Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni-Juli 2009 di Laboratorium Teknik Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Sedangkan perhitungan ratio C/N dilaksanakan di Laboratorium Riset dan Teknologi Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Sampah organik (sampah
buah-buahan)
2. Limbah pertanian (batang jagung, jerami dan serbuk gergaji).
3. Air.
4. Buffer (kapur). 5. Galon air.
6. Selang plastik kecil. 7. Lem pipa.
8. Pipa T 9. Pipa.
10.Penutup pipa. 11.Penutup galon air.
12.Isolasi pipa. 13.Pentil ban. 14.Balon. 15.EM4 16.Gula
1. Bor untuk melubangi tutup galon air. 2. Gergaji besi untuk memotong pipa.
3. Timbangan untuk menimbang berat bahan. 4. Mesin pencacah sampah organik.
5. Parang untuk mencincang limbah pertanian.
6. Sarung tangan yang dipakai pada saat pencampuran bahan. 7. Kertas lakmus untuk mengetahui pH campuran.
8. Manometer air untuk mengetahui tekanan gas yang dihasilkan. 9. Gas lighter/mancis untuk membakar gas yang dihasilkan. 10.Alat lain seperti spidol, pensil, dan pena.
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode Rancangan Acak Lengkap (RAL) non faktorial karena kondisi lingkungan dan media penelitian bersifat homogen dan hanya menguji satu perlakuan yaitu perlakuan pemberian limbah pertanian.
Perlakuan A = Batang jagung Perlakuan B = Jerami
Perlakuan C = Serbuk gergaji Perlakuan diulang sebanyak 3 kali.
Parameter yang diamati
1. Ratio C/N campuran.
2. Waktu mulai menghasilkan gas. 3. Tekanan gas yang dihasilkan. 4. Warna nyala api (detik). 5. Lama nyala api.
Persiapan penelitian
Pembuatan Digester
Pada penelitian ini , tipe digester yang digunakan adalah tipe batch feeding
yaitu bahan baku reaktor ditempatkan dalam wadah (ruang tertentu) dari awal hingga selesainya proses degradasi dan digester yang digunakan dengan tata letak digester diletakkan di atas permukaan tanah. Digester terbuat dari galon air dengan volume 19 liter dan bahan isian maksimum digester adalah 12 liter dari volume total digester karena biogas yang dihasilkan akan tertampung dalam digester dan dalam balon. Digester ini dilengkapi dengan saluran pengeluaran berupa pipa T ukuran 10 cm, sambungan pipa plastik dengan panjang 50 cm dan pentil ban kendaraan bermotor sebagai saluran pengeluaran gas. Gambar rancangannya dapat dilihat pada Lampiran 1.
Penyiapan bahan
Sampah buah-buahan dikumpulkan dari tempat penjualan buah-buahan yang ada di pasar 1 padang bulan dan dari lingkungan kampus USU. Sampah buah-buahan dicacah dengan mesin pencacah sampah organik. Sementara limbah pertanian dicincang dengan
jumlahnya sesuai dengan perhitungan C/N lalu ditambahkan dengan air.
Volume maksimum digester adalah 12 liter sehingga perbandingan bahan campuran dengan air adalah 4,8 liter dan 7,2 liter.
Banyaknya sampah dan limbah pertanian yang dicampurkan untuk memperoleh kandungan C/N 30 (Lampiran 2) adalah pada Tabel 3 dibawah ini.
Tabel 3. Perbandingan Campuran Sampah dengan Berbagai Jenis Limbah Pertanian.
Perlakuan Jenis Campuran Berat (kg)
A Sampah 3,96 Jerami 0,84 B Sampah 3,20 Batang Jagung 1,60 C Sampah 3,44 Serbuk Gergaji 1,36
Proses Pencampuran Bahan
Proses pencampuran sampah dengan limbah pertanian dilakukan dalam
ember sampai diperoleh campuran yang homogen. Setelah campuran benar-benar homogen, maka campuran dimasukkan ke dalam digester lalu ditambahkan EM4 (effective mikroorganism) sebanyak 2,8 mL untuk tiap-tiap perlakuan. Bahan isian (campuran) ini dimasukkan melalui saluran pemasukan digester dan tetap diamati jangan sampai ada kebocoran yang dapat menyebabkan kegagalan fermentasi. Fermentasi dilakukan selama 60 hari dan selama proses fermentasi ini, dilakukan pengadukan dengan cara penggoncangan digester setiap 2 hari sekali supaya tidak timbul lapisan kerak pada permukaan cairan.
