STUDI POTENSI PEMANFAATAN LIMBAH CAIR ORGANIK RUMAH SAKIT PMI KOTA BOGOR SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN (BIOGAS)
SKRIPSI
GINA RAHMAYANTI F14061927
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010 iii
POTENTIAL OF ORGANIC LIQUID WASTE OF PMI HOSPITAL - BOGOR AS BIOGAS FEEDSTOCK Gina Rahmayanti and Sri Endah Agustina Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology Bogor Agricultural University, IPB Dramaga Campus, PO BOX 220, Bogor, West Java, Indonesia Phone 62 251 8624622, e-mail:
[email protected]
ABSTRACT Waste is defined as all of the material that discarded from the human activities such as household, commerce, hospital, industrial, and agricultural. Biogas technology is one of technologies which can be used to convert hospital’s organic liquid waste to energy resource and other useful product such as liquid fertilizer. The objectives of this research is to determine the potential of hospital's organic liquid waste to produce biogas, and also to analyze the technical feasibility towards the implementation of biogas technology in processing of hospital's organic liquid waste. This research was divided into 2 steps: the preliminary study and the main study. In the preliminary study, raw material was analyzed (water content, C/N ratio) to find the best material and optimum composition which produce highest productivity. The selected material and composition will be use as feedstock for biogas producer plant which is observed in the main study. Result of preliminary study shows that the potential study was organic liquid waste without solids material (C/N ratio 16.36) which could produce biogas approximately 0.718 liters/day. The drum with capacity of 240 liters has been used as a continuous type digester. Result of technical analysis was indicated that the implementation of biogas technology to organic liquid waste without solid material, didn't feasible due to the low methane concentration (approximately 0.04%) in the biogas. The several factors which influenced biogas production were ambient temperature, C/N ratio, and toxic material. Keywords: organic liquid waste, biogas, renewable energy
iv
Gina Rahmayanti. F14061927. Studi Potensi Pemanfaatan Limbah Cair Organik Rumah Sakit PMI Kota Bogor sebagai Alternatif Energi Terbarukan (Biogas). Di bawah bimbingan Sri Endah Agustina. 2010
RINGKASAN Limbah merupakan semua material yang dibuang dari kegiatan rumah tangga, perdagangan, rumah sakit, industri, dan kegiatan pertanian. Pemilihan teknologi biogas merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memanfaatkan limbah cair organik yang dihasilkan oleh rumah sakit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi limbah cair organik rumah sakit untuk menghasilkan biogas dan melakukan analisis kelayakan dari segi teknis terhadap implementasi teknologi biogas untuk pengolahan limbah cair organik rumah sakit. Penelitian dibagi menjadi dua tahap, yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan meliputi pengujian bahan baku dan analisis C/N ratio. Penelitian utama meliputi analisis kelayakan secara teknis limbah cair dalam memproduksi biogas. Pengujian bahan baku dilakukan untuk mendapatkan bahan baku yang optimum dalam memproduksi biogas. Bahan yang diujikan, yaitu limbah cair tanpa padatan, limbah cair dengan padatan 4%, dan limbah cair padatan 8.3%. Bahan diujikan dengan sistem batch, masing-masing komposisi bahan dimasukan ke dalam drigen kapasitas 30 liter selama 40 hari. Bahan yang terpilih adalah limbah cair tanpa padatan, karena memproduksi biogas dengan rata-rata 0.718 liter/hari. Limbah cair organik dimasukan ke dalam digester sebanyak ½ volume total. Digester yang digunakan, yaitu digester tipe PTP - ITB dengan volume total digester 240 liter. Bahan baku dimasukan secara kontinyu sebanyak 4.8 liter/hari. Limbah cair organik yang dihasilkan oleh instalasi gizi sebanyak 15 m3/hari. Hasil analisis teknis menunjukan bahwa penerapan teknologi biogas tidak layak karena biogas yang dihasilkan memiliki konsentrasi gas metan yang kecil, yaitu 0.04% untuk limbah cair tanpa padatan pada suhu lingkungan 32oC, suhu larutan dalam digester 28oC, pH 8, produksi biogas sebanyak 5.398 liter. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi produksi biogas, yaitu suhu lingkungan yang fluktuatif, komposisi limbah yang telah terkontaminasi zat toksik, dan C/N ratio 16.36 yang kurang optimum. Limbah padatan yang berasal dari sumber limbah yang sama tidak dapat meningkatkan konsentrasi gas metan (CH4), sehingga perlu adannya penambahan bahan yang dapat meningkatkan C/N ratio bahan baku seperti serbuk gregaji, dan meningkatkan kandungan bakteri metanogen dengan penambahan kotoran ternak.
v
STUDI POTENSI PEMANFAATAN LIMBAH CAIR ORGANIK RUMAH SAKIT PMI KOTA BOGOR SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN (BIOGAS)
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Oleh GINA RAHMAYANTI F14061927
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010 vi
Judul Skripsi Nama NIM
: Studi Potensi Pemanfaatan Limbah Cair Organik Rumah Sakit PMI Kota Bogor Sebagai Alternatif Energi Terbarukan (Biogas) : Gina Rahmayanti : F14061927
Menyetujui, Pembimbing,
(Ir. Sri Endah Agustina, MS) NIP 19590801 198203.2.003
Mengetahui: Ketua Departemen,
(Dr. Ir. Desrial, M. Eng) NIP 19661201 199103.1.004
Tanggal lulus: vii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Studi Potensi Pemanfaatan Limbah Cair Organik Rumah Sakit PMI Kota Bogor Sebagai Alternatif Energi Terbarukan (Biogas) adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan negri manapun. Sumber informasi yang berasal atau kutipan dari karya yang diterbitkan maupun tidak dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, November 2010 Yang membuat pernyataan
Gina Rahmayanti F14061927
viii
BIODATA PENULIS Penulis adalah anak ke satu dari dua bersaudara dari pasangan bapak Muhammad Irawan dan Ibu Onih Soleha R. Dilahirkan pada tanggal 25 Ferbruari 1989 di Bandung. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar pada tahun 2000 di SDN Nusa Indah, Rancaekek, Bandung kemudian penulis melanjutkan sekolahnya di SMP Negeri 46 Bandung dan lulus pada tahun 2003. Selanjutnya penulis melanjutkan sekolahnya ke jenjang yang lebih tinggi di SMA Negeri 7 Bandung dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswi Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui program Ujian Sleksi Masuk IPB (USMI). Penulis aktif sebagai pengurus dan anggota di lembaga kemahasiswaan kampus sebagai anggota Organisasi Daerah Bandung pada tahun 2006. Selanjutnya penulis menjadi staff departemen keteknikan Himpunan Profesi Mahasiswa Teknik Pertanian IPB pada tahun 2008, selanjutnya penulis diamanahi sebagai sekertaris departemen Ristek Himpunan Profesi Mahasiswa Teknik Pertanian IPB pada tahun 2009. Selain itu penulis juga akif dalam beberapa kepanitiaan di lingkungan kampus IPB. Penulis juga aktif mengajar sebagai guru privat di Bogor pada tahun 2010. Penulis melaksanakan praktek lapang di PTPN VIII, Perkebunan Malabar.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa dipanjatkan kehadapan Allah SWT atas karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul Pemanfaatan Limbah Cair Organik Rumah Sakit PMI Kota Bogor Sebagai Alternatif Energi Terbarukan (Biogas) dilaksanakan di Rumah Sakit PMI Kota Bogor sejak bulan Juni Sampai Agustus 2010. Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunya skripsi ini, Penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Sri Endah Agustina, MS selaku dosen pembimbing akademik atas bimbingan, arahan, dan bantuan moril serta materil yang telah diberikan. 2. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si dan Bapak Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, MS sebagai dosen penguji atas arahan dan masukan yang diberikan. 3. Ayahanda, Ibunda tercinta dan adikku yang tersayang atas do’a, motivasi, dan perhatian dalam bentuk moril dan materil yang telah diberikan selama ini. 4. Keluarga bapak Saf’an yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam bentuk moril dan materil. 5. Direktur Rumah Sakit PMI Bogor yang telah memberikan izin penulis untuk melakukan penelitian di Rumah Sakit PMI Bogor. 6. Bapak Tony, Bapak Ahmad, Bapak Ohan, Bapak Udin dan keluarga besar Rumah Sakit PMI Bogor yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan teknis selama penelitian. 7. Abdul Wahhaab yang selalu membantu dan memberikan motivasi selama penelitian. 8. Nurul, Lastri, Teh Resti, Teh Yuli dan teman-teman di Pondok Dinar lainnya yang salalu membantu dan memberikan dukungan moril. 9. Teman-teman Teknik Mesin dan Biosisem IPB angkatan 43 atas dukungan serta persahabatan dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Akhirnya Penulis berharap Semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang energi terbarukan.
Bogor, November 2010 Gina Rahmayanti
iii
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................................................ iii DAFTAR TABEL..................................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................................vi DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................................... vii I. PENDAHULUAN.................................................................................................................. 1 1.1. LATAR BELAKANG.................................................................................................. 1 1.2. TUJUAN ...................................................................................................................... 2 1.3. MANFAAT .................................................................................................................. 2 II. TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................................... 3 2.1. LIMBAH ...................................................................................................................... 3 2.2. BIOGAS ....................................................................................................................... 6 2.3. JENIS - JENIS DIGESTER ....................................................................................... 12 III. METODOLOGI PENELITIAN........................................................................................ 15 3.1. WAKTU DAN TEMPAT .......................................................................................... 15 3.2. BAHAN DAN ALAT ................................................................................................ 15 3.3. METODE PENELITIAN ........................................................................................... 15 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................................ 21 4.1. KONDISI UMUM RUMAH SAKIT ......................................................................... 21 4.2. UNJUK KERJA ......................................................................................................... 24 4.3. PENERAPAN TEKNOLOGI BIOGAS DI RUMAH SAKIT PMI .......................... 31 V. SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 32 5.1. SIMPULAN ............................................................................................................... 32 5.2. SARAN ...................................................................................................................... 32 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 33 LAMPIRAN ........................................................................................................................... 36
iv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Rata-rata aliran limbah cair yang berasal dari daerah kelembagaan ......................... 1 Tabel 2. Komposisi biogas...................................................................................................... 6 Tabel 3. Free energy untuk merubah secara anaerobik seperti propionate, butyrate, benzoate, dan etanol oleh bakteri acetogenic dibawah kondisi standar. ........ …….8 Tabel 4. Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya ..........................................11 Tabel 5. Presentase hasil tanaman dengan sludge biogas dan pupuk tanpa fermentasi ........ 12 Tabel 6. Jumlah limbah yang dihasilkan untuk mengetahui potensi biogas ......................... 17 Tabel 7. Persentase limbah cair yang masuk ke IPAL .......................................................... 21 Tabel 8. Hasil uji outlet pembuangan limbah cair Rumah Sakit PMI dari IPAL ................ 21 Tabel 9. Kadar air padatan ................................................................................................... 22 Tabel 10. Hasil pengujian C/N ratio limbah cair gizi pada kondisi awal proses ................... 23 Tabel 11. Kebutuhan gas alam di Rumah Sakit PMI Bogor ................................................... 24 Tabel 12. C/N ratio hasil akhir proses anaerob limbah cair .................................................. 29 Tabel 13. Perhitungan total energi dan gas metan yang dihasilkan ........................................ 31
v
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Tahapan pembentukan Biogas .............................................................................. 7 Gambar 2. Biodigester tipe fixed dome ................................................................................ 13 Gambar 3. Biodigester tipe floting drum .............................................................................. 13 Gambar 4. Biodegester tipe balon......................................................................................... 14 Gambar 5. Biodigester tipe PTP ITB .................................................................................... 14 Gambar 6. Diagram alir penelitian........................................................................................ 16 Gambar 7. Penelitian pendahuluan dengan 3 macam sampel ............................................... 18 Gambar 8. Grafik produksi biogas limbah cair gizi uji pendahuluan .................................. 23 Gambar 9. Pengambilan padatan dari tempat penampungan sementara limbah cair gizi .... 24 Gambar 10. Biodigester .......................................................................................................... 24 Gambar 11. Grafik produksi biogas percobaan I .................................................................... 25 Gambar 12. Grafik produksi biogas percobaan II ................................................................... 26 Gambar 13. Profil suhu larutan dan suhu lingkungan selama proses percobaan I .................. 26 Gambar 14. Profil suhu larutan dan suhu lingkungan selama proses percobaan II ................ 27 Gambar 15. Grafik perubahan pH selama proses ................................................................... 28 Gambar 16. Hasil uji bakar (a) limbah cair dengan padatan 4% dan (b) limbah cair tanpa padatan…………………………………………………………….……...…….30
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1.
Skema aliran limbah cair menuju IPAL ......................................................... 37
Lampiran 2.
Data percobaan I............................................................................................. 38
Lampiran 3.
Data percobaan II ........................................................................................... 39
Lampiran 4a. Bahan makanan kering ................................................................................... 40 Lampiran 4b. Bahan makanan basah .................................................................................... 41 Lampiran 5.
Rancangan biodigester ................................................................................... 42
Lampiran 6.
Gambar biodigester ........................................................................................ 43
Lampiran 7a. Gambar peak pengujian konsentrasi gas metan limbah cair ........................... 44 Lampiran 7b. Gambar peak pengujian konsentrasi gas metan limbah cair padata 4% ......... 45 Lampiran 8.
Pengujian nilai COD dan BOD ...................................................................... 46
Lampiran 9.
