BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sampah Pasar
Produksi sayur dan buah di dunia mencapai 1,5 milyar ton/tahun dan 45% dari produksi tersebut merupakan sampah (Mazareli et al., 2016). Sampah merupakan bahan yang dibuang dari sumber aktivitas manusia maupun proses alam yang belum memiliki nilai ekonomi. Sampah dibedakan atas dua jenis yakni sampah basah dan sampah kering. Sampah basah adalah sampah yang dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sedangkan sampah kering adalah sampah yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme (Mappiratu, 2011).
Sampah dapat menimbulkan pencemaran lingkungan serta ancaman terhadap kesehatan manusia baik secara langsung maupun tidak langsung. Kesadaran masyarakat masih rendah dan hanya memandang sampah sebagai barang sisa yang tidak berguna dan bukan sebagai sumber daya yang perlu dimanfaatkan sehingga sampah masih belum dapat dikelola dengan baik (Sudiran, 2005).
sampah (Tchobanoglous et al., 1993) dan karakteristik biologi yang diukur dengan cara biodegradability yaitu kemampuan sampah untuk diuraikan dengan memanfaatkan aktivitas mikroorganisme, dan karakteristik kimia yang menggambarkan susunan kimia sampah tersebut yang terdiri dari C, N, O, P, H, dan S. Karakteristik sampah pasar dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Karakteristik Sampah Pasar
2.2 Biogas
Teknologi biogas bukanlah merupakan teknologi baru di Indonesia, sekitar tahun 1980 an sudah mulai diperkenalkan namun sampai saat ini belum mengalami perkembangan yang bagus (Putri, 2014). Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas, namun demikian hanya bahan (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urin (air kencing) hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana (Rahayu et al., 2009).
Biogas merupakan sumber energi yang berupa gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan organik. Gas yang dominan dihasilkan adalah gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2) (Simmamora, 1989). Secara umum proses anaerobikakan menghasilkan gas methana (Biogas). Biogas (gasbio) adalah gas yang dihasilkan dari pembusukan bahan-bahan organik oleh bakteri pada kondisi anaerob (tanpa ada oksigen bebas). Biogas tersebut merupakan campuran dari berbagai macam gas antara lain metana (CH4) 40-70%, karbondioksida CO2) 30-60%, hidrogen (H2) 0-1 %, hidrogen sulfida (H2S) 0-3% (LIPI dalam Rahayu, 2009). Sifat penting dari gas metan adalah tidak berbau, tidak berwarna, beracun dan mudah terbakar. Karena sifat gas tersebut, maka gas metan ini termasuk membahayakan bagi keselamatan manusia (Sugiharto, 2005 dalam Taufikurrahman, 2011).
kondisi tanpa udara. Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik seperti kotoran ternak, manusia dan sampah organic (Haryati, 2006).
Biogas dapat dihasilkan dari pengolahan limbah rumah tangga dan buangan dari sisa kotoran ternak, dengan demikian biogas memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan karena bahannya dapat diperolehdari sekitar tempat tinggal masyarakat (Wahyono dan Sudarno, 2012 dalam Sanjaya, 2015).
Biogas dihasilkan apabila bahan-bahan organik terdegradasi senyawa-senyawa pembentuknya dalam keadaan tanpa oksigen atau biasa disebut kondisi anaerobik. Dekomposisi anaerobik ini biasa terjadi secara alami di tanah yang basah, seperti dasar danau dan di dalam tanah pada kedalaman tertentu. Proses dekomposisi ini dilakukan oleh bakteri-bakteri dan mikroorganisme yang hidup di dalam tanah. Dekomposisi anaerobik dapat menghasilkan gas yang mengandung sedikitnya 60% metan. Gas inilah yang biasa disebut dengan biogas dengan nila heating value sebesar 39 MJ/ m3 kotoran (Mondal dan Das, 2016). Biogas dapat dihasilkan dari dekomposisi sampah organik seperti sampah pasar, dedaunan, dan kotoran hewan yang berasal dari sapi, babi, kambing, kuda, bahkan kotoran manusia sekalipun. Gas yang dihasilkan memiliki komposisi yang berbeda tergantung dari jenis hewan yang menghasilkannya (Elinur et al., 2010).
anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2),dan gas hidrogen sulfida (H2S). Proses fermentasi memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 35°C dan pH optimum pada range 6,4-7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus dan Methanosarcina (Wilkie et al., 2005).
