BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pengaruh Waktu Fermentasi Campuran Limbah Cair Industri Tapioka Dengan Air Terhadap Gas Bio Yang Dihasilkan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 UBI KAYU (SINGKONG)

Ubi kayu (Mannihot esculenta) berbatang berkayu dan beruas - ruas yang tingginya mencapai 3 meter atau lebih [7]. Bagian tengah dari ubi kayu bergabus dan termasuk tumbuhan yang tinggi. Ubi kayu bisa mencapai ketinggian 1-4 meter. Pemeliharaannya mudah dan produktif. Ubi kayu dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 meter di atas permukaan air laut. Daun ubi kayu memiliki tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3-8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau atau merah [8]. Ubi kayu (Mannihot esculenta) ini ditunjukkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Ubi Kayu (Mannihot esculenta)[9]

2.1.1 Sejarah Ubi Kayu

departemen pertanian potensi wilayah luas lahan tidur, terutama di Amerika Selatan dan Afrika, walaupun akan dievaluasi untuk produksi pangan berkelanjutan dan penekanan pada singkong sebagai tanaman yang dipilih yang memiliki potensi untuk memenuhi permintaan besar untuk makanan. Sejak perhatian lebih banyak kepada singkong sebagai tanaman prioritas maka dibentuklah Internasional Pusat Penelitian Pertanian (IARS). Internasional Pusat Tropical Agriculture (CIAT) di Cali, Kolombia diberi mandat untuk meningkatkan singkong di seluruh dunia dan di Amerika Selatan pada khususnya [12].

2.1.2 Komposisi Ubi Kayu

Berdasarkan Iptek (2010), komposisi kandungan ubi kayu per 100 gram bahan dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Kimia Ubi Kayu [13]

No Komposisi Jumlah

bagian sisa pati yang tidak terekstrak serta komponen non pati yang terlarut dalam air. Sehingga tepung tapioka adalah komponen pati yang hampir murni.

Pada industri tepung tapioka, teknologi yang digunakan dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu:

1. Tradisional yaitu industri pengolahan tapioka yang masih mengandalkan sinar matahari dan produksinya sangat tergantung pada musim.

2. Semi modern yaitu industri pengolahan tapioka yang menggunakan mesin pengering (oven) dalam melakukan proses pengeringan.

3. Full otomateyaitu industri pengolahan tapioka yang menggunakan mesin dari proses awal sampai produk jadi. Industri tapioka yang menggunakan peralatan full otomate ini memiliki efisiensi tinggi, karena proses produksi memerlukan tenaga kerja yang sedikit, waktu lebih pendek dan menghasilkan tapioka berkualitas [17]

Cleaner production atau produksi bersih adalah merupakan suatu strategi pengelolaan lingkungan yang bersifat preventif, terpadu dan diterapkan secara kontinu pada proses produksi, produk dan jasa untuk meningkatkan eko-efisiensi sehingga mengurangi resiko terhadap kesehatan manusia dan lingkungan [18]. Pengertian strategi produksi bersih bermakna sangat luas karena di dalamnya mencakup upaya pencegahan pencemaran, minimisasi limbah, teknologi bersih, and of pipe treatmentdan remediasi [14].

Namun industri tepung tapioka pada saat ini sering menimbulkan masalah lingkungan. Jika tidak ditangani secara seksama limbah tapioka yang terdiri dari limbah padat, cair dan gas, berpotensi besar mencemari lingkungan. Limbah padat seperti kulit singkong dapat dimanfaatkan untuk pakan ternak dan pupuk, sedangkan onggok (ampas) dapat digunakan sebagai sebagai bahan baku pada industri pembuatan saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Limbah cair dapat dimanfaatkan untuk pengairan sawah dan ladang, selain itu limbah cair pengolahan tapioka dapat diolah menjadi minuman nata de cassava dan pembuatan gas bio.

menguatkansecurity of supplybahan bakar, meningkatkan kesempatan kerja, berpotensi mengurangi ketimpangan pendapatan antar individu dan antar daerah, meningkatkan kemampuan nasional dalam teknologi pertanian dan industri, mengurangi kecenderungan pemanasan global dan pencemaran udara (bahan bakar ramah lingkungan) dan berpotensi mendorong ekspor komoditi baru [8].

Model proses produksi industri tapioka ramah lingkungan berbasis produksi bersih dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut ini:

Gambar 2.2 Model Proses Produksi Industri Tapioka Ramah Lingkungan Berbasis Produksi Bersih [14]

2.3 LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA

udara. Limbah cair industri tapioka yang masih baru berwarna putih kekuningan, sedangkan limbah yang sudah busuk berwarna abu-abu gelap. Kekeruhan yang terjadi pada limbah disebabkan oleh adanya bahan organik, seperti pati yang terlarut, jasad renik dan koloid lainnya yang tidak dapat mengendap dengan cepat [19]. Bau tersebut dihasilkan pada proses penguraian senyawa mengandung nitrogen, sulfur dan fosfor dari bahan berprotein [20].