Prosedur Penelitian
Adapun prosedur penelitian adalah :
1. Dicincang dan ditimbang tiap jenis limbah pertanian untuk tiap perlakuan sesuai dengan perhitungan ratio C/N .
2. Dicincang dan ditimbang sampah organik untuk tiap perlakuan sesuai dengan perhitungan ratio C/N.
3. Dicampurkan tiap jenis limbah pertanian dengan sampah organik di dalam ember kemudian ditambahkan air sesuai dengan kebutuhan.
4. Dilakukan pengadukan agar diperoleh campuran yang homogen. 5. Diukur pH dan Ratio C/N awal campuran bahan.
6. Dimasukkan campuran limbah pertanian dan sampah organik ke dalam digester. 7. Ditambahkan EM4 sebanyak 2,8 mL dalam campuran bahan.
8. Ditutup digester untuk fermentasi anaerobik selama 60 hari.
9. Dilakukan pengamatan setiap hari dan pengadukan setiap dua kali sehari mulai dari hari ke-8 sampai pada hari ke-60.
1. Ratio C/N bahan campuran.
Perhitungan ratio C/N bahan campuran dilaksanakan di Laboratorium Sentral Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Untuk menghitung ratio C/N ini maka diambil sampel dari tiap perlakuan.
2. Waktu mulai menghasilkan gas (hari).
Dilakukan pengamatan pada hari keberapa campuran mulai menghasilkan gas untuk tiap perlakuan dengan cara membuka keran gas dan membakarnya.
3. Tekanan gas yang dihasilkan (Psi).
Gas yang dihasilkan dikumpulkan dalam balon. Untuk mengetahui nilai tekanan gas dapat dibaca dari nilai yang ditunjukkan oleh manometer air yang dipasang pada selang plastik kecil yang dihubungkan pada digester galon.
4. Warna nyala api.
Sesudah tekanan gas diukur, gas dikeluarkan dari pentil digester dan dibakar dengan mancis kemudian dilihat secara visual gas yang dihasilkan. Pengelompokan nyala api adalah sebagai berikut :
a. Biru
Kategori warna nyala api biru adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali sampai berubah menjadi biru kemerahan.
b. Biru kemerahan/merah kebiruan
Kategori warna nyala api biru kemerahan adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali sampai berubah menjadi merah.
c. Merah
Kategori warna nyala api merah adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali adalah merah.
5. Lama nyala api (detik).
Lama nyala api dihitung dari total mulai dari api menyala hingga api menjadi padam.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa perlakuan campuran sampah buah-buahan dan beberapa jenis limbah pertanian (batang jagung, jerami dan serbuk gergaji) memberikan pengaruh terhadap rasio C/N akhir dan tidak memberi pengaruh terhadap waktu menghasilkan gas (hari), tekanan gas (Psi) dan warna nyala api.
Ratio C/N Akhir Campuran Bahan
Dari analisa sidik ragam pada (Lampiran 3), dapat dilihat bahwa pengaruh campuran sampah organik buah-buahan terhadap limbah pertanian (batang jagung, jerami dan serbuk gergaji) memberikan pengaruh yang berbeda sangat nyata terhadap ratio C/N akhir. Hasil pengujian dengan Least Significant Range (LSR) menunjukkan pengaruh berbagai jenis limbah pertanian terhadap ratio C/N akhir campuran bahan yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Uji LSR Pengujian jenis limbah pertanian terhadap ratio C/N akhir
JARAK LSR Perlakuan Rataan Notasi
0.05 0.01 0.05 0.01
- - - B 9,62 a A
2 0,73 1,22 A 13,86 b B
3 0,76 1,17 C 19,59 c C
Keterangan: Notasi yang berbeda pada kolom yang sama menunjukkan berbeda nyata pada taraf 5 % dan berbeda sangat nyata pada taraf 1 %
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa semua perlakuan memberikan pengaruh yang berbeda sangat nyata satu sama lain. Ratio C/N akhir yang paling tertinggi diperoleh pada perlakuan C yaitu 19,59 dan terendah pada perlakuan B yaitu 9,62.
Hubungan jenis limbah pertanian terhadap ratio C/N akhir dapat dilihat pada Gambar 1 berikut ini 0 5 10 15 20 25 A B C Perlakuan C/ N Ak h ir
Gambar 1. Hubungan jenis limbah pertanian dengan ratio C/N akhir
Gambar 1 menunjukkan bahwa ratio C/N akhir terendah didapat dari perlakuan B (jerami) dan tertinggi pada perlakuan C (serbuk gergaji).