Proses perhitungan nilai C/N ratio ................................................................. 47
Lampiran 10. Perhitungan gas metan berdasarkan kandungan COD dan perhitungan volume digester yang dibutuhkan .............................................................. 48 Lampiran 11. Hasil pengujian C/N ratio akhir ..................................................................... 49 Lampiran 12a. Hasil pengujian C/N ratio .............................................................................. 50 Lampiran 12b. Hasil pengujian C/N ratio padatan 4% .......................................................... 51 Lampiran 12c. Hasil pengujian C/N ratio padatan 8.3% ....................................................... 52
vii
I. PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Semakin meningkatnya jumlah penduduk dunia, maka produksi limbah pun akan terus meningkat. Meningkatnya jumlah limbah akan mengakibatkan timbulnya permasalahan salah satunya adalah pencemaran lingkungan. Limbah merupakan semua material yang dibuang dari kegiatan rumah tangga, perdagangan, rumah sakit, industri, dan kegiatan pertanian. Limbah cair dan limbah padat yang berasal dari rumah sakit dapat berfungsi sebagai media penyebaran gangguan atau penyakit bagi para petugas, penderita maupun masyarakat. Gangguan tersebut dapat berupa pencemaran udara, pencemaran air, pencemaran tanah, pencemaran makanan, dan minuman. Pencemaran tersebut sangat berpengaruh terhadap kesehatan lingkungan yang mempunyai dampak besar terhadap manusia (Agustiani dkk, 1998). Limbah rumah sakit mengandung zat berbahaya, karena bersifat racun, infeksius, dan juga radioaktif (Wisaksono, 2001). Dalam profil kesehatan Indonesia, Departemen Kesehatan (1997) mengungkapkan bahwa seluruh rumah sakit di Indonesia berjumlah 1,090 dengan 121,996 tempat tidur. Hasil kajian terhadap 100 rumah sakit di Jawa dan Bali menunjukkan bahwa ratarata produksi sampah sebesar 3.2 kg per tempat tidur per hari, sedangkan produksi limbah cair sebesar 416.8 liter per tempat tidur per hari, hal ini juga dapat dilihat pada Tabel 1. Diperkirakan secara nasional produksi sampah (limbah padat) rumah sakit sebesar 376,089 ton per hari dan produksi limbah cair sebesar 48,985.70 ton per hari. Dari gambaran tersebut dapat dibayangkan betapa besar potensi rumah sakit untuk mencemari lingkungan dan kemungkinannya menimbulkan kecelakaan serta penularan penyakit (Sebayang dkk, 1996). Sampah padat biasanya dapat diatasi dengan incinerator, sedangkan limbah cairnya ditampung kemudian diberikan desinfektan sebelum dibuang.
Tabel 1. Rata-rata aliran limbah cair yang berasal dari daerah kelembagaan Sumber
Unit
Jumlah Aliran 1/unit/hari Antara Rata-rata 1. Rumah sakit Medis Tempat tidur 500-950 650 Pekerja 20-60 40 2. Rumah sakit Jiwa Tempat tidur 300-650 400 Pekerja 20-60 40 3. Rumah penjara Pekerja 20-60 40 Napi 300-600 450 4. Rumah Peristirahatan Penghuni 200-450 350 Pekerja 20-60 40 5. Sekolah Murid 40-80 80 6. Sekolah dan asrama Murid 200-400 280 Sumber: Metcall dan Eddy (1979) dalam Sugiharto (1987)
Energi merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam segala aktivitas manusia. Rata-rata pertumbuhan ekonomi sekitar 4% - 5% per tahun sejak tahun 2001 s/d 2005 (Harjono, 2009). Tingkat konsumsi energi dunia selama dua dekade terakhir yakni dari tahun 1980 hingga tahun 2000 mencapai 34 %. Tingkat konsumsi energi dunia diperkirakan akan meningkat hingga 50%
1
dalam dua dekade mendatang. Minyak bumi masih mendominasi kebutuhan energi dunia. Penggunaan bahan bakar minyak berbasis fosil saat ini ditengarai menjadi penyebab utama perubahan iklim dunia (Murdiyarso, 2003 dalam Lesmana, 2007). Ketergantungan akan bahan bakar fosil harus segera diatasi dengan alternatif energi pengganti. Salah satu alternatif energi yang dapat diaplikasikan adalah teknologi biogas. Produksi limbah cair rumah sakit yang cukup besar, yaitu 416.8 liter per tempat tidur per hari, harus dapat ditanggulangi dengan baik dan benar. Pemilihan teknologi biogas merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memanfaatkan limbah cair organik yang dihasilkan oleh rumah sakit. Produksi limbah cair organik rumah sakit yang cukup besar sangat berpotensi untuk dimanfaatkan dan menghasilkan energi. Dampak positif yang dapat diperoleh dari aplikasi penggunaan teknologi biogas yaitu energi yang diperoleh dapat dipergunakan untuk kebutuhan energi rumah sakit, seperti keperluan memasak makanan pasien (menggantikan LPG), untuk menyediakan air panas untuk pasien, untuk penerangan lorong, pengeringan pakaian di laundry, dan bahan bakar incenerator rumah sakit. Selain itu, lumpur (sludge) yang dihasilkan dapat digunakan sebagai pupuk kompos untuk merawat kesuburan tanah kebun rumah sakit. Penelitian ini bertujuan mengetahui potensi penerapan teknologi biogas dalam pengolahan limbah cair rumah sakit, dimana selain untuk menghasilkan biogas, penerapan teknologi ini juga diharapkan akan membantu pihak rumah sakit dalam menangani limbah cair organiknya secara efektif dan murah.
1.2. TUJUAN Tujuan penelitian ini adalah mengimplementasikan teknologi biogas secara nyata untuk pengolahan limbah cair instalasi gizi rumah sakit, dengan ruang lingkup sebagai berikut: 1. Mengetahui potensi limbah cair organik instalasi gizi Rumah Sakit PMI untuk menghasilkan biogas. 2. Melakukan analisis kelayakan dari segi teknis terhadap implementasi teknologi biogas untuk pengolahan limbah cair organik instalasi gizi Rumah Sakit PMI.
1.3. MANFAAT Manfaat penelitian ini bagi pihak Rumah Sakit PMI ataupun masyarakat di antaranya adalah: 1. Bagi rumah sakit a. Pengolahan limbah cair organik rumah sakit menjadi biogas yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan energi dalam bentuk gas di Rumah Sakit PMI. b. Membantu Rumah Sakit PMI dalam menangani limbah cair organik secara efektif dan murah. 2. Bagi masyarakat a. Mengurangi pencemaran lingkungan akibat limbah cair. b. Ikut serta dalam meningkatkan kesehatan lingkungan masyarakat.
2
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. LIMBAH 2.1.1. Karakteristik Limbah Rumah Sakit Limbah rumah sakit adalah sampah atau limbah yang dihasilkan oleh kegiatan rumah sakit dan kegiatan penunjang lainnya. Secara umum, limbah rumah sakit dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu limbah klinis dan non klinis baik padat maupun cair. Limbah klinis yang berasal dari pelayanan medis, perawatan gigi, veterinasi, farmasi atau sejenis, pengobatan, perawatan, penelitian, atau pendidikan yang menggunakan bahanbahan beracun dan infeksinus berbahaya. Selain limbah klinis yang dihasilkan dari kegiatan di rumah sakit, dihasilkan pula sampah non klinis atau disebut juga sampah non medis. Sampah non medis berasal dari kantor administrasi, unit pelayanan, sampah dari ruang pasien, sisa makanan buangan, dan sampah dapur (Wisaksono, 2001). Limbah cair yang dihasilkan rumah sakit mempunyai karakteristik tertentu baik fisik, kimia, dan biologi. Limbah rumah sakit bisa mengandung bermacam-macam mikroorganisme, tergantung pada jenis rumah sakit dan tingkat pengolahan sebelum dibuang. Limbah rumah sakit mengandung bahan-bahan organik dan anorganik (Wisaksono, 2001). Presentasi terbesar dari limbah rumah sakit adalah limbah non medis, sedangkan sisanya adalah limbah yang terkontaminasi oleh infectiousagent kultur mikroorganisme, darah, buangan pasien pengidap penyakit infeksi, dan lain-lain. Perbandingan persentase antara limbah non medis dan medis adalah 89%: 11%. Menurut Sundstrom (1987) dalam Sugiharto (1987) air limbah mempunyai sifat yang dibedakan menjadi tiga golongan besar di antaranya: sifat fisik, sifat kima, dan sifat biologis. Menurut Sugiharto (1987) sifat fisik menentukan derajat kekotoran air limbah, karena sangat dipengaruhi oleh adanya sifat fisik yang mudah terlihat. Adapun sifat fisik yang penting adalah kandungan zat padat sebagai efek estetika, kejernihan, bau, warna, dan temperatur. Beberapa komposisi air limbah akan hilang bila dilakukan pemanasan secara lambat. Menurut Sugiharto (1987) sifat kima air limbah terdiri atas bahan kima yang terkandung dalam air limbah yang dapat merugikan lingkungan. Adapun bahan kimia yang penting yang ada di dalam air limbah pada umumnya dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Bahan organik Air limbah dengan pengotoran yang sedang, maka sekitar 75% dari bendabenda tercampur dan 40% dari zat padat yang dapat disaring adalah berupa bahan organik alami. Zat padat tersebut adalah bagian dari kelompok binatang, tumbuhtumbuhan serta hasil kegiatan manusia yang berhubungan dengan komponen bahan organik tiruan. Pada umumnya zat organik terdiri atas kombinasi dari karbon, hidrogen, dan oksigen bersama dengan nitrogen. Pada umumnya bahan organik yang dijumpai dalam air limbah berisikan 40% - 60% adalah protein, 25% - 50% berupa karbohidrat, serta 10% lainnya berupa lemak atau minyak. Semakin lama, jumlah dan
3
jenis bahan organik semakin banyak, hal ini akan mempersulit dalam pengolahan air limbah sebab beberapa zat tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme. 2. Protein Protein adalah kandungan utama dari mahluk hidup, termasuk juga di dalamnya tanaman dan binatang bersel satu. Adapun jumlah kandungannya ini sangat bervariasi mulai dari yang rendah, seperti pada tanaman tomat sampai kepada yang presentasenya tinggi, seperti yang terdapat pada jaringan lemak dan daging. Protein sangat kompleks dalam struktur kimianya dan tidak stabil, akan berubah menjadi senyawa lain pada proses dekomposisi. Protein ada yang tidak larut dalam air. Struktur kimianya tergabung dari kombinasi asam amino. Protein merupakan penyebab utama terjadinya bau karena adanya pembusukan dan pengurainnya. 3. Karbohidrat Karbohidrat tersebar luas di alam, termasuk di antaranya adalah gula, kanji, selulosa dan kayu, bahan-bahan tersebut dijumpai pada air limbah. Karbohidrat berisikan karbon, hydrogen, dan oksigen. Karbohidrat berisikan 6 atau kelipatan 6 dari atom karbon pada satu molekul dan hidrogen serta oksigen selalu ada di dalam air. Karbohidrat seperti kanji tidak larut air. Kanji ini sebagian besar tahan pembusukan, kandungan terpentingnya adalah selulosa. 4. Lemak, minyak, dan gemuk Lemak dan minyak adalah komponen utama bahan makanan yang juga banyak terdapat di dalam air limbah. Kandungan zat lemak dapat disajikan melalui contoh air limbah dengan heksana. Lemak dan minyak membentuk ester dan alkohol atau gliserol dan asam gemuk. Gliserid dari asam gemuk ini berupa cairan yang biasa dikenal sebagai minyak dan apabila dalam bentuk padat dan kental dikenal sebagai lemak. Lemak biasanya juga dijumpai pada daging, pada daerah sel biji-bijian, pada pembenih serta kacang-kacangan, dan buah-buahan. 5. Detergen atau surfactant Deterjen adalah golongan dari molekul organik yang dipergunakan sebagai pengganti sabun untuk pembersih supaya mendapat hasil yang lebih baik. Bahan dasar dari diterjen adalah minyak nabati atau minyak bumi. Menurut Sugiharto (1987) sifat biologis air limbah menunjukkan adanya bakteribakteri patogen berada dalam air, selain untuk menaksir tingkat kekotoran air limbah sebelum dibuang ke badan air. Mikroorganisme yang terdapat pada limbah cair terdiri atas binatang, tumbuh-tumbuhan, dan protista.
2.1.2. Pengaruh Limbah Rumah Sakit terhadap Lingkungan dan Kesehatan Menurut Wisaksono (2001) pengaruh limbah rumah sakit terhadap kualitas lingkungan dan kesehatan dapat menimbulkaan dampak negatif antara lain: 1. Gangguan kenyamanan dan estetika berupa warna yang berasal dari sendimen, bau phentol, eutrifikasi, dan rasa dari bahan kima organik.