Selain itu, limbah cair tapioka proses ekstraksi dengan kadar COD 33600-38223 mg/L tercatat mengandung 425-1850 mg/L glukosa dan 22614-29725 mg/L gula yang dapat dihidrolisis menjadi glukosa [21].

Umbi singkong memiliki senyawa HCN (asam sianida) secara alami dalam sel-selnya. Sianida adalah suatu senyawa yang sangat beracun, larut dalam air dan mudah menguap pada suhu kamar [20]. Singkong jenis tertentu (singkong pahit) dan apabila dipotong- potong warnanya berubah menjadi biru. Ubi kayu berkadar racun tinggi sebaiknya dibuat menjadi tepung tapioka [7]. Pada saat proses pemerasan dan ekstraksi, HCN yang terdapat dalam sel-sel singkong akan terlepas/ terlarut dengan air. Air limbah yang mengandung HCN apabila dibuang ke perairan dan terakumulasi dapat membahayakan kehidupan biota air tesebut dan secara tidak langsung dapat membahayakan manusia [22].

Berdasarkan penelitian, HCN yang terdapat dalam limbah cair industri tapioka dapat diuraikan dengan menggunakan Effective Microorganism. Hasil penelitian menunjukkan bahwa EM 1% (1 ml EM dalam 1 liter limbah cair) merupakan konsentrasi yang cocok untuk menguraikan HCN tersebut. Oleh karena itu, Pengaruh EMterhadap HCN pada limbah cair tapioka dapat terlihat pada tabel 2.2 berikut ini:

Adapun kandungan dan baku mutu limbah cair industri tapioka yang diizinkan pemerintah sesuai dengan Lampiran B. VIII KEP-51/ MNLH/ 10/ 1995 sebelum dibuang ke lingkungan dapat ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

Tabel 2.3 Kandungan dan Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Tapioka [24]

Dari tabel di atas, dapat kita simpulkan bahwa limbah cair industri tapioka yang dihasilkan saat ini harus diolah terlebih dahulu mengingat kandungan COD yang cukup tinggi, yaitu 13.500-22.000 mg/liter. Sedangkan untuk TSS dapat terlihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.4 KomposisiTotal Solid(TS) Limbah Cair Tapioka [25]

2.4 GAS BIO

dioksida [26]. Gas bio hanya dapat terbakar apabila kandungan metana di dalamnya mencapai 45% atau lebih [27]. Komposisi gas bio yang dihasilkan secara umum mengandung beberapa komponen, dapat terlihat pada tabel 2.5 berikut ini:

Tabel 2.5 Komposisi Gas Bio Secara Umum [28]

Komponen %

Metana (CH4) 55-75

Karbon dioksida (CO2) 25-45

Nitrogen (N2) 0-0,3

Hidrogen (H2) 1-5

Hidrogen sulfide (H2S) 0-3

Oksigen (O2) 0,1-0,5

2.4.1 Tahapan Metabolisme dalam Pembentukan Gas Bio

Pada proses anaerob, bahan organik didegradasikan menjadi metana dan karbon dioksida melalui tahap-tahap berlainan yang merupakan serangkaian kegiatan metabolik dari kelompok-kelompok mikroorganisme yang berbeda. Adapun tahap-tahap ini dapat dibedakan menjadi 4 tahap-tahap utama yaitu:

1. Hidrolisis dan Asidifikasi. Mula-mula, bakteri fermentatif akan menghidrolisis substrat polimer seperti polisakarida, protein dan lemak menjadi monomer-monomer gula, asam amino dan peptida.

Reaksi hidrolisis : (C6H10O5)n + n H2O n(C6H12O6) + sel mikroorganisme

2. Asidogenesis. Pada tahap ini, hasil hidrolisis dari tahap sebelumnya akan difermentasikan menjadi asam lemak volatil (asam asetat, asam butirat dan propionat) dan asam lemak rantai panjang, CO2, format, H2, NH4+, HS-, alkohol

3. Asetogenesis.

Selanjutnya, bakteri sintropik atau bakteri asetogenik pereduksi proton, menguraikan propionat, asam lemak rantai panjang, alkohol, beberapa asam amino dan senyawa aromatik, menjadi H2, format dan asetat.

CH3CH2COOH CH3COOH + CO2+ 3 H2

CH3(CH2)2COOH 2CH3COOH + 2 H2O

4. Metanogenesis.

Tahap terakhir melibatkan 2 kelompok metanogen yang berbeda, yakni metanogen

hidrogenotropik yang menggunakan H2 dan format dari reaksi sebelumnya untuk

mereduksi CO2menjadi CH4, dan metanogen asetotropik yang menguraikan asetat

menjadi CO2dan CH4. Reaksinya sebagai berikut :

CH3COOH CH4+ CO2

4H2+ CO2 CH4+ 2H2O [19]

2.4.2 Faktor_–Faktor yang Mempengaruhi dalam Pembentukan Gas Bio 2.4.2.1 Temperatur

Proses anaerob biasanya dijalankan pada temperatur 30-38oC atau pada 49-58oC (termofilik) dan harus sangat diperhatikan mengingat organisme berkembang pada temperatur yang berbeda [30].