2.3 Faktor Yang Mempengaruhi Produksi Biogas
Banyak sedikitnya dari produksi biogas itu dipengaruhi oleh berbagai macam faktor berikut ini adalah beberapa faktor yang mempengaruhi produksi biogas menurut Wiranata (2014) sebagai berikut :
1. Konsentrasi Substrat (COD)
Konsentrasi bahan organik sangatlah berpengaruh dalam perencanaan pembuatan dimensi reaktor dan juga bagi kelangsungan proses penguraian zat organik kompleks menjadi senyawa sederhana. Kelemahan perencanaan reaktor dengan kandungan COD yang rendah adalah kebutuhan dari volume reaktor yang cukup beasar untuk menampung umpan dari substrat.
2. Kandungan Asam Lemak Organik (Volatile Fatty Acid)
Kandungan Asam Lemak Organik disebut juga dengan (Volatile Fatty Acid) yang memiliki rumus R-COOH. Asam lemak yang terbentuk
jumlahnya tinggi maka akan menyebabkan penurunan Ph reaktor dan akan membuat terbentuknya asam lemak rantai panjang. Batas konsentrasi asam asetat yang ditoleransi adalah dibawah 10 mg/L diatas batas tersebut menyebabkan rusaknya sistem biologi.
3. Laju Pembebanan(Loading Rate)
Laju Pembebanan atau yang biasanya disebut dengan (Loading Rate) yaitu besran yang menyatakan jumlah material organik dalam suatu satuan volume yang diumpamakan dapat didegredasi oleh mikroba, yang kemudian diubah menjadi metana melalui proses biogas melalui proses biogas oleh mikroba-mikroba pengurai dalam reaktor. Perubahan laju pembebanan yang mendadak dapat mengakibatkan kenaikan yang setara dalam produksi asam,yang tidak dapat disesuaikan oleh kenaikan yang setara dalam pembentukan metana. Pembentukan produk asam asetat ( asam lemak organik) akan mengakibatkan penurunan jumlah pH dan penghambatan lebih jauh dari produk metan yang terjadi. Satuan laju pembebanan adalah kg COD/m3 hari.
4. Alkalinitas
5. pH
pH merupakan besaran yang menyatakan banyaknya ion H+
. Nilai pH ini dirumuskan sebagai pH = - log (H+). Proses fermentasi anaerobik sangat tergantung pada nilai pH didalam reaktor. pH rendah yaitu menyatakan adanya kelebihan proton (H+) didalam reaktor sebabproton akan berubah menjadi H2 yang merupakan senyawa yang ada didalam reaktor, pH yang paling efisien untuk operasi adalah 6,0 – 7,5.
6. Temperatur
Temperatur sangatlah mempengaruhi proses pengubahan zat organik polimer menjadi senyawa yang lebih sederhana didalam reaktor. Temperatur yang biasa digunakan pada pengoprasian reaktor, maka bakteri yang terdapat diadalam reaktor dibedakan atas 2 golongan, yaitu : Mesofilik yang hidup pada sushsu antara 25 - 40 ˚C, dan Termofilik yang hidup pada suhu antara 40 – 60 ˚C. Temperatur yang paling baik untuk pertumbukan mikroba mesofilik adalah sebesar 30˚C atau lebih tinggi sedikit. Bila reaktor anaerobik dioprasikan pada suhu yang lebih rendah yaitu 20˚C, maka yang terjadi adalah pertumbuhan mikroba pada kondisi
ini sangat lambat dan sulit pada awal operasi untuk beberapa bioreakror. Inokulasi akan lebih baik apabila dimulai pada suhu sekitar 30˚C.