4
2. Kerusakan harta benda disebabakan oleh garam-garam yang terlarut, air yang berlumpur dan sebagainya yang dapat menurunkan kualitas bangunan di sekitar rumah sakit. 3. Gangguan/kerusakan tanaman dan binatang yang disebabkan oleh berbagai jenis bakteri, virus, senyawa kimia, pestisida, logam nutrient, dan fosfor. 4. Gangguan terhadap kesehatan manusia yang disebabkan oleh berbagai bakteri, virus, senyawa kimia, pestisida, serta logam seperti Hg, Pb, dan Cd yang berasal dari bagian kedokteran gigi. 5. Gangguan genetik dan reproduksi yang dapat menyebabkan gangguan atau kerusakan genetik dan sistem reproduksi. Menurut Wisaksono (2001) ada empat kelompok masyarakat yang mempunyai resiko untuk mendapat gangguan karena buangan rumah sakit. Pertama, pasien yang datang ke rumah sakit untuk memperoleh pertolongan pengobatan dan perawatan dari rumah sakit. Kedua, karyawan rumah sakit dalam melaksanakan tugas sehari-harinya selalu kontak dengan orang sakit yang merupakan sumber penyakit. Ketiga, pengunjung orang sakit yang berkunjung ke rumah sakit, resiko terkena gangguan kesehatan akan semakin besar. Terakhir, masyarakat yang bermukim di sekitar rumah sakit, jika rumah sakit membuang hasil buangan rumah sakit ke lingkungan sekitarnya. Akibatnya akan menurunkan kualitas lingkungan sehingga dapat, menurunkan derajat kesehatan masyarakat di lingkungan tersebut. Oleh karena itu, rumah sakit wajib melaksanakan pengelolaan buangan rumah sakit dengan baik dan benar dengan cara melaksanakan kegiatan sanitasi rumah sakit.
2.1.3. Pengolahan Limbah Cair Rumah Sakit yang Telah Ada Sistem pengolahan melalui proses pembusukan anaerobik melalui filter/saringan air limbah yang sebelumnya telah mengalami pretreatment dengan septic tank (inchaff tank). Proses anaerobic filter treatment biasanya akan menghasilkan effluent yang mengandung zat-zat asam organik dan senyawa anorganik yang memerlukan klor lebih banyak untuk proses oksidasinya. Oleh sebab itu, sebelum effluent dialirkan ke bak klorida ditampung terlebih dahulu di bak stabilisasi untuk memberikan kesempatan oksidasi zat-zat tersebut di atas, sehingga akan menurunkan jumlah klorin yang dibutuhkan pada proses klorinasi. Proses anaerobic filter treatment system dapat dipadukan dengan teknologi biogas. Gas metan dihasilkan oleh anaerobic bacteria. Bakteri anaerob menguraikan zat organik tanpa kehadiran zat asam. Gas metan bermanfaat, karena mudah menyala kalau dibakar dan dapat dijadikan alternatif bahan bakar non-migas. Gas metan tidak berwarna dan berbau, gas ini sering terkumpul dalam man-hole, dan percabangan pipa air limbah, sehingga dapat menimbulkan kebakaran dan mencelakakan operator yang masuk ke dalamnya (Hindarko, 2003).
5
2.2. BIOGAS 2.2.1. Pengertian Biogas Biogas merupakan suatu jenis gas yang dapat dibakar, yang diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak dan manusia, biomassa, limbah pertanian atau campuran keduannya, di dalam suatu ruangan pencerna (digester) (Abdullah, et all, 1998). Biogas sering pula timbul jika bahan-bahan organik seperti kotoran hewan, kotoran manusia, atau sampah, direndam dalam air dan disimpan dalam tempat tertutup atau anerobik. Keuntungan dari penggunaan teknologi biogas adalah sebagai berikut: a. Biogas yang dihasilkan diharapkan dapat mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap penggunaan bahan bakar minyak yang relatif cukup mahal. b. Teknologi ini dapat mengurangi pencemaran lingkungan, karena sampah organik dapat digunakan untuk sesuatu yang bermanfaat, dengan demikian kebersihan lingkungan akan tetap terjaga. c. Selain menghasilkan energi produk buangan akhir dapat digunakan sebagai pupuk. Biogas dapat dihasilkan pada lingkungan yang tidak terdapat udara (anaerob), hal ini dikarenakan bakteri yang berperan pada proses ini adalah bakteri anaerob.
Tabel 2. Komposisi biogas No
Komponen Biogas
Presentase(%)
1
Metan (CH4)
55-65
2
Karbon dioksida
36-45
3
Nitrogen
0-3
4
Hidrogen
0-1
5
Hidrogen sulfide
0-1
6
Oksigen
0-1
Sumber: Energy Resources Development Series no.19, Escap, Bangkok dalam Kadir (1987)
Data yang diperoleh dari kajian teknologi (2007) menyebutkan bahwa nilai kalor rendah (LVH) CH4=50.1 MJ/kg dengan densitas CH4=0.717 kg/m3. Kemampuan biogas sebagai sumber energi sangat tergantung dari jumlah gas metan. Setiap satu m3 metan setara dengan 10 kWh.
2.2.2. Teknologi Produksi Biogas a. Tahapan pembentukan biogas Menurut Suhadi, et all (1989) proses metabolisme, yaitu terbentuknya gas metan dari hasil kerja sinergis beberapa golongan mikroba seperti bakteri
6
fermentasi, bakteri asetogenik dan bakteri metanogenik. Menurut Wahyuni (2009) perombakan limbah organik adalah sebagai berikut: Limbah organik CO2+CH4+ (NH3+H2S+CO) + sludge Menurut Gijzen (1987) dalam Nofal (2007) dekomposisi anaerobik pada biopolymer organik kompleks menjadi gas metan dilakukan oleh aktivitas kombinasi mikroba. Secara umum dekomposisi ini dapat digolongkan dalam empat tahapan reaksi yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis. Reaksi metabolisme ini memiliki jalur yang cukup kompleks terutama pada tahapan asidogenesis. Selulosa
(C6H10O4)n + n H2O n(C6H12O6) Selulosa Glukosa O
Hidrolisis
R-CH-C-NH-CH- + CO2 R-CH-C=O NH3 NH OH
(Peptida)
(Asam amino)
Glukosa
(C6H10O)n + n H2O CH3CHOHCOOH (Glukosa) (asam laktat) CH3CH2CH2COOH+CO2+H2 Pengasaman (asedogenesis) (Asam Butirat) CH3CH2OH+CO2 (etanol) Asam lemak dan alkohol dan alkohol Metanogenesis dan Asetogenesis
4H2+CO22H2O+CH4 CH3CH2OH+CO2CH3COOH+CH4 CH3COOH+CO2 CO2+CH4 CH3CH2CH2COOH+2H2+CO2 CH3COOH+CH4
Metan
Gambar 1. Tahapan pembentukan Biogas (Wahyuni, 2009)
1) Hidrolisis Manurut Yadivika, et all (2004), menyatakan bahwa dalam tahapan hidrolisis terjadi pemecahan secara enzimatik dari bahan yang tidak mudah larut seperti lemak, polisakarida, protein, dan asam nukleat menjadi bahan yang mudah larut. Protein dihidrolisis menjadi asam amino, karbohidrat menjadi gula-gula sederhana, sedangkan lemak diurai menjadi asam-asam berantai pendek (Yani dan Darwis, 1990). Pemecahan ini dilakukan oleh sekelompok bakteri anaerobik, seperti Bactericides dan Clostirdia ataupun bakteri fluktuatif, seperti Steptococci (Yadivika, et al, 2004). Pada proses hidrolisis dikatalis oleh bakteri dengan
7
menggunakan ekstrak enzim dari bakteri yaitu selulase, protease, dan lipase (Ostrem, 2004).
2) Asidogenesis Pada tahapan asidogenesis, bakteri asedogenik memproses hasil hidrolisis menjadi rangkaian bahan organik sederhana yang memiliki rantai pendek (volatile acid) seperti propionic, formic, lactic, butyric, dan asam suksilat, (kethone) seperti etanol, methanol, gliserol, aseton, dan alkohol (Ostrem, 2004). Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentukan gas metan oleh organisme pada proses selanjutnya.
3) Asetogenesis Produk yang dihasilkan pada tahapan asidogenesis tidak semuanya dapat digunakan pada tahapan metanogenesis. Menurut Bryant (1987) alkohol dalam asam volatil rantai pendek tidak dapat langsung digunakan sebagai substrat pembentukan metana, tetapi harus dirombak dahulu oleh bakteri asetogenik menjadi asam asetat, H2, dan CO2. Asam lemak berantai panjang akan dihidrolisis dari lipids, kemudian dioksidasi menjadi asam asetat atau propionate dan hidrogen ke dalam bentuk gas. Bakteri Synthrophobacter Rwolinii mampu merubah asam lemak dan alkohol menjadi asetat, hidrogen, dan karbon dioksida (Weismann, 1991 dalam Arifiya, 2009).
Tabel 3. Free energy untuk merubah secara anaerobik seperti propionate, butyrate, benzoate, dan etanol oleh bakteri acetogenic dibawah kondisi standar. a Reaksi Propionate acetate (i) CH3CH2COO- +3H2OCH3COO-+H+ +HCO3-+3H2
ΔGo(kJ/Reaksi) +76.1
Butyrate acetate (ii) CH3CH2CH2COO- +2H2O 2CH3COO-+H++2H2
+48.1
Benzoate acetate (iii) C7H5CO2-+7H2O 3CH3COO-+3H++HCO3-+3H2
+53
Ethanolacetate (iv) CH3CH2OH+H2O CH3COO-+H++2H2
+9.6
Sumber : Dolfing (1988) dalam Khanal (2008) a H2 dalam bentuk gas dan komponen lain di udara pada keadaan 1 mol/kg suhu ;25 oC
4) Metanogenesis Metanogenesis merupakan tahapan akhir dari semua tahapan konversi anaerobik dari bahan organik menjadi metan dan karbon dioksida. Pada tahapan awal pertumbuhannya, bakteri metanogen bergantung pada ketersediaan nitrogen
8
dalam bentuk amonia dan jumlah substrat yang digunakan. Pada tahapan metanogenesis, bakteri metanogen mensintesis senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO2, dan asam asetat untuk membentuk metan dan CO2. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan lingkungan yang ideal untuk bakteri penghasil metan, sedangkan bakteri pembentuk gas metan menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam, tanpa adanya proses simbiotik tersebut, maka akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam (Amaru, 2004). Mikroorganisme metanogen tumbuh secara lambat dalam air limbah dan waktu tumbuh berkisar 3 hari pada suhu 35 oC sampai dengan 50 hari pada suhu 10oC. Menurut McCarty (1964) bakteri yang bekerja dalam tahapan metanogenesis adalah bakteri metanogen, seperti Metanobacterium Omelianski dan Metanobacterium Ruminatium. Bakteri ini menggunakan substrat sederhana yang berisi asetat atau komponen karbon tunggal, seperti karbon dioksida, hidrogen, asam format, metanol, metilamin, dan karbon monoksida. Jumlah gas metan yang dilepaskan selama proses anaerobik dapat diperkirakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut: CH4+2O2 CO2+2H2O Menurut Pryono (2002) dalam Kurniawan (2009) menyatakan bahwa 1 mol (16 gram) metan sebanding dengan 2 mol (64 gram) COD atau 1/64 mol CH 4 sebanding dengan 1 gram COD. Volume gas metan yang dihasilkan dari setiap 1 lb COD atau BOD dapat ditentukan dengan mengingat bahwa pada suhu dan tekanan standar (0O, 1 atm), 1 mol gas sebanding dengan 22.4 liter. Maka 1/64 mol CH4 menghasilkan 22.4/64 = 0.35 liter atau 0.35 liter CH 4 akan terbentuk dari tiap gram COD.
b. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas Biogas sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Adapun faktor-faktor yang sangat berpengaruh di antaranya: 1) Bahan baku Bahan baku sebaiknya berbentuk butiran halus, sehingga pembentukan biogas dapat berlangsung dengan sempurna. Menurut Yani dan Darwis (1990) kebutuhan nutrien dalam pencernaan anaerobik meliputi: karbon, nitrogen, hidrogen, dan fosfor. Menurut Buren (1979) dalam Nofal (2007) agar dapat beraktifitas normal, bakteri penghasil biogas memerlukan substrat dengan kadar padatan 7-10 %, hal ini dikarenakan bakteri anaerobik mudah mencerna bahan baku berbentuk bubur. 2) Kadar air Menurut Susetyo (2008) kerja bakteri membutuhkan keberadaan air sebagai penyampur dan pelarut (hidrolisis). Produksi biogas akan berjalan lancar jika presentase kandungan padatan kurang lebih 7 %. Agar dapat beraktifitas normal, bakteri penghasil biogas memerlukan substrat dalam kadar air 90 % dan kadar air
9
padatan 7-10 % (Buren, 1979 dalam Nofal, 2007). Penambahan air diperlukan untuk penggunaan substrat berjenis kering. Air sangat berperan dalam proses biologis pembentukan biogas. 3) Derajat keasaman (pH) Menurut Yani dan Darwis (1990) derajat keasaman merupakan ukuran keasaman atau kebebasan dari suatu larutan dan merupakan logaritma perbandingan konsetrasi hidrogen. Bila proses fermentasi berlangsung dalam keadaan normal dan anaerobik, maka pH akan secara otomatis berkisar antara 7.0-8.5. Menurut Fry (1974) dalam Nofal (2007) bila derajat keasaman lebih kecil atau lebih besar dari kisaran nilai pH di atas, maka bahan tersebut akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogen. Pada awal proses fermentasi, asam organik dalam jumlah besar diproduksi oleh bakteri pembentuk asam, pH dalam digester dapat mencapai di bawah 5. Keadaan ini cenderung menghentikan proses pencernaan atau proses fermentasi (Wahyuni, 2009). Pada awal penguraian, akan terjadi penurunan pH akibat terbentuknya asam asetat dan hidrogen yang akan menyebabkan penghambatan pertumbuhan mikroba bahkan produksi metan akan terhenti. Menurut NAS (1977) apabila secara alami tidak dimungkinkan terjadinya kenaikan pH, maka dapat ditambahkan kapur sebagai buffer. Buffer yang digunakan dapat berupa ammonium hidroksida, kapur, natrium karbonat, dan lain-lain. 4) Kondisi Anaerob Penguraian senyawa organik pada kondisi aerob akan menghasilkan CO2, bila kondisi anaerob akan menghasilkan gas metan (Muzamdar, 1982). Dalam hal pembuatan biogas maka udara sama sekali tidak diperlukan dalam reaktor. Keberadaan udara menyebabkan gas CH4 tidak akan terbentuk. Untuk itu reaktor biogas harus dalam keadaan tertutup rapat (digester). Menurut Yani dan Darwis (1990) bakteri metanogen termasuk mikroorganisme anaerobik yang sangat sensitif terhadap oksigen, diketahui pertumbuhannya akan terhambat dalam konsentrasi oksigen terlarut 0.01 mg/L. 5) Temperatur Menurut Fry (1974) gas metan dapat diproduksi pada tiga kisaran temperatur sesuai dengan sifat dan karakteristik bakteri yang hadir. Bakteri Psyhrophilic 0-7oC, bakteri mesophilic pada temperatur 13 - 40 oC, sedangkan bakteri thermophilic pada temperatur 55 - 60oC. Aktifitas bakteri dalam digester untuk menghasilkan gas tergantung pada temperatur lingkungan. Meskipun biogas dapat dihasilkan pada suhu 20 - 40 oC, dekomposisi yang lebih cepat akan diperoleh dengan menaikkan suhu digester hingga 40 - 60 oC. Meskipun demikian, digester dengan suhu mesofilik merupakan yang terbaik, hal ini dikarenakan rentang suhu 21 - 40 oC lebih mudah dijaga, dengan kadar H2S yang dihasilkan rendah dan bakteri mesofilik lebih toleran terhadap fluktuasi suhu. Suhu optimum untuk mikroba untuk menghasilkan biogas antara 30-35 oC (Yani dan Darwis, 1990).
10
6) Pengadukan Menurut Apandi (1980) dalam Nofal (2007) pengadukan dibutuhkan untuk menjaga agar kerak jangan sampai menumpuk di permukaan sehingga menghambat pelepasan gas dari larutannya, menghomogenkan suhu dalam digester, menghomogenkan konsentrasi substrat, melepaskan karbon dioksida agar pH normal, memperbesar kontak mikroba dalam substrat, dan mencegah terjadinya toksik lokal dalam digester. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan hanya berkisar dua sampai tiga menit dan dilakukan sekali atau dua kali sehari. 7) C/N Ratio Menurut Abdullah et all (1998) agar pertumbuhan bakteri anaerob optimum, diperlukan ratio optimum C:N berkisar antara 20:1 sampai 30:1. Perbandingan C/N dari bahan organik sangat menentukan aktifitas mikroba dan produksi biogas. Apabila C/N ratio sangat tinggi, nitrogen akan dikonsumsi sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas persyaratan protein dan tidak lama bereaksi ke sebalah kiri pada kandungan karbon pada bahan, sebaliknya jika ratio C/N terlalu rendah, nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH4). NH4 akan meningkatkan pH lebih tinggi dari 8.5 akan menunjukkan akibat racun pada populasi bakteri metan (Wahyuni, 2009). Kebutuhan unsur karbon dapat dipenuhi dari karbohidrat, lemak, dan asam-asam organik, sedangkan kebutuhan nitrogen dipenuhi dari protein, amoniak, dan nitrat.
2.2.3. Keuntungan Sistem Pembangkit Biogas Penerapan instalasi biogas memiliki beberapa keuntungan bagi pihak rumah sakit. Adapun keuntungan pemanfaatan limbah cair rumah sakit dengan teknologi biogas adalah sebagai berikut: a. Biogas Sebagai Energi Alternatif Biogas menghasilkan gas metan (CH4) yang merupakan komponen utama dari biogas yang dapat dijadikan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu sekitar 4800-6700 kkal/m3. Nilai kalor yang cukup tinggi menyebabkan biogas dapat digunakan untuk keperluan penerangan, memasak, menggerakan mesin, dan sebagainya. Setiap satu m3 metana setara dengan 1.25 kWh. Nilai ini setara dengan 0.6 fuel oil. Sebagai pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas setara dengan 60 - 100 Watt lampu selama enam jam penerangan. Tabel 4. Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya Aplikasi Penerangan Memasak Pengganti bahan bakar Tenaga Pembangkit tenaga listrik
1 m3 Biogas setara dengan 60-100 Watt bohlam selama enam jam Dapat memasak tiga jenis bahan makanan untuk keluarga (5- 6 orang) 0.7 kg minyak tanah Dapat menjalankan motor dengan tenaga kuda selama dua jam Dapat menghasilkan 1.25 kWh listrik
Sumber: Kristoferon dan Bolkaders, 1991 dalam Hambali (2007)
11
b. Lumpur (sludge) sebagai Pupuk Biogas dapat diproduksi dari bahan organik seperti biomassa pertanian, kotoran hewan, dan limbah cair organik melalui proses fermentasi anaerobik. Limbah yang telah mengalami ekstraksi biogas (energi), sludge dari digester sebagai produk samping dari sistem pencernaan secara aerobik. Kondisi ini, dapat dikatakan manur dalam keadaan stabil dan bebas patogen serta dapat dipergunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah dan meningkatkan produksi tanaman (Wahyuni, 2009). Selain itu, mengolah limbah cair juga dapat mengurangi pencemaran lingkungan.
Tabel 5. Presentase hasil tanaman dengan sludge biogas dan pupuk tanpa fermentasi Pupuk Pupuk yang difermentasi Sludge biogas
Jagung (%) 100 128
Beras (%) 100 110
Kapas (%) 100 124.7
Gandu m (%) 100 112.5
Sumber: Telaah (1980) dalam Fauziyah (1996)
c. Memperbaiki Kondisi Lingkungan Pemanfaatan limbah cair menjadi biogas dapat mengatasi permasalahan pencemaran lingkungan. Adapun masalah-masalah yang dapat ditimbulkan oleh sampah yaitu bau yang tidak sedap, menimbulkan bibit penyakit, dan menganggu estetika.
2.3. JENIS-JENIS DIGESTER Menurut Wahyuni (2009) ada beberapa jenis digester biogas yang telah dikembangkan yaitu digester tipe kubah tetap (fixed-dome), digester tipe terapung (floating drum), digester plastik, digester fiberglass, dan digester tipe PTP-ITB (Farry, 2001). Berikut ini adalah penjelasan digester-digester tersebut:
a. Digester tipe fixed-dome Sebuah digester tipe fixed dome telah dibangun di Jiangsu, Cina pada tahun 1936 oleh Prof. Zhon Peyuan. Reaktor ini disebut juga reaktor Cina. Reaktor ini memiliki dua bagian, yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri, baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentuk gas metan. Bagian ini dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata, atau beton. Strukturnya harus kuat karena menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian kedua dalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak. Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah. Keuntungan reaktor ini adalah biaya kontruksi lebih murah daripada menggunakan reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya lebih murah dan perawatannya lebih mudah.
12
Kelemahan reaktor ini adalah apabila terjadi gempa bumi mudah retak dan jika bocor sulit diperbaiki.
Gambar 2. Biodigester tipe Fixed dome (sumber: OEKOTOP, Sasse)
b. Digester tipe floating drum Digester tipe apung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937, sehingga dinamakan dengan digester India. Memiliki bagian-bagian yang sama dengan digester kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan biogas yang dihasilkan. Pergerakan drum mengapung pada cairan, tergantung dari jumlah biogas yang dihasilkan. Keuntungan dari digester ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan, sedangkan kerugiannya adalah biaya konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah, sehingga bagian pengumpul gas pada digester ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan dengan menggunakan tipe kubah tetap.
Gambar 3. Biodigester tipe Floting drum (Source: OEKOTOP, Sasse)
c. Digester Plastik Digester Plastik merupakan jenis digester yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Digester ini terdiri atas suatu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing-masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak pada bagian bawah, karena memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan biogas yang akan mengisi pada rongga atas.
13
Gambar 4. Biodegester tipe plastik
d. Digester tipe PTP ITB Digester ini terdiri atas komponen-komponen utama, yaitu tangki pencerna, pipa pemasukan, pipa pengeluaran, pipa gas, tangki penyekat, dan tangki pengumpul. Bahan yang digunakan untuk pembuatan unit alat biogas sangat mudah didapat dan harganya murah. Tangki pencerna, tangki penyekat, dan tangki pengumpul terbuat dari drum bekas yang mudah didapatkan. Unit alat biogas horizontal kontruksi I disajikan pada Gambar 5. Perinsip kerja dari digester tipe PTP ITB, yaitu tangki pencerna berfungsi sebagai reaktor, bahan yang masuk ke dalam tangki pencerna kemudian didiamkan selama retention time tertentu. Biogas yang telah terbentuk di dalam tangki pencerna mengalir melalui selang masuk ke tangki penampungan, tangki penampungan akan naik sesuai dengan biogas yang masuk ke dalam tangki penampugan. Sludge yang terbentuk akan keluar dari pipa pengeluaran.
Gambar 5. Biodigester tipe PTP ITB (Farry, 2001)
e. Reaktor Fiberglass Reaktor bahan fiberglass merupakan reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga dan skala industri. Reakator berbahan fiberglass lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Reaktor ini terdiri atas satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan sekaligus penyimpan gas. Digester dari bahan fiberglass sangat efisien karena kedap udara, ringan, dan kuat.
14
III. METODE PENELITIAN
3.1. WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilakukan pada bulan Juni sampai bulan Agustus 2010. Tempat Penelitian di Rumah Sakit PMI Kota Bogor, Jawa Barat.
3.2. BAHAN DAN ALAT Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair dari instalasi gizi. Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah biodigester tipe PTP-ITB dengan volume total 240 liter. Adapun alat ukur dan alat lainnya yang digunakan di antaranya: a. Termometer alkohol 2 buah. b. Mistar. c. Korek api dan lilin. d. Pipa plastik (manometer pipa U). e. Indicator universal (pengukur pH). f. Jarum suntik ukuran 10 ml. g. Botol ukuran 100 ml 12 buah.
3.3. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan melalui dua tahapan, yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama, penelitian pendahuluan meliputi identifikasi bahan isian serta pengujian bahan baku yang dapat menghasilkan biogas secara optimum, sedangkan penelitian utama menganalisis secara teknis limbah cair dalam memproduksi biogas dengan memperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi seperti suhu, pH, komposisi bahan, dan ratio C/N. Adapun tahapan-tahapan tersebut adalah sebagai berikut:
15
Mulai
Pendekatan Masalah
Pengumpulan data dan informasi penunjang
Penelitian Pendahuluan
Analisis C/N ratio Pengujian Kadar Air bahan padatan
Pemilihan Bahan baku
Penelitian Utama
Pengamatan dan pengambilan data
Analisis C/N ratio akhir proses anaerob Pengujian kadar Gas metan
Pengolahan data dan analisis teknis
Simpulan dan Saran
Gambar 6. Diagram alir penelitian
3.3.1. Penelitian Pendahuluan 1. Identifikasi Potensi Bahan Isian dan Potensi Pemanfaatannya Identifikasi potensi bahan dilakukan untuk mengetahui potensi produksi gas optimum. Bahan isian yang akan diuji ada tiga buah sampel limbah dan memiliki komposisi yang berbeda yang berasal dari sumber limbah yang sama. Berikut ini merupakan hal-hal yang terkait dengan pemilihan bahan isian adalah sebagai berikut:
16
a. Mengidentifikasi Limbah yang Dihasilkan Identifikasi limbah yang dibutuhkan untuk mengetahui limbah yang dapat diolah secara anaerobik dan mengidentifikasi bahan-bahan yang tercampur dalam limbah. Limbah yang dapat diproses secara anaerobik adalah limbah organik. Rumah Sakit PMI menghasilkan dua macam limbah, yaitu limbah klinis dan limbah non klinis. Limbah yang cocok dan dapat diterapkan dalam teknologi biogas adalah limbah non klinis yang berasal dari instalasi gizi. Limbah yang dihasilkan berupa limbah cair dan limbah padat. Limbah padatan gizi terdiri atas sisa makanan dan sayuran yang telah menjadi sampah.
b. Potensi Biogas Potensi biogas diperoleh dengan mengetahui limbah yang dihasilkan setiap harinya. Data yang diukur secara langsung adalah limbah yang dihasilkan per hari (liter/hari). Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui potensi biogas yang dihasilkan dari limbah instalasi gizi. Bahan yang diujikan yaitu 25 liter air limbah, 25 liter air limbah ditambah 2.5 kg padatan (padatan 8%), dan 25 liter air limbah ditambah 1.25 kg padatan (padatan 4%).
Tabel 6. Jumlah limbah yang dihasilkan untuk mengetahui potensi biogas Data yang diperlukan(diukur langsung) Limbah Cair Jumlah limbah cair yang dihasilkan(m3/hari)
Limbah Padatan Jumlah limbah padat yang dihasilkan (kg/hari)
c. Kebutuhan Energi Kebutuhan energi berupa gas yang ingin dipenuhi adalah kebutuhan untuk memasak, pembakaran incinerator, dan pengeringan di bagian laundry. Data kebutuhan energi tersebut diperoleh dari data jumlah konsumsi gas LPG dan gas alam yang digunakan rumah sakit (m3/bulan).
