especially Indonesia. Waste composition in every city showed that about 70% of total municipal waste is organic waste and 60% of them are made from residential waste bin. Organic waste treatment has become notable because it might reduced amount of waste stack and solved municipal waste problem extensively. The most economic and environmental friendly of organic waste treatment is composting process. Composting turns easily degradable organic matter into stable matter containing a humic-like substance by passing through a thermophilic stage. Previous research shown that there was changing on microbial communities during composting process. While Initiation phase were dominated by mesophilic microbes and then changed to thermophilic microbes at the main phase. Afterwards, new mesophilic microbes were presence during cooling and maturing phase. This pattern was exposed by significant temperature changes during each step of composting phases. Many methods have been developed to regain the diverse species of microbes during composting process. In this research, physicochemistry properties were observed during composting process and showed that there were changing during the composting process. The crucial physicochemistry properties are temperature and pH for determining composting phases and also provided fast, easy and simple data. The aim of this research was to study physicochemistry properties during composting process and deducts the dynamic pattern of the microbial communities of habitating during the process. First step of the research was to design medium scaled composting reactor. The reactor was used for composting process from traditional market waste. Temperature observation during the process showed that the highest temperature was gained at 43,3 oC and maturing process took 3-4 months. The low temperature reached at composting process might due to the small capacity of reactor and the failure to maintain aerobic system which inhibits thermophilic state. Since the maximum temperature was unable to reach thermophilic state, the compost sample in reactor are not used in further observation.
v
Another compost was collected to determine the sample points for the research. The compost samples were determined by the observation of temperature and pH changes for a whole month. Each of sample steps were represented the composting phase. The samples were taken from TPS Cibangkong that showed maximum composting temperature at 70 oC. The changes of pH were also monitored as from pH 6 to pH 10 then slightly went down to pH 8. Samples were taken on day 3, day 14, and day 28 which had average temperature at 44oC, 69,5oC, 37,5oC. Based on the temperature changes, mesophilic bacteria might exist at initiation phase, afterward the thermophilic bacteria replacing on the sample at main phase was reached, followed by cooling and maturing phase with probably the new mesophilic bacteria was replacing the thermophiles. According on pH change, probably due to the mesophilic bacteria in initiation state were used easily degradable substrates and proliferate, also in results of a decrease in TDOC (total dissolve organic carbon). Subsequently in main phase, proteolysis bacteria degarded protein and produced NH3 gas. After that, new mesophilic bacteria were degraded the remaining complex compounds since easily degradable compounds inducing temperature increase were lost. Keyword : Compost, temperature, pH, waste reactor
vi
SIFAT FISIKOKIMIA PROSES PENGKOMPOSAN
Oleh
HERDAYANTO SULISTYO PUTRO NIM : 20504028
Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Pembimbing Tanggal : __________________
_____________________________________ (Dr. Akhmaloka)
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
viii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan.
Penelitian tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan dan dorongan semangat dari berbagai pihak. Untuk itu penulis menghaturkan terima kasih serta penghargaan kepada: 1. Bapak Dr. Akhmaloka selaku pembimbing penelitian. 2. Seluruh staf pengajar, khususnya bidang biokimia, di departemen Kimia ITB yang telah mengajar, mendidik dan membantu penulis hingga dapat menyelesaikan tahap S2. 3. Seluruh karyawan departemen Kimia ITB dan staf laboratorium Biokimia yang telah membantu penulis secara langsung maupun tidak langsung. 4. Keluargaku di Surabaya (Papa, Mama, Mertua dan adik-adik) yang selalu memberikan dukungan serta do’a yang tulus kepada penulis. 5. Istriku, Ira, dan putriku yang lucu, Dara, atas dukungan semangat dan cintanya. 6. Pak Suwardjiman dan para pemulung di TPS RW 11 Cibangkong atas bantuannya selama melakukan sampling kompos. 7. Bapak dan ibu S3 grup penelitian pak Akhmaloka : bu Heni, bu Lulus, bu Hira, bu Prima, mbak Puspa, mbak Vera, mbak Aan, pak Savante dan bu Rini yang sangat membantu penelitian ini, tanpa kalian penelitian ini tidak akan dapat terselesaikan. 8. Bapak Dr. Taufikurrahman dan LSM Green Life Society yang memberikan kemudahan dalam mencari informasi mengenai sampah dan lingkungan. 9. Bapak Prof. Dr. Enri Damanhuri dan ibu Dr. Tri Padmi Damanhuri dari Teknik Lingkungan ITB yang menyisihkan waktu diskusi yang berharga di sela-sela kesibukannya.
ix
10. Teman-teman mahasiswa S1 dan S2 terutama teman-teman di bidang biokimia yang menemani selama penulis
melakukan penelitian di
laboratorium. 11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan. Meskipun demikian, penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan umumnya dan pengembangan biodiversitas mikroba di bidang biokimia pada khususnya.
Bandung, September 2007 Penulis
x
DAFTAR ISI ABSTRAK ....................................................................................................
ii
ABSTRACT ..................................................................................................
v
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ...........................................................
viii
UCAPAN TERIMA KASIH .........................................................................
ix
DAFTAR ISI .................................................................................................
xi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xiv
DAFTAR KURVA ........................................................................................
xv
DAFTAR TABEL .........................................................................................
xvi
DAFTAR SINGKATAN ..............................................................................
xvii
BAB I
Pendahuluan ...............................................................................
1
I.1
Latar Belakang ...........................................................................
1
I.2
Rumusan Masalah ......................................................................
2
I.3
Tujuan Penelitian .......................................................................
2
I.4
Strategi Penelitian ......................................................................
3
I.5
Sistematika Tesis .......................................................................
3
BAB II
Tinjauan Pustaka ........................................................................
4
II.1
Sampah ......................................................................................
4
II.1.1
Klasifikasi Sampah ....................................................................
4
II.1.2
Pertumbuhan Sampah Kota .......................................................
5
II.1.3
Sampah Organik ........................................................................
6
II.2
Kompos dari Sampah Organik ..................................................
7
II.2.1
Jenis Kompos .............................................................................
7
II.2.2
Manfaat Kompos .......................................................................
8
II.2.3
Komposisi dan Parameter Kualitas Kompos .............................
9
II.2.4
Proses Pengkomposan ...............................................................
11
II.3
Metoda Pembuatan Kompos dan Reaktor Kompos ...................
12
xi
BAB III
Metodologi Penelitian ................................................................
17
III.1
Alat ............................................................................................
17
III.2
Bahan .........................................................................................
17
III.3
Cara Kerja ..................................................................................
18
III.3.1
Pembuatan Reaktor Sampah ......................................................
18
III.3.2
Pengambilan Sampah Organik ..................................................
18
III.3.3
Pembuatan Sampel Kompos ......................................................
18
III.3.4
Sampling Kompos .....................................................................
19
III.3.4.1
Pengamatan Temperatur Kompos ..............................................
19
III.3.4.2
Pengamatan pH Kompos ...........................................................
19
BAB IV
Hasil dan Pembahasan ………………………….......…………
20
IV.1
Reaktor dan Proses Pengkomposan Skala Kecil .......................
20
IV.1.1
Reaktor Kompos ........................................................................
20
IV.1.2
Sampling Sampah sebelum Dikomposkan ................................
21
IV.1.3
Proses Pengkomposan dalam Reaktor .......................................
22
IV.2
Sampel Kompos TPS Cibangkong ............................................
25
Kesimpulan ................................................................................
31
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
28
BAB V
xii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A
……. 34 Pembuatan Reaktor Sampah ………...……….............................
Lampiran B
……. 37 Tempat Pembuangan Sementara Cibangkong …..........................
xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1
……. 11 Diagram alir proses dasar pengkomposan ….............………….......
Gambar 2
……. 17 Skema metodologi penelitian ………………...................................
Gambar 3
Desain sederhana reaktor kompos ……............……........................ ……. 20
Gambar 4
……. 21 Reaktor kompos …......................................................................…..
Gambar 5
……. 21 Hasil sampling sampah …......……………………………….…….
Gambar 6
……. 22 Perlakuan sebelum dikomposkan …..........................………….......
Gambar 7
Perubahan tekstur kompos dalam reaktor ………............................ ……. 23
Gambar 8
……. 23 Perubahan warna kompos selama proses ………….........................
Gambar 9
Kebocoran pada reaktor …..........................................................….. ……. 25
Gambar 10 Tempat pengambilan sampel kompos sampah kota …...............….. ……. 26 ……. 27 Gambar 11 Tiga titik sampel kompos …...……………………………….…….
xiv
DAFTAR KURVA Kurva 1 Perubahan temperatur kompos buatan sendiri dalam reaktor ........……… 24 Kurva 2 Perubahan temperatur kompos Cibangkong .......................…......……… 28 …… 29 Kurva 3 Perubahan pH kompos Cibangkong ..................................……….......
xv
DAFTAR TABEL Tabel 1 Timbulan sampah kota Bandung pada tahun 2003 ............................………
5
Tabel 2 Komposisi sampah di Semarang, Bandung dan Jakarta tahun 1995 ..…......
6
Tabel 3 Kandungan sampah sisa tanaman ..….................................................………
7
Tabel 4 Jenis metoda pengkomposan ......................................................................... 13
xvi
DAFTAR SINGKATAN C/N DDBJ PD PVC RW TDOC TPA TPS
= = = = = = = =
Karbon per nitrogen DNA Data Base Japan Perusahaan Daerah Poli Vinil Klorida Rukun Warga Total Disolve Organic Carbon Tempat Pembuangan Akhir Tempat Pembuangan Sementara
xvii