7. Rasio perbandingan Karbon dan Nitrogen
sebagai tempat proses fermentasi. Populasi mikroba di dalam reaktor pasti memerlukan karbon dan nitrogen. Ketersediaan nitrogen dan carbon haruslah terpenuhi secara cukup dikarenakan apabila kebutuhan dari nitrogen ketersediaannya kurang maka akibatnya adalah mikroba tidak dapat memproduksi enzim yang berperan untuk mencerna karbon. Namun sebaliknya apabila jumlah nitrogen terlalu banyak maka akibatnya adalah pertumbuhan mikroba akan terganggu, hal tersebut terjadi apabila kandungan amonia didalam substrat terlalu tinggi. Kebutuhan jumlah atom karbon selama respirasi berlangsung untuk setiap 1 atom nitrogen adalh sebanyak 30 atom karbon. Maka dari itu, nilai C/N yang efektif adalah sekitar 30.
8. Senyawa Racun dan Penghambat
Inhibitor atau senyawa penghambat dalam proses fermentasi anaerob dibedakan atas 2 jenis yaitu penghambat kimia dan penghambat fisika. Penghambat kimia bisa disebut dengan racun diantaranya adalah logam berat, antibiotik, dan Volatile Fatty Acid (VPA) sedangkan penghambat fisika adalah temperatur. Pada proses pengolahan yang dilakukan tidak hanya secara anaerobbik akan tetapi dilakukan pula secara aerobik.
2.4 Proses Fermentasi Anaerobik Biogas
karbondioksida. Proses dekomposisi dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri (Ginting, 2007).
Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi acetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbondioksida. Karbondioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian kemudian disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air (Manurung, 2004).
Proses pembuatan biogas dari digester anaerobik terdiri dari empat langkah : hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis. Komposisi biogas terbesar adalah metan dan karbon2 dioksida (CO2), tapi juga mengandung hidrogen sulfida, nitrogen, oksigen, dan hidrogen. Berikut ini langkah-langkah pendegradasian biomassa secara anaerobik :
1. Tahap Hidrolisis (Pemecahan Polimer)
Tahapan hidrolisis mengubah polutan organik kompleks (seperti karbohidrat, lemak, dan protein) menggunakan enzim yang dihasilkan mikroorganisme hidrolitik menjadi monomer (seperti glukosa, asam amino, long chain fatty acids). Secara teoritis, senyawa kimia sampah organik adalah C6H10O4 (Ostrem, 2004). Reaksi yang terjadi pada proses hidrolisis ditampilkan pada persamaan senyawa
C6H10O4+ 2H2O C6H12O6+ 2H
2. Tahap Asidogenesis
Tahap hidrolisis dilanjutkan oleh tahap pembentukan asam yang disebut tahap asidogenesis. Pada tahap asidifikasi, bakteri asidogenik akan mengubah produk hidrolisis menjadi senyawa organik yang lebih sederhana seperti rantai pendek asam volatil (contohnya propionic, formic, lacic, butyric, dan succinic), katones (contohnya: ethanol, methanol, gliserol, aseton), dan alkohol (Zeshan, 2012). Reaksi yang terjadi pada asidogenesis ditampilkan pada persamaan senyawa berikut :
C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2
glukosa alkohol
C6H12O6 + 2H2 2CH3CH2COOH + 2H2O glukosa asam propionat 3. Tahap Asetogenesis
Tahap setelah asidogenesis biasa disebut tahap asetogenesis. Asetogenesis terjadi akibat fermentasi karbohidrat yang diproduksi menjadi H2, CO2, dan asam asetat. Selain itu, volatile fatty acid (VFA) yang terbentuk akan menjadi asetat atau propionat dan H2 (Zeshan, 2012). Dalam kondisi standar, keberadaan H2 akan mengatasi permasalahan oksidasi yang terjadi dalam AD (Anaerobic Digester). Secara lengkap, reaksi yang terjadi pada tahap asetogenesis ditampilkan pada persamaan senyawa berikut :
CH3CH2OH + H2O CH3COOH + H2
CH3CH2OH + H2O CH3COOH + CO2 + H2
asam propionat asam asetat
CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2 asam butirat asam asetat 4. Tahap Metanogenesis
Tahap akhir dari proses AD adalah pembentukan metana dari material yang telah terbentuk ditahap sebelumnya. Pembentukan metana dapat terjadi dari metanol, asam asetat atau hidrogen, dan karbon dioksida (Fairus et al, 2011). Proses metanogenesis dibantu oleh mikroorganisme metanogenik yang diklasifikasikan menjadi dua langkah :
a. Metanogen acetoclastic yang mengubah asam asetat menjadi metana dan CO2
CH3COOH CH4 + CO2 asam asetat
b. Metanogen hydrogenotropic yang mengubah karbon dioksida dan hidrogen menjadi metana. Metanogen hydrogenotropic mampu memproduksi 1/3 dari produksi total metana (Panwar et al, 2011). CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
Tabel 2.2 Komposisi biogas secara umum
Jenis Gas Persentase (%)
Metana (CH4) 50-75
Karbon dioksida (CO2) 25-50
Hidrogen Sulfida (H2S) < 0,1-0,8
Hidrogen (H2) -
Adapun bakteri yang terlibat dalam proses anaerobik ini yaitu bakteri hidrolitik yang memecah bahan organik menjadi gula dan asam amino, bakteri fermentatif yang mengubah gula dan asam amino tadi menjadi asam organik, bakteri asidogenik mengubah asam organik menjadi hidrogen, karbondioksida dan asam asetat dan bakteri metanogenik yang menghasilkan metan dari asam asetat, hidrogen dan karbondioksida (Haryati, 2006). Bakteri-bakteri tersebut memanfaatkan bahan organik dan memproduksi metan serta gas lainnya dalam siklus hidupnya pada kondisi anaerob. Bakteri memerlukan kondisi tertentu dan sensitif terhadap lingkungan mikro dalam digester seperti temperatur, keasaman dan jumlah material organik yang akan dicerna (Haryati, 2006). Berikut adalah jenis-jenis bakteri yang berperab dan proses pembentukan biogas :
1. Bakteri Hidrolitik
awal bahan organik komplek didekomposisi dengan proses hidrolisa menjadi bahan organik sederhana oleh bakteri hidrolitik, bakteri yang berperan pada tahap ini adalah Clostridium acteinum, Bacteriodes ruminicola, Bifidobacteriumsp, Eschericiasp, Enterobacter sp, dan
Desulfobio sp (Benito et al., 2010).
2. Bakteri Asidogenik
Bakteri asidogenik merupakan bakteri yang berperan dalam proses pengasaman. Bakteri tersebut akan mengubah komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karondioksida, hydrogen, dan ammonia (Haryati, 2006). Peranan baktri asidogenik pada pembutan biogas sangatlah penting karena bakteri tersebut dapat mengubah gula sederhana menjadi asam organik yang selanjutnya digunakan dalamproses metanogenesis oleh bakteri metanogenik. Perbandingan antara bakteri asidogenik dengan metanogenik haruslah seimbang (Haryati, 2006). Bakteri asidogenik yang dapat mengubah bahan organik sederhana menjadi asam organik diataranya bakteri Lactobacillus sp, Streptococus sp (Benito el al., 2010).
3. Bakteri metanogenik
2.6 Bioaktivator Effective Microorganism 4 (EM-4)
Suatu proses pembentukan biogas di dalam digester yang memanfaatkan bakteri sebagai sarana untuk memecah senyawa polimer maka diperlukan media tambahan untuk membantu mempercepat proses fermentasi, dan salah satu media yang dapat digunakan untuk membantu mempercepat proses tersebut adalah bioaktivator EM4 (Efective Microorganisme-4) (Sundari, 2012). EM4 merupakan media berupa cairan yang berisi mikroorganisme yang dapat memecah senyawa polimer menjadi senyawa monomernya.