2.4.2.2 pH

Metanogen hanya dapat berkembang dengan baik pada jangkauan pH yang sempit, antara 6,5-8. Penambahan baking soda (NaHCO3) dapat meningkatkan alkalinitas

dari suatu larutan fermentasi [27]

2.4.2.3 Rasio C:N

Metanogen umumnya menggunakan karbon sebagai sumber energi untuk pertumbuhan, dan nitrogen untuk membangun struktur sel. Biasanya karbon yang dibutuhkan 25-30 kali lebih banyak dibandingkan dengan nitrogen [27].

2.4.2.4 Logam Berat Terlarut

cair seperti besi, kobalt, nikel, dan seng 0,02; 0,004; 0,003 mg/g produksi asam asetat. Sedangkan kadar logam berat terlarut yang direkomendasikan per liter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; NiCl2; dan 0,1 mg ZnCl2. Penambahan logam

logam ini meningkatkan aktifitas mikroba dan sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair [29].

2.5 POTENSI EKONOMI

Perbandingan terbaik dari penelitian ini yaitu pada perbandingan komposisi limbah cair industri tapioka dan air 100:0 (v/v) sehingga berdasarkan hal ini dapat disimpulkan potensi ekonominya yaitu:

Bahan Baku:

a.Limbah Cair Rp.

0,-Bahan Tambahan

a.Kotoran Sapi Rp. 10.000,-/ karung b. Molase Rp. 5.000,-/ kg

Biaya lain-lain (kapur, digester)Rp.300.000,-/ digester

Produksi tepung tapioka untuk Sumatera Utara tahun 2012 adalah sebesar 1.192.124 ton [31]. Sebanyak 1000 kg ubi kayu yang telah bersih dan terkupas kulitnya (kandungan bahan kering 35%) dapat menghasilkan limbah cair sebesar 514kg [32]. Jadi pada tahun 2012 akan dihasilkan limbah cair sebanyak 100.000.000 ton.

Untuk perbandingan komposisi limbah cair industri tapioka dan air 100:0 (v/v) dengan volume limbah sebanyak 225 L menghasilkan 205,617 L gas bio dengan lama fermentasi 24 hari. Pemanfaatan limbah tapioka ini cukup menjanjikan. Untuk 100.000.000 ton limbah cair industri tapioka dan gas bio yang dihasilkan sebanyak:

Kotoran sapi dan air= 25% dari volume digester terisi = Total limbah/ 75% Volume digester terisi = 100.000.000.000 /0,75 = 133.333.333.333 L

Volume digester total = Volume digester terisi/60% = 222.222.222.222 L

(Anggap 1 digester sekitar 2.000 L, maka dibutuhkan sekitar 111.111.111 digester)

Kotoran sapi dan air= 25% x 133.333.333.333 L = 33.333.333.333 L

Kotoran sapi : air =1:1 (w/w) maka diperlukanKotoran sapi= 16.666.666.667 kg (50 kg/karung sehingga dibutuhkan 333.333.333 karung) =Rp. 3.333.333.333.000,-Molase= 5kg/ 500L volume digester total = 2.222.222.222 kg

= Rp.11.111.111.111.000,-Biaya lain-lain

Kapur = Rp. 10.000,- x 111.111.111 digester =Rp.

1.111.111.110.000,-Transportasi =Rp.

9.999.999.900.000,-Digester = Rp. 200.000,- x 111.111.111 digester =Rp.

22.222.222.000.000,-Total Biaya

Rp.47.777.777.454.000,-Kandungan metana (CH4) dalam gas bio berkisar 50-70% [33] jadi dianggap

kandungan metana dalam gas bio adalah 60%.

Volume metana yang terbentuk = 60% x 91.385.333.333 L = 54.831.200.000 L = 54.831.200.000 m3

Diketahui: ρCH4 = 0,6800 kg m3[34]

Massa Metana (CH4) = ρCH4 xVolume CH4

= 0,6800 kg m3x 54.831.200.000 m3 = 37.285.216.000 kg

Massa gas bio =

= 37.285.216.000 kg / 0,60 = 62.142.026.667 kg

Tabel 2.6 Perhitungan Potensi Ekonomi

BAHAN DIBUTUHKAN @ BIAYA

Baku Limbah Cair 100.000.000.000 L - Rp.

0,-Tambahan Kotoran sapi 333.333.333 karung Rp. 10.000 Rp.

3.333.333.333.000,-Molase 2.222.222.222 kg Rp. 5.000

Rp.11.111.111.111.000,-Digester 111.111.111 digester

Rp. 300.000

Rp.

22.222.222.000.000,-Kapur Rp.

1.111.111.110.000,-Transportasi Rp.

9.999.999.900.000,-Total Biaya Pengeluaran

Rp.47.777.777.454.000,-Gas bio 62.142.026.667 kg Rp.1.167 Rp.

72.519.745.120.000,-Total Biaya Penjualan Rp.

72.519.745.120.000,-LABA Rp.

27.741.967.666.000,-Adapun keuntungan pemanfaatan pengolahan campuran limbah cair industri tapioka dan air menjadi gas bio antara lain:

 Mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.

 Sebagai sumber energi yang dapat diperbaharui.

 Mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil