BAB I PENDAHULUAN A. Judul Praktikum
Judul praktikum Pengendalian Limbah Industri acara 1 ini adalah Produksi Biogas dari Limbah Industri.
B. Tujuan Praktikum
1. Mahasiswa mengetahui sumber limbah industri yang potensial sebagai bahan baku produksi biogas.
2. Mahasiswa memahami proses dan desain produksi biogas dari limbah industri.
3. Mahasiswa mampu menghitung nilai tambah dari produksi biogas.
C. Manfaat Praktikum
1. Praktikan mengetahui sumber limbah yang potensial untuk dijadikan bahan baku biogas.
2. Praktikan mengetahui proses pembuatan biogas.
BAB II DASAR TEORI
Limbah cair dan padat yang dihasilkan dari perkotaan dan industri termasuk pemotongan hewan, penyamakan kulit, dan lain-lain menyebabkan masalah lingkungan yang serius. Limbah padat umumnya dikumpulkan dan dibuang di lubang-lubang dan kemudian terbawa ke tempat pembuangan akhir sehingga memicu dampak lingkungan primer, sekunder, dan tersier termasuk emisi gas rumah kaca hijau untuk lingkungan. Selain itu, sumber daya yang memiliki potensi besar untuk pembangkit energi menjadi terbuang. Lumpur yang dihasilkan dari limbah-limbah tersebut memiliki potensi besar untuk biomethanation. Potensi generasi biogas dari limbah padat rumah potong hewan sangat besar karena kandungan organik tinggi tanpa zat beracun. Residu dari pabrik biogas, yang akan kaya nutrisi, akan dikeringkan dan dapat digunakan sebagai pupuk. Dengan demikian akan memungkinkan untuk menggunakan kedua limbah padat dan cair dan hal ini menguntungkan untuk menghasilkan energi (Singh, 2003).
Energi berperan penting dalam hampir seluruh aktivitas manusia dan tidak dapat dilepaskan dalam kehidupan manusia. Pemanfaatan energi yang tidak dapat diperbaharui secara berlebihan dapat menimbulkan masalah krisis energi. Salah satu gejala krisis energi saat ini adalah kelangkaan bahan bakar minyak terutama minyak tanah, bensin, dan solar, akibat terjadinya peningkatan kebutuhan setiap tahunnya. Untuk mengurangi konsumsi energi tersebut, maka dikembangkanlah program biogas sebagai sumber energi baru pengganti dari bahan bakar minyak bumi (Rahayu, 2012).
dengan digester biogas memiliki banyak keuntungan, yaitu mengurangi efek gas rumah kaca, mengurangi bau yang tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, menghasilkan panas dan daya (mekanis/listrik) serta hasil samping berupa pupuk padat dan cair (Hozairi, 2012).
Prinsip pembuatan biogas adalah menciptakan proses fermentasi bahan organik secara anaerobik (dalam ruang kedap udara disebut alat pencerna atau digester). Dalam proses tersebut terjadi interaksi yang kompleks dari sejumlah bakteri yang berbeda-beda, diantaranya bakteri Methanobacterium, dan Methanobacillus. Adanya gas metan (CH4) dalam biogas menyebabkan biogas dapat dibakar. Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi gas metan tersebut. Semakin tinggi kandungan gas metan maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. (Moenir, 2011).
Produksi metana oleh bakteri metanogenik terjadi dengan baik pada kisaran pH 5,5-8,3. Apabila pH limbah dalam reaktor anaerobik kurang dari 5,5 maka aktivitas mikrobia dalam mendegradasi bahan organik dan mengubah menjadi biogas kurang optimum. Oleh karena itu bila limbah yang diolah terlalu asam maka dinaikkan dahulu pHnya dengan larutan kapur pada permukaannya saja sampai kondisi steady state, setelah itu biasanya pH akan stabil (Wagiman, 2007).
Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan
Biogas dibuat di dalam digester. Limbah kotoran ternak yang dicampur dengan potongan-potongan kecil sisa tanaman, seperti jerami, sekam, dicampur dengan air yang cukup banyak. Campuran tersebut selalu ditambah setiap hari dan sesekali diaduk. Waktu yang dibutuhkan untuk membentuk gas awal kurang lebih dua minggu sampai satu bulan. Campuran yang telah diolah dikeluarkan melalui saluran pengeluaran. Sisa dari limbah yang telah dicerna oleh bakteri metana atau bakteri biogas, yang disebut slurry atau lumpur, memiliki kandungan hara yang sama dengan pupuk organik yang telah matang sehingga langsung digunakan untuk memupuk tanaman, atau jika akan disimpan atau diperjualbelikan dapat dikeringkan di bawah sinar matahari sebelum dimasukkan ke dalam karung (Abdurahman, 2008).
Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebagian besar berupa metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida. Gas yang terbentuk disebut gas rawa atau biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30O-55O C. Pada suhu tersebut mikroorganisme dapat bekerja secara optimal merombak bahan-bahan organik (Simamora, 2006).
Anaerobik sangat cocok untuk mengolah limbah cair yang mengandung bahan organik kompleks seperti limbah dari industri makanan, minuman, bahan kimia, dan obat-obatan. Bahan organik tersebut dapat didegradasi menjadi senyawa sederhana dan stabil melalui empat tahap yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan methanogenesis. Metana merupakan hasil akhir proses anaerobik sehingga dapat digunakan sebagai parameter atau indikator keberhasilan proses tersebut (Wagiman, 2014).
BAB III
5. Limbah industri ( 18 liter )
6. Sayuran dan buah-buahan busu ( 1 kg )
B. Prosedur Praktikum
PROSEDUR HASIL
1. Menyiapkan limbah cair dan starter.
2. Mengukur pH limbah cair.
3. Memasukkan limbah cair (jika perlu limbah diencerkan terlebih dahulu) ke dalam jerigen (20 L) sampai volume 17,1 L.
4. Menambahkan starter sebanyak 0,9 L.
5. Menyusun instalasi produksi biogas seperti pada gambar di modul praktikum.
6. Melakukan pengamatan secara periodik dan menentukan kapas gas mulai muncul.
Starter tercampur dalam jerigen berisi limbah cair.
8. Menghitung laju produksi biogas, jumlah biogas yang dihasilkan, besar energi yang dihasilkan, dan menganalisis potensi ekonomisnya.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Praktikum
1. Tabel data pengamatan volume biogas
N
1 Selasa, 18 Maret 2014 32,00 0,00
M
2 Rabu, 19 Maret 2014 33,00 1,00
3 Kamis, 20 Maret 2014 33,50 0,50
4 Jumat, 21 Maret 2014 35,00 1,50
5 Sabtu, 22 Maret 2014 35,00 0,00
6 Minggu, 23 Maret 2014 35,50 0,50
7 Senin, 24 Maret 2014 36,00 0,50
8 Selasa, 25 Maret 2014 36,00 0,00
M
9 Rabu, 26 Maret 2014 36,50 0,50
10 Kamis, 27 Maret 2014 38,00 1,50
11 Jumat, 28 Maret 2014 38,00 0,00
12 Sabtu, 29 Maret 2014 38,00 0,00
13 Minggu, 30 Maret 2014 38,50 0,50
14 Senin, 31 Maret 2014 38,50 0,00
15 Selasa, 1 April 2014 38,50 0,00
M
16 Rabu., 2 April 2014 39,00 0,50
17 Kamis, 3 April 2014 39,00 0,00
18 Jumat, 4 April 2014 40,00 1,00
19 Sabtu, 5 April 2014 40,50 0,50
20 Minggu, 6 April 2014 41,00 0,50
21 Senin, 7 April 2014 42,00 1,00
22 Selasa, 8 April 2014 42,00 0,00
M
23 Rabu, 9 April 2014 42,00 0,00
24 Kamis, 10 April 2014 42,00 0,00
25 Jumat, 11 April 2014 42,00 0,00
26 Sabtu, 12 April 2014 42,50 0,50
27 Minggu, 13 April 2014 42,50 0,00
2. Grafik pertambahan volume biogas yang terbentuk a. Grafik volume gas yang terbentuk per hari
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
b. Grafik volume gas yang terbentuk per minggu
B. Analisa dan Pembahasan
Biogas merupakan hasil akhir dari proses anaerobik dengan komponen utama CH4 dan CO2, H2, N2, dan gas lain seperti H2S (Wagiman, 2006). Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik (Rosdi, 2011). Komponen yang terdapat dalam biogas ditunjukkan pada tabel berikut (Simamora, 2006) :
Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebagian besar berupa metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida (Simamora, 2006). Berikut adalah proses pembentukan biogas secara umum (Wahyuni, 2011) :
mikroorganisme anaerobik
Bahan organik CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
a. Hidrolisis
Hidrolisis merupakan penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang menjadi senyawa yang sederhana. Pada tahap ini, bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi menjadi senyawa dengan rantai pendek, seperti peptida, asam amino, dan gula sederhana. Kelompok bakteri hidrolisa, seperti Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae yang melakukan proses ini.
b. Asidogenesis
Asidogenesis adalah pembentukan asam dari senyawa sederhana. Bakteri asidogen, Desulfovibrio, pada tahap ini memproses senyawa terlarut pada hidrolisis menjadi asam-asam lemak rantai pendek yang umumnya asam asetat dan asam format.
c. Metanogenesis
Metanogenesis ialah proses pembentukan gas metan dengan bantuan bakteri pembentuk gas metan seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus. Tahap ini mengubah asam-asam lemak rantai pendek menjadi H2, CO2, dan asetat. Asetat akan mengalami dekarboksilasi dan reduksi CO2, kemudian bersama-sama dengan H2 dan CO2 menghasilkan produk akhir, yaitu metan (CH4) dan karbondioksida (CO2).
dijadikan biogas adalah limbah yang didapatkan dari Pabrik Kelapa Sawit (PKS), yang mengolah Tandan Buah Segar (TBS) Kelapa Sawit menjadi Crude Palm Oil (CPO). Dalam proses pengolahannya, PKS menghasilkan limbah biomassa dengan jumlah yang cukup besar dalam bentuk limbah organik berupa tandan kosong kelapa sawit (Tankos), cangkang dan sabut, serta limbah cair (palm oil mill effluent/POME) (Wibowo, 2013).
Proses yang terjadi selama pembentukan biogas terbagi dalam 3 tahap yaitu hidrolisis, asidogenesis atau pengasaman, dan metanogenesis. Proses yang terjadi pada masing-masing tahapan adalah sebagai berikut (Wahyuni, 2011) :
a. Pada tahap hidrolisis, reaksi yang terjadi adalah penguraian bahan-bahan organik kompleks yang mudah larutatau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi senyawa yang lebih sederhana. Tahap hidrolisis merupakan perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer di antaranya senyawa asam organik, glukosa, etanol, CO2, dan hidrokarbon. Reaksi kimia pada tahap hidrolisis adalah :
(C6H10O5)n + nH2O n(C6H12O6)
b. Pada tahap pengasaman atau asidogenesis, senyawa monomer yang terbentuk dari tahap hidrolisis dijadikan sumber energi bagi bakteri pembentuk asam. Bakteri tersebut menghasilkan senyawa asam seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat, serta produk sampingan berupa alkohol, CO2, hidrogen, dan amonia. Reaksi kimia yang terjadi adalah :
Methanosarcina, dan Methanobacterium mengubah produk lanjutan dari tahap pengasaman menjadi metan, karbondioksida, dan air yang merupakan komponen penyusun biogas. Berikut adalah reaksi yang terjadi pada tahap metanogenesis :
Biogas mempunyai peranan penting dalam pengendalian limbah industri. Selain dapat mengurangi limbah yang dibuang ke lingkungan, biogas juga dapat dijadikan sumber energi alternatif. Dengan pengolahan limbah menjadi biogas, maka jumlah limbah dapat dikurangi karena sebagian besar digunakan untuk bahan baku pembuat biogas.
Dalam pengendalian limbah industri, biogas memiliki beberapa kekurangan dan kelebihan. Kelebihan penggunaan biogas antara lain : 1. Sebagai bahan bakar pengganti.
2. Tempat selalu bersih, tidak seperti penggunaan kayu bakar yang selalu menghasilkan abu dan asap.
3. Menghemat biaya produksi pertanian karena sudah tersedia pupuk organik yang lebih baik.
4. Tidak merusak lingkungan karena limbah yang dihasilkan masih dapat dimanfaatkan.
5. Biogas memberi perlawanan terhadap efek rumah kaca melalui 3 cara yaitu:
a) Biogas memberikan subtitusi atau pengganti dari bahan bakar fosil untuk penerangan, kelistrikan, memasak dan pemanasan.
pada Biogas mengubahnya menjadi CO2 sehingga mengurangi jumlah methana di udara.
Sedangkan, kekurangan biogas adalah biogas hanya dapat dimanfaatkan untuk beberapara kegiatan rumah tanggan sehingga bentuknya tidak dapat diturunkan ke bentuk yang lebih banyak lagi. Selain itu, perlunya suatu pengendalian khusus untuk mencegah terjadinya kemungkinan resiko bahaya akibat kerusakan instalasi biogas.
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan biogas pada praktikum pengendalian limbah industri ini adalah sebagai berikut. Pertama limbah cair berupa limbah nata de coco sebanyak 18 liter dan starter berupa buah-buahan serta sayur-sayuran busuk sebanyak 1 kg disiapkan. Sebelum dilakukan proses selanjutnya, pH limbah cair diukur yang bertujuan untuk menentukan kondisi optimum di dalam pembuatan biogas. Pengukuran pH dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan dengan hasil 5,5 ; 5,6 ; dan 5,7 sehingga dirata-rata menjadi 5,6. Hal ini berarti limbah dalam kondisi asam. Produksi metana oleh bakteri metanogenik terjadi dengan baik pada kisaran pH 5,5-8,3. Apabila pH limbah dalam reaktor anaerobik kurang dari 5,5 maka aktivitas mikrobia dalam mendegradasi bahan organik dan mengubah menjadi biogas kurang optimum (Wagiman, 2006).
Karena limbah sudah berbentuk cair, maka limbah sebanyak 17,1 L dimasukkan ke dalam jerigen. Kemudian, starter sebanyak 0,9 L juga dimasukkan ke dalam jerigen sebanyak 0,9 L sehingga volume total bahan biogas adalah sebanyak 18 L. Sebelumnya, buah dan sayuran busuk dicacah-cacah hingga mencapai ukuran yang sekecil mungkin. Tujuan pencacahan agar reaksi yang terjadi menjadi semakin mudah karena ukurannya yang kecil. Volume jerigen yang digunakan adalah 20 L, sedangkan volume bahan biogas adalah 18 L, dengan begitu terdapat sisa ruang kosong sebanyak 2 L untuk tempat terbentuknya gas.
bahan isian biogas tadi, ember berisi air, gelas ukur sebagai tempat melihat kenaikan volume gas, kemudian selang sebagai penghubung antara ember dengan jerigen berisi bahan biogas, dan plastisin yang berfungsi untuk menutup celah antara selang dengan lubang pada tutup jerigen. Lubang sekecil apapun harus ditutup agar tidak ada udara luar yang mengintervensi proses pembentukan biogas.
Setelah instalasi selesai maka dapat mulai dilakukan pengamatan secara periodik. Pengamatan setiap hari dimulai dari waktu pertama munculnya gas dimana waktu pengamatan yang konstan bertujuan agar hasil yang didapatkan valid. Selanjutnya, dilakukan analisis dengan menghitung laju produksi biogas, jumlah biogas yang dihasilkan, dan energi yang dihasilkan.
Dari hasil praktikum yang sudah dilakukan selama 27 hari, diperoleh hasil total volume biogas sebanyak 10,50 ml sehingga jika dirata-rata produksi gas per harinya adalah 0,39 ml. Untuk minggu pertama, volume yang dihasilkan adalah 4,0 ml, minggu kedua sebanyak 2,5 ml, minggu ketiga sebanyak 3,5 ml, dan minggu terakhir sebanyak 0,5 ml. Pada minggu keempat ini hanya terjadi penambahan volume sebanyak 1 kali yaitu pada hari kelima sebanyak 0,5 ml. Kecepatan produksi gas tergantung pada kinerja bakteri metanogen yang dipengaruhi oleh pH, suhu, kandungan nutrien, keberadaan faktor penghambat dan waktu retensi (Wagiman, 2006).