2. Pengujian Bahan baku Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mendapatkan bahan yang optimum dalam memproduksi biogas. Bahan yang digunakan pada penelitian pendahuluan adalah limbah cair gizi dengan tiga komposisi yaitu limbah cair tanpa padatan, limbah cair dengan padatan 4%, dan limbah cair dengan padatan 8%. Ketiga bahan tersebut kemudian dimasukan ke dalam drigen yang bervolume 30 liter sebanyak 25 liter dengan pemasukan bahan tipe batch. Bahan yang dianalisis diproses dengan retention time selama 40 hari. Pengamatan dilakukan setiap hari. Pengamatan berupa pengukuran produksi gas dan uji bakar. Produksi biogas yang paling optimum digunakan dalam penelitian utama. Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui potensi biogas yang dihasilkan.
17
Gambar 7. Penelitian pendahuluan dengan 3 macam sampel
3.3.2. Penelitian Utama Penelitian utama dilakukan setelah pemilihan komposisi bahan baku yang dilakukan pada penelitian pendahuluan. Bahan baku yag terpilih selanjutnya digunakan dalam penelitian utama. Adapun hal-hal yang terkait dengan penelitian utama yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Penentuan Parameter dan Metode Pengambilan Data Parameter teknis yang diukur setiap hari, yaitu suhu larutan dalam biodigester, tekanan biogas, suhu lingkungan, pengukuran pH, dan volume biogas. Pengambilan data dilakukan setiap hari. Pengukuran suhu larutan dan suhu lingkungan dengan menggunakan termometer. Volume biogas diukur setiap hari dengan mengukur ketinggian tangki plastik pengumpul gas, selain itu dilakukan uji bakar biogas untuk melihat nyala api yang dihasilkan. 2. Pengujian a. Bahan isian Bahan isian merupakan bahan yang telah dipilih pada penelitian pendahuluan. Bahan isian yang terpilih diproses secara anaerobik sehingga diharapkan dapat menghasilkan biogas dengan optimum. b. Persiapan instalasi pembangkit biogas Mempersiapkan instalasi biogas yang akan digunakan, persiapan menjadi faktor yang sangat penting, karena peralatan yang bekerja dengan baik akan membantu proses pembentukan biogas dapat berjalan dengan lancar. Sebelum dioperasikan dilakukan uji kebocoran, sambungan antara pipa, pipa dengan selang, dan tempat penampung biogas. c. Pengoperasian instalasi biogas Digester diisi dengan bahan baku berupa limbah cair yang telah dipisahkan dengan padatan. Bahan isian sebanyak 50% dari volume digester. Bahan baku diisikan ke dalam biodigester secara kontinyu hingga retention time telah mencapai 40 hari.
18
d. Uji bakar biogas Uji bakar dilakukan mengamati warna nyala api dan mengukur lama proses pembakaran biogas. Pembakaran dilakukan setiap hari dengan menggunakan lilin dan selang plastik yang dilengkapi nozel.
3. Pengolahan Data Data yang telah diperoleh selanjutnya diolah untuk mendapatkan informasiinformasi yang dibutuhkan. Adapun pengolahan data yang telah diperoleh adalah sebagai berikut: a. Perhitungan jumlah gas yang terbentuk. Volume biogas yang dihitung berdasarkan dimensi tangki plastik penampung biogas. b. Pengukuran mol gas berdasarkan biogas yang terbentuk terukur pada suhu dan tekanan tertentu. Data yang diperoleh diolah dengan menggunakan persamaan:
n = P.V R.T Dimana P = Tekanan Manometer, V = volume saat ketinggian y, y adalah kenaikan tong penampung gas, R merupakan konstanta gas yang besarnya 0.0821 l.atm/mol.K, T suhu dalam Kelvin dan n jumlah mol gasnnya. c. Analisa yang dilakukan 1)
Kadar air bahan baku Bahan baku yang akan diukur kadar air ditimbang dengan timbangan digital sebanyak 5 gram kemudian dikeringkan dengan oven listrik pada suhu 105oC hingga berat bahan yang diukur konstan dengan perhitugan sebagai berikut: Kadar air= ((A-B)/A) X 100% Dimana: A = Berat bahan sebelum dikeringkan (gram) B = Berat bahan sesudah dikeringkan (gram)
2)
C/N Ratio Bahan Baku Pengukuran ratio C/N dilakukan untuk mengetahui potensi bahan yang akan diujikan dalam penelitian dan untuk mengetahui bahan baku telah terdegradasi atau tidak yang dilakukan pada akhir proses. Bahan baku yang diujikan adalah limbah cair dari instalasi gizi dengan dua jenis tipe komposisi, yaitu limbah cair dan limbah cair yang telah ditambahkan padatan. Pengujian C/N ratio dilakukan di tiga tempat yaitu Laboratorium Terpadu Institut Pertanian Bogor, Laboratorium Pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB, dan Laboratorium Ilmu Tanah IPB.
19
3)
Kadar Metan dalam Biogas Analisis dilakukan pada biogas yang dihasilkan. Pengambilan sample dilakukan dengan menggunakan jarum suntik dan karet sebagai penutup lubang pada jarum suntik. Analisis dilakukan di Laboratorium Terpadu IPB.
4) Pengukuran Kandungan COD dan BOD5 Pengukuran kandungan COD dan BOD5 dilakukan pada limbah cair instalasi gizi yang terpilih menjadi bahan isian pada penelitian utama. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui tingkat pencemaran yang ditimbulkan oleh limbah cair tersebut. Analisis dilakukan di Laboratorium Pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB.
20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. KONDISI UMUM RUMAH SAKIT PMI Rumah Sakit PMI Bogor merupakan salah satu rumah sakit swasta utama yang ada di Kota Bogor. Rumah Sakit PMI telah berdiri sejak tahun 1931. Seluruh aktivitas yang dilakukan di rumah sakit menghasilkan limbah. Limbah Rumah Sakit PMI dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu limbah klinis dan limbah non klinis. Selanjutnya limbah tersebut juga dibagi berdasarkan bentuk fisik menjadi dua bagian, yaitu limbah padat dan limbah cair. Limbahlimbah yang dihasilkan Rumah Sakit PMI Bogor dikelola oleh bagian Kesehatan Lingkungan Rumah Sakit PMI (Kesling). Rumah Sakit PMI Bogor memiliki Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yang digunakan untuk mengolah limbah cair baik medis maupun non medis. Mekanisme pengolahan limbah dilakukan secara aerobik yang dilengkapi dengan dua buah blower. Adapun persentase limbah yang masuk ke dalam IPAL ditunjukkan oleh Tabel 7.
Tabel 7. Persentase limbah cair yang masuk ke IPAL No 1 2 3 4 5 6
Sumber Limbah Laundry Instalasi Gizi Laboratorium Rawat Inap Sekitar Poliklinik Radiologi
Persentase (%) 40 20 15 15 5 5
Debit inlet limbah yang masuk ke dalam IPAL sebesar ± 216 m3/hari dengan kapasitas limbah cair yang masuk sebesar 300 m3/hari dan outlet limbah yang keluar dari IPAL sebesar ± 10 m3/hari. Rumah Sakit PMI bekerja sama dengan PT. Sandifa Putra Yumada dalam hal pemeliharaan IPAL. Adapun hasil pengolahan air limbah selanjutnya akan diuji di laboratorium BPLHD2 setiap bulannya. Rumah Sakit PMI Bogor tidak dapat menggunakan kembali hasil pengolah limbah cair, sehingga perlu adanya teknologi penjernihan air lebih lanjut, agar air layak untuk digunakan kembali oleh rumah sakit. Sumber air bersih Rumah Sakit PMI berasal dari PDAM dan sumur air tanah. Berikut ini merupakan hasil uji outlet limbah yang keluar dari IPAL.
Tabel 8. Hasil uji outlet pembuangan limbah cair Rumah Sakit PMI dari IPAL No 1 2 3 4 5 6 7
Parameter Amonia BOD(20o,5 hari) COD(Dicromat) pH Phosfat Zat padat tersuspensi Bakteri koli
Satuan mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
Hasil uji 0.87 8.90 32.12 8.1 1.76 2.0 14.104
Sumber: Arsip Rumah Sakit PMI Bogor bulan Agustus (2010)
21
Pengelolaan limbah padat Rumah Sakit PMI Bogor terdiri atas sampah non klinis (dikemas dalam plastik warna hitam) dan sampah klinis (dikemas dalam plastik warna kuning) yang sudah ditetapkan oleh peraturan pemerintah yang tertuang dalam peraturan KEPMENKES No.1204/MENKES/SK/X/2004 tentang persyaratan kesehatan lingkungan rumah sakit. Rata-rata limbah padat klinis yang dihasilkan sebanyak ±150 kg/hari dibakar dengan menggunakan incinerator dengan kapasitas pemasukan 25 kg/jam dan dengan suhu pembakaran mencapai 1200oC, sedangkan untuk rata-rata limbah padat non medis ±3 m3/hari dibuang ke TPS yang selanjutnya diangkut ke TPA Galuga.
4.1.1. Potensi Bahan Isian dan Potensi Pemanfaatannya Limbah cair yang digunakan dalam penelitian, yaitu limbah cair yang berasal dari instalasi gizi. Limbah cair yang dihasilkan oleh instalasi gizi merupakan sisa-sisa bahan makanan pasien yang terdiri atas bahan makanan kering dan bahan makanan basah (Lampiran 4). Hasil pengujian kadar COD dan BOD 5 limbah cair gizi, diketahui bahwa limbah cair tersebut memiliki kadar COD sebesar 192 mg/L masuk dalam golongan II, sedangkan BOD5 sebesar 489 mg/L tidak termasuk standar baku mutu limbah cair. Pengukuran kadar air dilakukan untuk mengetahui kadar air yang dimiliki oleh bahan padatan yang terdapat pada penampungan sementara limbah. Pengukuran kadar air padatan digunakan untuk mengetahui potensi pencampuran padatan dengan limbah cair. Adapun hasil pengukuran kadar air ada pada Tabel 9.
Tabel 9. Kadar air padatan N Sampel 1I
Kadar Air(%) 84.16
2II 3III
83.60
4IV
84.62 84.38
Rata-rata
85.13
Dari hasil pengukuran limbah padat yang dibuang bersama limbah cair gizi dapat diketahui bahwa setiap harinya limbah padat yang ada di penampungan sementara limbah cair gizi ±11.59 kg/hari, selain itu rata-rata debit outlet yang keluar dari saluran pembuangan sebesar 15.6 m3/hari. Limbah cair dan padatan yang digunakan pada penelitian pendahuluan adalah bahan yang sama, namun dengan komposisi yang berbeda yaitu limbah cair, limbah cair dengan kadar padatan 4%, dan limbah cair dengan kadar padatan 8.3%. Sebelum melakukan penelitian terlebih dahulu dianalisa C/N ratio dari masingmasing komposisi tersebut. C/N ratio yang optimum dalam pembentukan gas metan adalah antara 20:1 sampai 30:1 (Abdullah, et all, 1998). Pengujian C/N ratio dilakukan pada tiga komposisi bahan yaitu limbah cair, limbah dengan padatan 4%, dan limbah cair dengan penambahan padatan 8.3%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa C/N ratio limbah cair gizi sebesar 16.36, sedangkan untuk limbah cair dengan padatan sebanyak
22
8.3% sebesar 38.8, dan limbah cair padatan 4 % sebesar 16.95. Hasil pengujian C/N ratio disajikan dalam Tabel 10 Tabel 10. Hasil pengujian C/N ratio limbah cair gizi pada kondisi awal proses Bahan Limbah Cair Limbah Cair kadar padatan 8.3% Limbah Cair kadar padatan 4 %
C 0.043 5.34 0.39
N 0.0026 0.14 0.023
Ratio C/N 16,36 38,80 16.95
Limbah cair gizi yang digunakan dalam pembuatan biogas pada penelitian ini adalah limbah cair gizi tanpa padatan. Pengamatan limbah cair tanpa padatan digunakan sebagai kontrol pada proses pembentukan biogas dan dianalisis secara teknis. Bahan ini dipilih berdasarkan hasil uji pendahuluan dan tanpa penambahan bahan lain untuk memperbaiki C/N ratio, karena ingin mengetahui potensi biogas yang dapat dihasilkan. Penelitian pendahuluan dilakukan pada tiga jenis bahan dengan waktu retensi selama 40 hari. Uji pendahuluan yang dilakukan pada tiga komposisi ditunjukkan oleh Gambar 8. Produksi gas dari masing-masing komposisi gas berfluktuatif. Komposisi yang menghasilkan gas optimum adalah limbah cair tanpa padatan dengan produksi rata-rata 0.718 liter/hari, sedangkan untuk limbah cair dengan padatan 4 % sebesar 0.689 liter/hari, dan limbah cair dengan padatan 8.3 % sebesar 0.665 liter/hari. Berdasarkan data produksi gas tersebut maka dipilih limbah cair tanpa padatan sebagai bahan baku pada penelitian utama.
Gafik Produksi Biogas dengan Tiga Komposisi yang Berbeda Volume Biogas (L)
2 1.5
Limbah cair tanpa padatan
1
Limbah Cair padatan 8 %
0.5 0 -0.5
0
10
20 30 40 Waktu (hari ke-)
50
Limbah Cair Padatan 4%
Gambar 8. Grafik produksi biogas limbah cair gizi uji pendahuluan
4.1.2. Kebutuhan Energi Kebutuhan energi di Rumah Sakit PMI terutama gas, yaitu kegiatan memasak di instalasi gizi, pengeringan pakaian di bagian laundry, dan pembakaran sampah padat medis dengan menggunakan incenerator. Gas yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut berasal dari gas LPG dan gas alam. LPG hanya digunakan di
23
instalasi gizi dengan penggunaan sebanyak 5 tabung/bulan. Adapun data kebutuhan gas alam di Rumah Sakit PMI dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11. Kebutuhan gas alam di Rumah Sakit PMI Bogor No 1 2 3
Uraian Incenerator Laundry Instalasi gizi
Kebutuhan Gas (m3/bulan) 286 1583 3247
Sumber: Arsip Rumah Sakit PMI Bogor, 2010
4.2. UNJUK KERJA 4.2.1. Persiapan Bahan Isian Bahan isian berasal dari instalasi gizi yang berupa limbah cair dan padatannya. Limbah cair buangan diambil dari tempat penampungan sementara dan dipisahkan dari padatan. Bahan isian diambil sekitar pukul 07.00 WIB. Bahan yang digunakan merupakan bahan yang dibuang dari siang hingga pagi hari. Limbah cair tersebut mengandung bahanbahan organik yang dapat diproses lebih lanjut secara anaerobik. Bahan dimasukan ke dalam digester setiap harinya sebanyak 4.8 liter dengan waktu retensi selama 40 hari.
Gambar 9. Pengambilan padatan dari tempat penampungan sementara limbah cair gizi
4.2.2. Hasil Fermentasi Anaerobik Percobaan pertama dilakukan dengan memasukkan limbah cair ke dalam digester secara kontinyu setiap hari. Banyaknya limbah yang dimasukan sebanyak 4.8 liter dengan retensi waktu selama 40 hari. Selanjutnya dengan menggunakan limbah yang sama dilakukan percobaan kedua, yaitu memasukkan limbah secara kontinyu ke dalam digester dengan keadaan digester telah terisi oleh limbah pada percobaan sebelumnya.
24
Biogas yang dihasilkan dari limbah cair gizi memiliki pola yang berfluktuasi. Pola Gambar 10. Biodigester produksi biogas tersebut dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Instalasi biogas yang diletakkan di atas tanah membuat suhu yang terdapat di dalam ruangan anaerob (digester) tidak stabil, sehingga menyebabkan produksi harian biogas memiliki pola pertumbuhan yang tidak teratur (Fauziyah, 1996). Data produksi biogas pada percobaan I dapat dilihat pada Gambar 11, biogas mulai terbentuk pada hari ke-11 sebanyak 1.038 liter pada tekanan 1 atm dan suhu larutan 30.4oC, sedangkan untuk produksi maksimum biogas dicapai pada hari ke-19 sebanyak 10.672 liter pada tekanan 1 atm dan suhu larutan 29 oC. Produksi biogas terhambat disebabkan oleh suhu lingkungan di lokasi penempatan biodigester yang rendah berkisar antara 24oC-27oC, sedangkan suhu optimum untuk mikroba menghasilkan biogas berkisar antara 30oC-35oC (Yani dan Darwis, 1990). Produksi biogas terendah pada percobaan I terjadi pada hari ke-38, biogas yang dihasilkan sebanyak 3.322 liter pada tekanan 1 atm dan suhu larutan 29.2oC. Produksi biogas menurun disebabkan oleh kondisi lingkungan. Pada hari tersebut turun hujan, suhu lingkungan yang rendah berpengaruh pada produksi biogas.
Volume Biogas (L/hari)
Grafik Produksi Biogas Percobaan I tipe kontinyu 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000
Produksi Biogas
2.000 0.000 -2.000 0
10
20
30
40
50
Waktu (Hari ke-) Gambar 11. Grafik produksi biogas percobaan I
Setelah dilakukan percobaan I, percobaan ke II dilakukan dengan menggunakan bahan yang sama dan ditambahkan setiap hari sebanyak 4.8 liter, dengan kapasitas pengisian ½ volume tangki pencerna. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan, produksi maksimum biogas pada percobaan II pada hari ke-23, yaitu sebanyak 8.305 liter dengan tekanan 1 atm dan suhu larutan 30.8oC, sedangkan produksi terendah pada hari ke-36 sebanyak 4.360 liter dengan tekanan 1 atm dan suhu larutan 28 oC. Grafik produksi biogas pada percobaan II dapat dilihat pada Gambar 12.
25
Volume Biogas(L/hari)
Grafik Produksi Biogas Percobaan II tipe Kontinyu 10.000 8.000 6.000 4.000 Produksi Biogas
2.000 0.000 0
10
20
30
40
50
Waktu(Hari ke-) Gambar 12. Grafik produksi biogas percobaan II
Produksi biogas pada percobaan I dan percobaan II selama waktu retensi 40 hari cukup berfluktuatif. Hal ini dapat disebabkan suhu lingkungan yang tidak stabil, sehingga berpengaruh terhadap aktivitas bakteri metanogen yang rentan terhadap perubahan suhu. Perubahan suhu yang sangat cepat akan menyebabkan produksi gas menurun. Perubahan suhu terjadi karena perubahan cuaca yang terjadi di lingkungan sekitar tempat digester. Berikut ini merupakan profil suhu larutan dalam digester dan suhu lingkungan selama proses pembentukan biogas.
Profil Suhu Pada Proses Pembentukan Biogas Percobaan I 50 Suhu (oC)
40 30 20
Suhu Lingkungan
10
Suhu Larutan
0 0
10
20
30
40
50
Waktu (Hari ke-) Gambar 13. Profil suhu larutan dan suhu lingkungan selama proses percobaan I
Profil suhu pada percobaan I menunjukkan bahwa pada awal proses suhu larutan dan suhu lingkungan relatif sama, seperti yang terjadi pada hari ke- 9 dan hari ke-17. Pada hari ke-9 suhu larutan dan suhu lingkungan mencapai 27 oC, sedangkan pada hari ke-17 suhu larutan dan suhu lingkungan mencapai 29 oC. Suhu mulai meningkat pada hari ke-11 hingga hari ke-13 mencapai 34.9oC, selanjutnya terjadi penurunan kembali hingga mencapai 27 oC. Kondisi optimum terjadi pada hari ke-20 dengan suhu larutan yang
26
tercapai 32.5oC. Suhu larutan bahan mencapai 30oC, menunjukkan bahwa tempat perkembangan bakteri anaerob telah mencapai kondisi optimum (Arifiyah, 2009). Profil suhu yang terbentuk menunjukkan kondisi cuaca yang tidak menentu, kondisi lingkungan tempat dilakukannya penelitian merupakan daerah yang memiliki frekuensi hujan cukup tinggi. Pada hari ke-19 hingga hari ke-41 terjadi perubahan yang drastis, dimana suhu larutan dalam digester lebih besar dari suhu lingkungan. Hal ini disebabkan oleh kondisi lingkungan yang berubah-ubah, sedangkan suhu dalam digester hanya mengalami perubahan secara lambat, sehingga hasil pengukuran menunjukkan bahwa suhu larutan di dalam digester lebih tinggi dibandingkan dengan suhu lingkungan.
Profil Suhu Pada Proses Pembentukan Biogas Suhu (oC)
40 30 20
Suhu Lingkungan
10
Suhu Larutan
0 0
10
20
30
40
50
Waktu (hari) Gambar 14. Profil suhu larutan dan suhu lingkungan selama proses percobaan II
Profil suhu percobaan II memperlihatkan bahwa hari ke-1 hingga hari ke-40 suhu lingkungan kembali menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan suhu larutan di dalam digester. Keadaan optimum yang dicapai pada percobaan II, yaitu pada hari ke-22 suhu larutan bahan mencapai 30.2oC. Selain suhu, faktor yang dapat mempengaruhi produksi biogas adalah pH larutan di dalam digester. Pada awal proses pH larutan bernilai 7, selanjutnya mulai hari ke-5 terjadi penurunan pH hingga bernilai 6, untuk mengantisipasi penurunan pH secara terus – menerus, maka pemberian kapur dilakukan untuk meningkatkan pH larutan hingga diperoleh pH bernilai 7. Penurunan pH biasa terjadi pada awal proses, pada tahap awal terjadi pemecahan larutan seperti lemak, protein, dan polisakarida menjadi asam-asam amino dan asam-asam berantai pendek. Asam berantai pendek yang dihasilkan selanjutnya diubah menjadi asam asetat yang dapat menyebabkan kondisi di dalam digester menjadi asam. Bila derajat keasaman lebih kecil atau lebih besar dari kisaran nilai pH 7.2-8.2, maka bahan tersebut akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogenik (Fry, 1974).
27
Profil pH selama Proses Produkasi Biogas 10
pH
8 6 4 pH Larutan
2 0 0
20
40
60
80
100
Waktu (Hari ke-) Gambar 15. Grafik perubahan pH selama proses
Kondisi pH larutan mencapai 7 pada hari ke-20, kemudian pada hari ke-37 pH mulai mengalami peningkatan hingga pada hari ke-40 pH mencapai 8, nilai pH tersebut bertahan hingga akhir proses. Menurut Haryati (2006) kondisi keasaman yang optimal pada pencernaan anaerobik yaitu sekitar 6.8-8, laju pencernaan akan menurun pada kondisi pH lebih tinggi atau lebih rendah.
4.2.3. Analisis Bahan Isian Kadar padatan dalam limbah cair sangat berpengaruh, semakin banyak padatan yang ada pada limbah cair maka C/N ratio semakin meningat. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengujian C/N ratio bahwa limbah cair tanpa penambahan padatan memiliki C/N ratio 16.36, sedangkan jika ditambahkan padatan sebanyak 8.3 % maka C/N ratio meningkat menjadi 38.8, sedangkan ditambahkan padatan 4% C/N ratio menjadi 16.95, peningkatan C/N ratio hanya 0.59 dari kondisi limbah cair tanpa padatan. Hasil analisis laboratorium menunjukkan bahwa peningkatan carbon diikuti dengan peningkatan nitrogen, kandungan nitrogen yang tinggi berpengaruh terhadap nilai C/N ratio, sehingga nilai C/N ratio tidak mengalami peningkatan yang signifikan dan tidak mencapai ratio C/N yang optimum dalam pembentukan biogas. Menurut Widodo (2006) produksi gas metan tergantung pada C/N ratio dari bahan, suhu, pH larutan, retention time, dan toxicity. Limbah cair gizi memiliki C/N ratio 16.36, kandungan tersebut kurang optimum untuk memproduksi biogas, karena untuk menghasilkan biogas yang optimum dibutuhkan C/N ratio antara 20:1 sampai 30:1. Pada akhir proses anaerobik, C/N ratio diukur kembali untuk mengetahui bahwa bakteri melakukan aktivitas, dan mendegradasi bahan organik yang terdapat pada limbah, hal ini ditandai dengan berkurangnya C/N ratio. Berikut ini data pengujian hasil akhir proses limbah cair yang disajikan pada Tabel 12.
28
Tabel 12. C/N ratio pada akhir proses anaerob limbah cair No
Keterangan
C (ppm)
N (ppm)
C/N
204.80
101.85
2.01
Pemasukan tipe kontiyu 1
Limbah cair Instalasi gizi
Pemasukan tipe batch 1
Limbah cair instalasi gizi padatan 4%
1024
305.55
3.35
2
Limbah cair instalasi gizi padatan 8%
1843.20
341.20
5.40
Zat toksik dapat menyebabkan kegagalan dalam proses penguraian limbah secara anaerobik. Limbah cair instalasi gizi mengandung tanin yang diperoleh dari buah pisang, kedelai, dan sereal yang dibuang dari dapur instalasi gizi. Selain itu, limbah cair telah terkontaminasi oleh deterjen yang digunakan untuk mencuci peralatan memasak di ruang instalasi gizi. Penggunaan detergan pada saat pencucian peralatan memasak sebanyak 20 cup/bulan. Detergan merupakan pembunuh semua jenis bakteri, sehingga apabila detergan terdapat pada limbah cair yang dijadikan bahan baku sebesar 20-40 ppm (Telaah, 1980 dalam Fauziyah, 1996), maka kerja bakteri metanogen dapat menurun atau bahkan terhenti.
4.2.4. Analisis Teknis Pada awal proses anaerobik, penampungan biogas menggunakan drum besi dengan volume 56 liter, namun pada pelaksanaannya tekanan biogas yang sangat rendah menyebabkan biogas tidak dapat masuk ke penampungan dan menaikan tampungan, sehingga pengukuran volume tidak dapat dilakukan. Selanjutnya penampungan diganti dengan tampungan plastik yang berkapasitas 35 liter pada hari ke-12 pada percobaan I. Uji bakar dilakukan setiap hari pada percobaan kedua. Produksi rata-rata biogas pada percobaan kedua mencapai 5.78 liter/hari. Bahan yang digunakan pada percobaan pertama adalah bahan yang segar yang berasal dari tempat penampungan sementara limbah cair. Percobaan pertama merupakan percobaan awal, sehingga hasil dari awal proses ini yang akan dijadikan sebagai activated sludge yang akan membantu memicu pertumbuhan bakteri metanogen pada percobaan II. Pembibitan dengan activated sludge akan menghasilkan gas yang lebih sedikit bila dibandingkan dengan kotoran ternak segar (Suphwat, 1979). Perbedaan ini disebabkan oleh kandungan bakteri metan pada activated sludge tidak sebanyak bakteri metan pada kotoran ternak segar. Oleh sebab itu, produksi biogas yang dihasilkan oleh limbah cair tidak cukup banyak setiap harinya dengan konsentrasi gas metan yang rendah pula, selain itu nyala api saat uji bakar yang masih berwarna merah dan tidak berwarna dengan semburan yang kurang kuat.
29
(a) (b) Gambar 16. Hasil uji bakar (a) limbah cair dengan padatan 4% dan (b) Limbah cair tanpa padatan Pembentukan biogas memerlukan kondisi yang optimum. Limbah cair gizi dimasukkan ke dalam biodigester secara kontinyu dengan Retention Time (RT) 40 hari, dengan RT 40 hari diharapkan bahan dapat mencapai kondisi optimum. Hal ini sesuai dengan yang diungkapkan, bahwa pada daerah tropis umumnya suhu yang tercapai di dalam reaktor sekitar 25-30oC, RT berkisar antara 40-50 hari (Gunnerson and stuckey, 1986). Biogas yang diproduksi dari bahan organik tidak berwarna, tidak menyala, dan umumnya mengandung 60% metan dan 40% karbondioksida (Wahyuni, 2009). Analisis gas metan dilakukan pada dua bahan dengan komposisi yang berbeda, yaitu limbah cair gizi tanpa padatan dan limbah cair gizi dengan padatan sebanyak 4%. Bahan yang diuji diambil dengan menggunakan jarum suntik 10 ml dan karet yang digunakan untuk menutup bagian jarum untuk menghindari kebocoran. Pengujian konsentrasi gas metan dilakukan dengan menggunakan gas chromatography (GC). Berdasarkan hasil analisis Laboratorium Terpadu IPB limbah cair gizi dengan padatan sebanyak 4% menunjukkan konsentrasi gas metan sebesar 448.98 ppm atau 0.04%, sedangkan untuk limbah cair gizi tanpa padatan menunjukkan konsentrasi gas metan sebanyak 395.2 ppm atau 0.04%. Biogas tersebut dapat terbakar walaupun daya bakarnya rendah, hal ini disebabkan adannya gas lain selain gas CH4 yang mampu bakar tetapi tidak dianalisis pada penelitian ini. Hasil analisis kadar metan yang kecil dapat disebabkan oleh pengambilan sampel gas limbah cair gizi dengan 4% padatan pada hari ke-23, dimana pada hari tersebut produksi gas metan sedang mengalami penurunan. Adapun faktor lain yang dapat menjadi penyebab konsentrasi gas yang rendah, yaitu bahan baku yang telah tercampur dengan zat toksik seperti detergen dan bahan makanan yang dapat menyebabkan patogen bagi bakteri metanogen. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penambahan bahan padatan untuk meningkatkan C/N ratio bahan baku ke dalam limbah cair tidak berpengaruh banyak terhadap peningkatan kadar gas metan. Menurut Widodo (2006) nilai ratio C/N yang rendah, menyebabkan nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH4), NH4 akan meningkatkan derajat pH bahan dalam pencerna dan akan mulai menunjukkan akibat racun pada populasi bakteri metan. Hasil uji bakar yang telah dilakukan setiap hari menunjukkan bahwa biogas yang dihasilkan kurang bagus karena warna nyala api yang tidak berwarna biru seperti halnya biogas yang dihasilkan dari kotoran ternak. Pada percobaan II hari ke-23 merupakan produksi gas maksimum, gas yang dihasilkan sebanyak 8.305 liter suhu 30.8 oC dan
30
tekanan 6.8 atm dengan uji bakar selama 00:01:28 detik. Biogas memiliki bau yang tidak nyaman karena mengandung hydrogen sulfide (H2S). Hasil akhir reaksi anaerob limbah cair gizi tanpa padatan sistem kontinyu tidak menghasilkan sludge, sehingga tidak dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik. Pada akhir proses hanya ditemukan kerak pada bagian permukaan air dalam jumlah yang sedikit. Proses akhir limbah cair masih mengandung bahan organik dalam jumlah yang kecil dengan perbandingan C/N ratio 2.01. Kandungan C/N ratio bahan baku yang berasal dari limbah cair instalasi gizi dapat ditingkatkan dengan penambahan serbuk gergaji yang memiliki kandungan karbon yang tinggi dan nitrogen rendah dengan C/N ratio 200. Peningkatan kandungan gas metan dapat dilakukan dengan penambahan kotoran ternak, karena memiliki kandungan bakteri metanogen yang tinggi. Perhitungan peningkatan ratio C/N dapat dilihat pada Lampiran 10.
4.3. PENERAPAN TEKNOLOGI BIOGAS DI RUMAH SAKIT PMI Limbah cair yang berpotensi untuk diolah dengan menggunakan teknologi biogas, yaitu limbah cair instalasi gizi dengan limbah yang dihasilkan sebanyak 15.6 m3/hari. Sistem yang digunakan adalah tipe batch dengan waktu retensi selama 40 hari. Analisis produksi gas metan berdasarkan kandungan COD dapat dilihat pada Tabel 13.
Tabel 13. Perhitungan total energi dan gas metan yang dihasilkan Nilai Debit limbah cair Kandungan COD limbah cair Temperatur Produksi metan (STP) kg COD/hari Total gas metan yang dihasilkan Energi panas yang dihasilkan gas metan,(STP) Total energi panas yang dihasilkan gas metan
15.6 m3/hari 192 mg/L 27oC 0.35 m3/kg COD 2.9952 kg COD/hari 1.04832 m3/hari 31.449 m3 35846 kJ/m3 37578.07872 kJ/hari
Berdasarkan produksi limbah yang dihasilkan, yaitu sebanyak 15.6 m3/hari dengan pemasukan tipe batch, maka digester yang dibutuhkan cukup besar, yaitu dengan volume total 624 m3 dan memerlukan area penempatan yang cukup luas. Digester tersebut mengolah limbah cair organik instalasi gizi dengan persentase limbah 20% dari total limbah Rumah Sakit PMI, sehingga jika teknologi biogas benar-benar diterapkan untuk mengolah seluruh limbah cair Rumah Sakit PMI, maka akan membutuhkan ukuran digester lima kali ukuran digester untuk mengolah limbah cair instalasi gizi (perhitungan ada pada Lampiran 10). Selain area yang sangat luas, dibutuhkan pula biaya investasi yang tinggi.
31
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 SIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Rumah Sakit PMI menghasilkan limbah cair klinis dan non klinis. Limbah cair yang dapat diolah dengan teknologi biogas adalah limbah cair non medis (instalasi gizi) yang memiliki kandungan organik dan dihasilkan sebanyak 20% dari total limbah cair rumah sakit. Limbah cair organik dihasilkan pada pengukuran langsung sebanyak 15.6 m3/hari dan dengan berat padatan rata-rata terukur 11.59 kg/hari. 2. Berdasarkan penelitian pendahuluan yang dilakukan, dipilih limbah cair instalasi gizi tanpa padatan, hal ini terlihat dari produksi biogas 0.718 liter/hari, hasil analisis C/N ratio bahan sebesar 16.36, dengan pemasukan limbah secara batch sebanyak 25 liter. 3. Analisis teknis menunjukkan bahwa penerapan teknologi biogas belum layak karena biogas yang dihasilkan memiliki konsentrasi gas metan yang rendah, yaitu 0.04% untuk limbah cair tanpa padatan pada suhu lingkungan 32oC, suhu larutan dalam digester 28oC, pH 8, produksi biogas sebanyak 5.398 liter dan dengan sistem pemasukan limbah tipe kontinyu. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi produksi biogas, yaitu suhu lingkungan yang berfluktuatif, komposisi limbah yang telah terkontaminasi zat toksik, dan C/N ratio limbah tanpa padatan kurang optimum sebesar 16.36. 4. Penambahan padatan untuk meningkatkan nilai C/N ratio dari sumber limbah yang sama tidak berpengaruh besar terhadap peningkatan konsentrasi metan (CH 4), sehingga jika dilakukan peningkatan C/N ratio sebaiknya dilakukan dengan penambahan bahan baku, seperti serbuk gergaji yang memiliki kandungan karbon yang tinggi sehingga dapat meningkatkan nilai ratio C/N, sedangkan untuk meningkatkan kandungan bakteri metanogen dilakukan dengan menambahan kotoran ternak.
5.2 SARAN Saran yang dapat diberikan untuk perbaikan selanjutnya yaitu: 1. Limbah yang akan dijadikan bahan baku pembuatan biogas, dipisahkan dari limbah yang telah terkontaminasi oleh detergen ataupun zat toksik, untuk menghindari terhambatnya pertumbuhan bakteri metanogen pada saat proses anaerobik. 2. Untuk meningkatkan potensi hasil biogas perlu adanya perbaikan komposisi limbah yang akan dijadikan biogas, yaitu dengan penambahan serbuk gergaji dengan perbandingan 1: 4.8 karena penambahan serbuk gergaji dapat meningkatkan ratio C/N limbah cair. 3. Digester dipendam di dalam tanah agar suhu di dalam digester stabil, sehingga biogas terbentuk secara optimum. 4. Tipe pemasukan bahan yang diterapkan sebaiknya tipe batch terkait dengan dengan analisis teknis yang dilakukan menggunakan tipe kontinyu biogas yang dihasilkan berfluktuatif. 5. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mengetahui kandungan biogas selain analisis gas metan, dan analisis kandungan bahan baku untuk mengetahui faktor penghambat lainnya.
32
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, K. Irwanto, K. A. Siregar, N. Agustina, S. E. dkk. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. Buku Diktat Kuliah. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Tidak diterbitkan. Agustiani E, Slamet A, Winarni D (1998). Penambahan PAC pada proses lumpur aktif untuk pengolahan air limbah rumah sakit: laporan penelitian. Surabaya: Fakultas Teknik IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember. http://www.klinikmedis.com/index.php?option=com_content&view=article&id=7:pencegaha n-penanganan-pengolahan-limbah-rumah-sakit&catid=1:latest-news [16 Februari 2010]. Amaru, K. 2004. Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Biodigester Polyethilen Skala Kecil(Studi Kasus Ds. Cidatar Kec. Cisurup Kab. Garut). Universitas Padjajaran. Bandung. Arifiya, Nur. 2009. Studi Awal Terhadap Implementasi Teknologi Biogas Di Peternakan Kebagusan, Jakarta Selatan. Skripsi. Faklutas Teknologi Pertanian, Intitut Pertanian Bogor. Tidak diterbitkan. Baryant, M. P. 1987. Microbial Metane Production, Theorical Aspect. J. Am. Sci. Vol 48 : 193-2000. Farry b.Paimin. 2001. Alat Pembuat Biogas dari Drum. Penerbit Swadaya. Jakarta Fauziyah, A. N. 1996. Pemanfaatan Limbah Industri kertas(Biosludge) untuk Pembuatan Biogas. Skripsi. Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.Bogor. Fry, L. J. 1974. Practical Building of Methane Power Plants for Rural Energy Independence. Standard Printing Santa Barbara. California. Gunnerson, C.G and Stuckey, D.C. 1986. Integrated Resource Recovery Anaerobic Digestion: Principles and Practice for Biogas Systems.UNDP Project Management Report Number 5. Washington, USA: The International Bank for Reconstruction and Development/The World Bank. Hambali, Erliza, Siti Mujdalipah, Armansyah Halomoan Tumbuan, Abdul Waries Pertiwiri. 2007. Pengantar Teknologi Bioenergi. Surfaktant and Bioenergy Research Center. Bogor. Harjono. 2009. Perencanaan Kebutuhan Energi Listrik Nasional Dengan Menggunakan Metode Ekonometrik. Tesisi.Institut Teknologi Semarang. http://digilib.its.ac.id [7 Februarai 2010] Haryati, Tuti. 2006. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif. Wartazoa. Vol. 16. No. 3. Bogor: Balai Penelitian Peternakan. Hindarko, S. 2003. Mengolah Air Limbah Supaya Tidak Mencemari Orang Lain. Penerbit ESHA. Jakarta Jenie, Sri Laksmi dan Winarti Pudji Rahayu. 1993. Penanganan Limbah Industri Pangan. Penerbit Kanisius. Yogyakarta. Kadir, A. 1987. Energi. Universitas Indonesia-Press. Jakarta Khanal, Samir K. 2008. Anaerobic Biotechnology for Bioenergy Production. University of Hawai’I. Manoa. Kurniawan, Mhd Cholis. 2009. Pemanfaatan Limbah Cair Tapioka Untuk Penghasilkan Biogas Skala Laboratorium. Tesis. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
33
Lesmana, Teddy. 2007. Pemanasan Global, energi alternatif, kemiskinan. http://www.republika.co.id/Cetak_detail.asp?id=310849&kat_id=16. [7 Februari2010] Mazumdar, A. 1992. Consolation of Information. A review of the Literature on promotion of Biogas Systems. Biogas Handbook. United Nations Educational Scientific & Cultural Orgabization, Paris. McCarty, P.L. 1964. The Metane Fermentation. Jhon Wiley and Sons Inc. New York. NAS. 1977. Metane Generation from Human, Animal and Agricultural Wastes. National Academy of Sciences. Washington. Nofal, Ahmad Rahman. 2007. Pembuatan Biogas dari Sampah Buah-buahan Melalui Fermentasi Aerobik dan Anaerobik. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian Bogor, Institut Pertanian Bogor. Tidak diterbitkan. Ostrem, K. 2004. Greening Waste: Anaerobic Digestion,for Treating the Organik fraction of Manicipal Solid Wastes.[thesis]. Departemen of Earthabd Enveronmental Engineering and Applied Science, Columbia University. Raja, Paulus Kota. 2009. Pengembangan Teknologi Biogas dengan Pemanfaatan Kotoran Ternak dan Jerami Padi sebagai Alternatif Energi Pedesaan. Tesis. Institut Pertanian Bogor. Tidak diterbitkan. Sabayang P, Muljadi, Budi P (1996). Konstruksi dan evaluasi insinerator untuk limbah padat rumah sakit. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan Bandung : Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan Shahib MN (1999) Penerapan teknik "Polymerase chain Reaction" (PCR) untuk memonitor pencemaran lingkungan oleh senyawa merkuri (Hg) pada limbahcair rumah sakit. Kongres Himpunan Toksikologi Indonesia: prosiding, Jakarta, 22-23 Feb 1999 Shahib MN, Djustiana N (1998). Profil DNA plasmid E. coli yang diisolasi dari limbah cair rumah sakit. Majalah Kedokteran Bandung : 30 (1) 1998: 328-41. http://www.klinikmedis.com/index.php?option=com_content&view=article&id=7:pencegaha n-penanganan-pengolahan-limbah-rumah-sakit&catid=1:latest-news [16 Februari 2010]. Sasse, L., The Biogas Plant, GTZ/GATE, Eschborn 1984 Sugiharto. 1987. Dasar-dasar Pengelolaan Air Limbah. Penerbit Universitas Indonesia(UI-Press). Jakarta. Suhadi H, Indrasti NS, Bantacut T. 1989. Biokonversi :Pemanfaatan industri Departemen pendidikan dan kabudayaan Dirjen Pendidikan Tinggi Universitas Pangan dan gizi. Institut Pertanian Bogor.