Menurut Achmad dkk (2007), komponen kimia dari jerami terdiri dari 40-45 % selulose, 25-35 % lignin dan 20 % hemiselulose sementara komponen kimia dari serbuk gergaji Albasia terdiri dari 40-44 % selulose, 20-32 % hemiselulose dan 25-35 % lignin.
Meskipun komponen kimia jerami dan serbuk gergaji tidak jauh berbeda, tetapi pada perlakuan B ratio C/N akhir lebih rendah dibandingkan perlakuan A dan C, hal ini diduga karena jumlah jerami yang digunakan lebih sedikit (0,84 kg) dibandingkan dengan serbuk gergaji (1,36 kg) di dalam setiap perlakuan, sementara ratio C/N akhir pada perlakuan A lebih rendah dari perlakuan C, hal ini diduga karena perombakan serbuk gergaji yang lebih lambat dimana campuran bahan pada perlakuan C lebih cepat memadat karena berbentuk serbuk dan bila bahan memadat maka kerja bakteri akan terhambat dan pemanfaatan unsur C dan N dalam fermentasi juga lambat.
sampah dan limbah pertanian (batang jagung, jerami dan serbuk gergaji) nilainya semakin kecil setelah mengalami proses fermentasi selama 60 hari, hal ini disebabkan oleh unsur karbon dan bahan lainnya terurai. Menurut Yuwono (2006) Unsur karbon (C) digunakan untuk energi dan unsur nitrogen (N) untuk membangun struktur sel yaitu dalam perkembangbiakan bakteri sehingga bakteri bertambah banyak.
Waktu Mulai Menghasilkan Gas (hari)
Untuk mengetahui kapan waktu menghasilkan biogas dilakukan dengan membuka keran gas dan membakarnya, jika gas terbakar berarti telah terbentuk biogas.
Menurut Junus (1995) dalam pembuatan biogas waktu yang diperlukan untuk menghasilkan biogas tergantung dari berbagai macam faktor baik alam, kimia, biologis dan lain-lain. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa gas yang dikeluarkan dari keran gas tidak dapat dibakar dan kemungkinan besar biogas tidak terbentuk atau terbentuk dalam jumlah sedikit.
Menurut Nijaguna (2006), biogas yang baik dihasilkan dari penguraian protein, lemak dan karbohidrat dengan kadar metan masing-masing 70 %, 87 % dan 50 %. Sementara dalam penelitian ini sampah yang digunakan sangat sedikit mengandung karbohidrat, protein dan lemak. Sampah yang digunakan untuk menghasilkan biogas kurang heterogen yang secara umum hanya terdiri dari sampah buah-buahan (semangka, pepaya dan jambu biji).
Sampah yang digunakan lebih banyak mengandung serat dan air dan limbah pertanian yang digunakan banyak mengandung lignin, selulose dan hemiselulose yang sukar dicerna.
Menurut Desrosier (1988), kandungan semangka terdiri dari 6 % karbohidrat, 0,6 % protein, 0,2 % lemak, 0,2 % abu dan 92,8 % air. Sedangkan menurut Soetanto (1988), kandungan jambu biji terdiri dari 14,60 % air, 2,8 % lemak dan 55,60 % serat kasar. Menurut Ditjen BPPHP Departemen Pertanian (2002), komposisi pepaya / 100 gr terdiri dari 12,10 gr karbohidrat, 0,30 gr lemak, 0,90 gr protein dan 74,00 vitamin.
Jadi sampah buah-buahan (semangka, pepaya dan jambu) yang digunakan dalam penelitian tidak cocok untuk menghasilkan biogas sedangkan campuran limbah pertanian yang digunakan (batang jagung, jerami dan serbuk gergaji) sebagian besar terdiri dari lignin, selulose dan hemi selulose sedikit menghasilkan gas metan. Menurut Nijaguna (2006) jerami hanya menghasilkan gas metan 22,8%.
Tekanan Gas
Tekanan gas diukur dengan menggunakan manometer U yang telah diisi dengan air yang dihubungkan pada selang plastik. Besarnya tekanan gas diketahui dengan melihat besarnya kenaikan air pada manometer. Dari hasil penelitian, air yang ada dalam manometer U tidak menunjukkan kenaikan sehingga tekanan gas tidak dapat diukur.
Warna Nyala Api
Warna nyala api tidak dapat dilihat karena gas yang dihasilkan tidak dapat terbakar. Menurut Nijaguna (2006), biogas yang dihasilkan akan terbakar jika kandungan gas metan > 50 %. Dari hasil penelitian gas yang dihasilkan tidak dapat terbakar yang berarti
menghasilkan gas metan > 50 %.
Lama Nyala Api
Lama nyala api tidak dapat dihitung karena gas yang dihasilkan tidak dapat terbakar.