Dari grafik perubahan volume biogas (waktu vs volume) dapat dilihat bahwa penambahan volume biogas yang terjadi cukup fluktuatif. Sebanyak 13 kali pengamatan menunjukkan bahwa tidak ada pernambahan volume gas, sementara pengamatan lain menunjukkan angka penambahan volume di atas 0,4 ml bahkan ada yang mencapai penambahan sebanyak 1,5 ml. Untuk minggu keempat hanya terjadi penambahan sebanyak 1 kali saja (pada grafik ditunjukkan di hari ke-26). Tidak adanya penambahan volume di hari-hari terakhir ini kemungkinan dikarenakan mikrobia yang melakukan proses fermentasi di dalamnya sudah kekurangan nutrisi.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Sumber yang potensial sebagai bahan baku produksi biogas adalah bahan organik seperti kotoran hewan ternak, limbah pertanian, sisa dapur, dan sampah organik. Sumber limbah industri yang potensial untuk dijadikan biogas adalah limbah cair industri tapioka, industri nata de coco, industri kecap, industri tahu, dan industri pengolahan kelapa sawit.
2. Proses produksi biogas terdiri dari 3 tahap yaitu hidrolisis, asidogenesis, dan metanogenesis. Pembentukan gas metan oleh bakteri anaeronik terjadi pada tahapan metanogenesis.
3. Dalam waktu 27 hari, didapat volume biogas sebanyak 10,50 ml sehingga jika dirata-rata, volume biogas per hari yang diperoleh adalah 0,39 ml.
B. Saran
DAFTAR PUSTAKA
Abdurahman, Deden. 2006. Biologi Kelompok Pertanian dan Kesehatan untuk Sekolah Menengah Kejuruan Kelas XI. Jakarta: Grafindo Media Pratama.
Chhetri, A.B., dan M. Rafiqul Islam. 2008. Inherently-sustainable Technology Development. Nova Publishers. Canada.
Dirjen Industri Kecil dan Menengah. 2007. Pemanfaatan Limbah Menjadi Biogas. Dalam http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/bioenergy/pengolahan-limbah-tahu-menjadi-biogas/ diakses pada 15 April 2014 pukul 18.15 WIB.
Hozairi, dkk. 2012. Pemanfaatan Kotoran Hewan Menjadi Energi Biogas Untuk Mendukung Pertumbuhan UMKM di Kabupaten Pamekasan. Dalam Prosiding InSINas Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat. Universitas Islam Madura. Pamekasan.
Krisno, Agus. 2011. Biogas Secara Umum. Dalam http://aguskrisno.blogspot.com/ diakses pada 15 April 2014 pukul 18.17 WIB.
Moenir, Misbachul dan Rustiana Yuliasni. 2011. Penerapan Teknologi Bio-Desulfurisasi Gas Hidrogen Sulfida (H2s) Pada Ipal Industri Tahu Sebagai Upaya Pengambilan Kembali ( Recovery ) Sulfur. Dalam Jurnal Riset Teknologi Pencegahan Pencemaran Industri, Vol 1, No. 4: 244-250.
Padang, Yesung Allo, dkk. 2011. Meningkatkan Kualitas Biogas dengan Penambahan Gula. Dalam Jurnal Teknik REKAYASA, Vol 12 No. 1: 54-62.
Simamora, Suhut, dkk. 2006. Membuat Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas dari Kotoran Ternak. Jakarta: AgroMedia Pustaka.
Singh, Vijay P., dan Ram Narayan Yadava. 2003. Wastewater Treatment and Waste Management. Allied Publishers Pvt. New Delhi.
Wagiman. 2014. Modul Praktikum Pengendalian Limbah Industri Program Studi Strata I. Jurusan Teknologi Industri Pertanian. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
Wahyuni, Sri. 2011. Menghasilkan Biogas Dari Aneka Limbah. Jakarta: PT Agromedia Pustaka.
Wibowo, Ari. 2013. Potensi Biogas adari Limbah Cair Kelapa Sawit. Dalam