EM-4 (Effective Microorganism-4) merupakan salah satu jenis larutan yang mengandung bakteri antara lain bakteri dekomposer yang dapat memecah senyaw polimer (dalam hal ini adalah karbohidrat, lemak, dan protein) menjadi senyawa monomernya. Semakin banyak jumlah sumber energi yang dihasilkan maka produksi biogas juga kan semakin tinggi. Dengan hal tersebut maka akan sangat menguntungkan bagi masyarakat dikarenakan semakin tinggi produksi biogas, maka kebutuhan bahan bakar minyak dsebagai sumber energi dapat diminimalisir (Megawati & Aji, 2015).
Berikut kegunaan dari EM4 :
1. Untuk membuat bokashi atau pupuk fermentasi yaitu bakteri dapat digunakan sebagai bakteri untuk fermentasi pupuk organik atau abokasi karena dalam pembuatan pupuk organik tedapat fase fermentasi dan EM4 ini sebagai bakteri dalam proses fermentasi tersebut.
2. Dapat mengurangi bau amoniak dalam kotoran ternak dengan cara menambahkan EM4 kedalam minuman atau makanan ternak maka bau kotoran dari ternak tersebut otomatis akan berkurang karena bakteri dalam EM4 akan mengurai makanan yang ada dalam perut hewan ternak menjadi sempurna maka dari itu kotoran ternak tidak bau.
3. Dapat untuk membuat pupuk cair seperti yang saya jelaskan yang jelaskan dalam pembuatan pupuk abokasi yaitu akan membantu dalam proses fermentasi karena bakteri dalam EM4 yang akan mengurai bahan di dalam pupuk
2.7 Pengaruh konsentrasi penambahan Bioaktivator Effective Microorganism 4 (EM-4) pada Laju Pembentukan Biogas Sampah Pasar
mikroorganisme saat permulaan proses degradasi, sehingga dari segi waktu proses pendegradasi, sehingga dari segi waktu proses pendegradasian akan semakin cepat dan efisien. Disamping itu, penambahan Effective Microorganism 4 (EM-4) secara teknis mudah didapatkan dipasaran dan harganya terjangkau (Paturohman., 2009 dalam Hidayat et al., 2012).
Abidin et al., 2012 melakukan penelitian tentang pengaruh konsentrasi dengan menambahkan EM-4 terhadap produksi biogas. Penelitian tersebut menggunakan 2 variabel berubah yaitu variabel konsentrasi dan penambahan EM-4. Penelitian tersebut menggunakan konsentrasi 7% dan 9% dengan penambahan EM-4 500 ml dan tanpa penambahan EM-4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pada konsentrasi 7% padatan dalam buburan dengan penambahan 500 ml EM-4 menghasilkan biogas paling besar dengan laju produksi biogas mengikuti persamaan Y = -0,143 X2 + 21,96 X- 414,7 (R2 = 0,994). Jadi, dapat disimpulkan bahwa dengan menambahkan EM-4 produksi biogas meningkat.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa volume biogas terbanyak dihasilkan pada biogas kotoran ternak dan sampah sayuran. Produksi biogas dengan rasio terbanyak 50 : 50 dihasilkan pada hari ke-5 sebanyak 4,3 mL. pH 7 merupakan pH optimum pada pembentukan biogas dari campuran sampah sayuran dan kotoran ternak.
2.8 Kerangka Konsep
Persiapan digester (galon 19 L)
Pengambilan sampel sampah pasar
mencacah sampah menjadi ukuran kecil
Uji lanjut pada digester Anaerobik Menimbang sampel 5kg
untuk setiap digester
pH SUHU
Uji ANOVA
BOD Volume Gas
Memasukkan sampel ke dalam digester dan nenambahkan air.
Dengan perbandingan 1: 1