pertanian. Pusat
antar
Suphwat, P. 1979. Methane Production by Anaerobic Digestion of Nigh Soil, Water Hyacinth and Rice Straw Thesis no. EV-79-26 AIT-Bangkok, Thailand Susetyo, Yudi. 2008. Biogas dan Segala Sesuatunya. Jurnal Ilmiah. Kebumen. Wahyuni, Sri.2009. Biogas. Penebar Swadaya. Jakarta. Widodo, Teguh Wikan, et all. 2006. Rekayasa dan Pengujian ReaktorBiogas Skala Kelompok Tani Ternak. Jurnal Enjiniring Pertanian. Vol. IV, No. 1, April 2006 Wisaksono, Satmoko. 2001. Karakteristik Limbah Rumah sakit dan Pengaruhnya terhadap Kesehatan dan Lingkungan. Direktorat Pengawasan Narkoba, Direktorat Jenderal pengawasan Obat dan Makanan , Departemen Kesehatan RI,Jakarta. http://www.kalbe.co.id/files/cdk/files/17KarakteristikLimbahRumahSakit130.pdf/17 KarakteristikLimbahRumahSakit130.html.(16 Februari 2010)
34
Yadhvika, Santosh, T. R. Sreekrishanan, Sangeeta Kohli, dan Vineet rana.2004. Enhsncement of Biogas Production from Solid Substrates Using Different Techniques- A Review. J. Biore. Technol. Vol 95:1-10. Yani, M. dan Darwis, A.A. 1990. Diktat Teknologi Biogas. Pusat Anatar Universitas BioteknologiIPB. Bogor. http://kajian-energi-blogspot.com/2007/07/future-of-mechanicalenginering.html [16 Februari 2010]
35
LAMPIRAN
36
Lampiran 1. Skema aliran limbah cair menuju IPAL
37
Lampiran 2. Data percobaan I
Hari ke-
Parameter T ling 27
T larutan 27.2
T larutan(oK) 300.2
n (mol)
v gas
0
pH 7.0
0.000
0.000
Total Limbah 4.8
1
7.0
26
27
300
0.000
0.000
9.6
2
7.0
24.2
26.2
299.2
0.000
0.000
14.4
3
7.0
26
27.2
300.2
0.000
0.000
19.2
4
7.0
26
27.5
300.5
0.000
0.000
24
5
6.0
25.5
26
299
0.000
0.000
28.8
6
6.0
24
26
299
0.000
0.000
33.6
7
6.8
28
26
299
0.000
0.000
38.4
8
6.8
27
26.5
299.5
0.000
0.000
43.2
9
6.8
27
27
300
0.000
0.000
48
10
6.0
29
28
301
0.000
0.000
52.8
11
6.8
32
27.4
300.4
0.047
1.038
57.6
12
7.0
32
30.4
303.4
0.061
1.350
62.4
13
7.0
34.9
31
304
0.060
1.350
67.2
14
6.8
27.2
27
300
0.122
2.699
72
15
6.8
30.8
29
302
0.131
2.907
76.8
16
6.5
31.8
29
302
0.393
8.721
81.6
17
6.5
29
29
302
0.425
9.427
86.4
18
7.0
26.2
28
301
0.473
10.465
91.2
19
7.0
32
29
302
0.477
10.589
96
20
6.8
29
32.5
305.5
0.475
10.672
100.8
21
7.0
31
32
305
0.330
7.392
105.6
22
7.0
29.6
31.5
304.5
0.241
5.398
110.4
23
7.0
31
33
306
0.258
5.814
115.2
24
7.0
31
32
305
0.194
4.360
120
25
7.0
31.2
34
307
0.313
7.060
124.8
26
7.0
30.2
34.8
307.8
0.275
6.229
129.6
27
7.0
30
31
304
0.409
9.136
134.4
28
7.0
32
31.4
304.4
0.278
6.229
139.2
29
7.0
30
31
304
0.307
6.852
144
30
7.0
31.8
32
305
0.333
7.475
148.8
31
7.0
31
35.5
308.5
0.320
7.267
153.6
32
7.0
29
30
303
0.429
9.551
158.4
33
7.0
30.8
37.8
310.8
0.442
10.091
163.2
34
7.0
32
39
312
0.272
6.229
168
35
7.0
26.4
28
301
0.319
7.060
172.8
36
7.0
29
29
302
0.337
7.475
177.6
37
7.0
29
30.8
303.8
0.335
7.475
182.4
38
7.4
27
29.2
302.2
0.150
3.322
187.2
39
7.6
31
36.8
309.8
0.328
7.475
192
40
8.0
31.2
35.5
308.5
0.293
6.644
196.8
38
Lampiran 3. Data percobaan II Hari ke-
Parameter T ling 28.4
T larutan 33.8
T larutan(oK) 306.8
n (mol)
v gas
total limbah
0
pH 8.0
0.295
6.644
135.93
1
8.0
32.8
29
302
0.206
4.568
135.93
2
8.0
33
29
302
0.224
4.983
135.93
3
8.0
32
29
302
0.262
5.814
135.93
4
8.0
33.4
29
302
0.262
5.814
135.93
5
8.0
24.8
27.6
300.6
0.254
5.606
135.93
6
8.0
29
26.6
299.6
0.245
5.398
135.93
7
8.0
31.2
27
300
0.245
5.398
135.93
8
8.0
30
28.8
301.8
0.215
4.776
135.93
9
8.0
29.8
28.6
301.6
0.206
4.568
135.93
10
8.0
31.4
29
302
0.215
4.776
135.93
11
8.0
31
29
302
0.224
4.983
135.93
12
8.0
32
29
302
0.243
5.398
135.93
13
8.0
32.4
26.8
299.8
0.245
5.398
135.93
14
8.0
33
28
301
0.244
5.398
135.93
15
8.0
33
28.4
301.4
0.244
5.398
135.93
16
8.0
29.8
27
300
0.207
4.568
135.93
17
8.0
33.8
29
302
0.215
4.776
135.93
18
8.0
34
28
301
0.206
4.568
135.93
19
8.0
33
27
300
0.311
6.852
135.93
20
8.0
33
28.4
301.4
0.253
5.606
135.93
21
8.0
34
29.4
302.4
0.280
6.229
135.93
22
8.0
35
30.6
303.6
0.298
6.644
135.93
23
8.0
34.9
30.8
303.8
0.372
8.305
135.93
24
8.0
30
28
301
0.244
5.398
135.93
25
8.0
29.4
27.2
300.2
0.226
4.983
135.93
26
8.0
32
28
301
0.244
5.398
135.93
27
8.0
30.4
27.4
300.4
0.226
4.983
135.93
28
8.0
32
28
301
0.244
5.398
135.93
29
8.0
30.8
29.4
302.4
0.224
4.983
135.93
30
8.0
30.9
27.6
300.6
0.282
6.229
135.93
31
8.0
35.2
28.2
301.2
0.356
7.890
135.93
32
8.0
30.2
28.2
301.2
0.300
6.644
135.93
33
8.0
31.2
28.8
301.8
0.309
6.852
135.93
34
8.0
33.4
29.6
302.6
0.271
6.021
135.93
35
8.0
35
28
301
0.300
6.644
135.93
36
8.0
33
28
301
0.197
4.360
135.93
37
8.0
31
28
301
0.281
6.229
135.93
38
8.0
34
28.8
301.8
0.322
7.143
135.93
39
8.0
33.2
29.4
302.4
0.290
6.437
135.93
40
8.0
36
29.8
302.8
0.298
6.64424
135.93
39
Lampiran 4a. Bahan makanan kering Bahan makanan kering No
Jenis
1
Tepung-tepungan
2
Kacang-kacangan
3
Susu
4
Bumbu
5
Minyak
Nama Bahan Tepung terigu Tepung Hunkwe Tepung Beras Sagu aren kiloan Tepung aci Kacang ijo Kacang mede Kacang Pistanic utuh Kacang polong Kacang Tanah Kacang walnut Susu dencow instant Susu Kental cap bendera Susu Ultra cair Kecap asin ABC Kecap manis ABC Indofood Magie blok kaldu sapi Merica bulat Merica Hitam Saus tiram lee kum kai Saus tomat delmonte Minyak Bimoli Minyak canola Minyak Wijen Minyak zaitu
Sumber: Arsip RS PMI, 2010
40
Lampiran 4b. Bahan makanan basah Bahan Makanan Basah No 1
Jenis bahan Buah-buahan
2
Daging, ikan dan ayam
3
Sayuran
Nama bahan Jeruk manis Kiwi Nanas Papaya pisang ambon Dada ayam Paha ayam Kaki ayam Buncis Brokoli Caysin Gambas kembang kol Oyong
Sumber: Arsip RS PMI, 2010
41
Lampiran 5. Rancangan biodigester
42
Lampiran 6. Gambar biodigester
43
Lampiran 7a. Gambar peak pengujian konsentrasi gas metan limbah cair
44
Lampiran 7b. Gambar peak pengujian konsentrasi gas metan limbah cair
padatan 4%
45
Lampiran 8. Pengujian nilai COD dan BOD
46
Lampiran 9. Perhitungan nilai C/N ratio
Diketahui :
Bahan Limbah Cair Instalasi Gizi Serbuk gregaji
C/N 16.36
%N 0.26
200
0.1
Limbah Cair Instalasi Gizi Serbuk Gregaji
0.2064
0.01248
0.2x
0.001x
Jumlah (kg) 4.8
Perhitungan 0.2064 +0.2x = 0.01248+0.001x
= 30 0.2064 +0.2x = (0.01248+0.001x) x 30 0.2064+0.2x =0.3744+0.03 x 0.2 x-0.03 x =0.3744-0.2064 0.17x=0.168 X=0.988 kg Jadi, perbandingan penambahan serbuk gregaji untuk meningkatkan ratio C/N adalah sebanyak 1: 4.8
47
Lampiran 10 . Perhitungan gas metan berdasarkan kandungan COD dan perhitungan volume digester yang dibutuhkan
1. Perhitungan gas metan berdasarkan COD Debit limbah cair :
15.6 m3/hari
Kandungan COD :
195 mg/L
Proses Anaerob: Energi yang dihasilkan oleh gas metan Metan yang dihasilkan dalam keadaan STP = 0.35 m3/kg COD = 195 mg/L (10-6 kg/10-3 m3) x 15.6 m3/hari
Kandungan COD
= 2.903 kg COD/hari = 0.35 m3/kg COD x 2.903 kg COD/hari
Total gas metan
= 1.04832 m3/hari Energi panas yang dihasilkan gas metan(STP) = 35846 kJ/m3 Total energi yang dihasilkan gas metan
= 35846 kJ/m3 x 1.04832 m3/hari = 37578.07872kJ/hari
2. Perhitungan volume digester Limbah yang dihasilkan = 15.6 m3/hari (20 % total limbah) = 468 m3/bulan Masukan limbah ke dalam digester = 15.6 m3/hari Volume digester
= 15.6 m3/hari x RT = 15.6 m3/hari x 30 = 468 m3
Volume tampungan Gas
= 1/3 x Volume digester =1/3 x 468 m3 = 155.9 m3
Volume total digester
= Volume digester + Volume Tampungan = 468 m3+ 155.9 m3=623.9 m3=624 m3
Volume digester untuk mengolah seluruh limbah Rumah Sakit PMI = 5 x 624 m3 = 3120 m
3
48
Lampiran 11. Hasil pengujian C/N ratio akhir proses
49
Lampiran 12a. Hasil Pengujian C/N ratio limbah cair tanpa padatan
50
Lampiran 12b. Hasil pengujian C/N ratio limbah cair padatan 4%
51
Lampiran 12c. Hasil pengujian C/N ratio limbah cair padatan 8.3%
52
