SEMINAR TUGAS AKHIR

KAJIAN PEMAKAIAN SAMPAH ORGANIK RUMAH TANGGA UNTUK MASYARAKAT BERPENGHASILAN RENDAH SEBAGAI BAHAN BAKU

PEMBUATAN BIOGAS

Oleh :

Selly Meidiansari

3308.100.076

Dosen Pembimbing :

Ir. Eddy S. Soedjono Dipl.SE., MSc., PhD

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN –FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER – SURABAYA 2012

Latar Belakang

Indonesia sebanyak lebih dari 31 juta jiwa berpenghasilan rendah Sebagian besar penduduk di Indonesia masih mengandalkan sektor

pertanian dan peternakan untuk menggerakkan roda perekonomian Selama ini kotoran sapi dan sampah organik rumah tangga belum

dimanfaatkan secara maksimal Pembuatan biodigester merupakan salah satu solusi untuk

mengatasi kesulitan masyarakat di bidang ekonomi Penggunaan sistem reaktor biogas memiliki keuntungan yaitu

mengurangi efek gas rumah kaca Pemanfaatan limbah dengan cara seperti ini secara ekonomi akan

sangat kompetitif seiring naiknya harga bahan bakar minyak danpupuk anorganik

Rumusan Masalah

Kondisi optimum reaktor biogas dengan variasi perbandingankomposisi dan variasi penambahan EM 4

Banyaknya volume biogas yang dihasilkan dari sampah organikrumah tangga yang dapat menghasilkan biogas

Berapa COD removal yang terjadi saat dalam reaktor

Tujuan Menganalisis potensi biogas yang berasal dari sampah oganik rumah

tangga Menentukan kondisi optimum proses pembentukan biogas dengan

perbandingan komposisi sampah sisa makanan dengan kotoran sapidan variasi penambahan EM 4

Menentukan COD removal dalam reaktor

Ruang Lingkup

Penelitian dilakukan di laboratorium jurusan Teknik Lingkungan ITS Surabaya dengan sistem batch

Sampel sampah yang digunakan adalah sampah organik rumah tangga berupa sampah sisa makanan yang berasal dari depot-depot makan daerah Gebang dan Keputih, Surabaya

Manfaat Memberi pengetahuan kepada masyarakat tentang potensi

dari sampah organik rumah tangga dan kotoran sapi sebagai penghasil biogas

Memberikan alternatif pemenuhan kebutuhan energi untuk kegiatan memasak sehari-hari

Tinjauan Pustaka

• Komposisi biogas

• Faktor-faktor yang mempengaruhi biogas

• Perhitungan produksi biogas

Karakteristik & Komposisi Biogas

Komposisi utama biogas :

(Igoni, et al, 2008)

Unsur Komposisi

Metan (CH4) 55-75 %

Karbon dioksida (CO2)

30-45 %

Hidrogen Sulfida (H2S)

1-2 %

Nitrogen (N2) 0-1 %

Hidrogen (H2) 0-1 %

Faktor yang mempengaruhi pembentukan biogas

• Bahan baku

• Rasio karbon dan nitrogen (C/N)

• Temperatur

• pH

• Kebutuhan nutrisi NH4

• Pengadukan

• Zat racun (toxic)

• Starter(Lazuardy, 2008)

Perhitungan Produksi Biogas

• Perhitungan roduksi biogas dengan penurunan COD selama proses fermentasiPenurunan COD = produksi metanaCOD metana : jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi metana menjadi karbon dioksida dan airCH4 + 2O2 CO2 + H2ODari reaksi tersebut, COD per mol metana :2x32 g O2/mol = 64 g O2/mol CH4

Volume metana per mol pada kondisi standar (1 atm) = 22,414 L didapat dengan rumus sebagai berikut :

Con’t

P x V = nRT

Keterangan :P = tekanan (atm)

R = 0,082057 mol*L/mol*K

V = volume gas (liter)

T = suhu (kelvin)

n = berat molekul (mol)

Jadi volume CH4 berdasarkan konversi COD dalam reaktor sebesar 22,414/64 = 0,35 liter CH4/gCOD

Mikroorganisme EM 4

• Bioaktivator merupakan mikroorganisme pengurai sampah materi organik yang telah diisolasi dan dioptimasi dan dikemas dalam berbagai bentuk dan terdapat pada keadaan inaktif seperti Effective Microorganism (EM 4)

• Mikroorganisme yang terdapat dalam EM 4 terdiri dari beberapa mikroba seperti mikroba selulotik, lubricus (asam laktat) serta sedikit bakteri fotosintesis, Acanomytes, Streptomyces sp.

• EM 4 dapat meningkatkan fermentasi limbah dan sampah organik

(Sumber : Sulistyawati, dkk. 2008)

Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)

• GCMS merupakan metode pemisahan senyawa organik yangmenggunakan metode analisis senyawa yaitu kromatografi gas(GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif danspektrometri massa (MS) untuk menganalisis struktur molekulsenyawa analit.

• Pada metode analisis GCMS adalah dengan membaca spektra yangterdapat pada kedua metode yang digabung tersebut

• Pada spektra GC jika terdapat bahwa dari sampel mengandungbanyak senyawa, terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalmspektra tersebut.

• Berdasarkan data waktu retensi yang sudah diketahui dari literaturbisa diketahui senyawa apa saja yang ada didalam sampel

Metode Penelitian

Persiapan Penelitian

Tahapan Penelitian

Batch 1

Sampah makanan : kotoran sapi 70 : 30

Sampah makanan : kotoran sapi 50 : 50

Sampah makanan : kotoran sapi 30 : 70

Batch 2(30 : 70) + EM 4

7 ml

Gambar Reaktor

Keterangan :1. Ember2. Jerigen+feed3. Gelas Ukur4. Selang

Karakteristik Awal Sampah Sisa Makanan

Parameter Nilai

COD (mg/l) 201.600

pH 5,95

TS (gr) 2,52

VS (gr) 2,47

Karakteristik Awal Kotoran sapi

Parameter Nilai

COD (mg/l) 134.400

pH 6,23

TS (gr) 1,80

VS (gr) 1,11

Grafik Laju Pembentukan Biogas

• Laju Pembentukan biogas maksimum terjadi di Reaktor A3 dengan perbandingan komposisi sampah makanan dan kotoran sapi 30 : 70 dengan pencapaian volume biogas rata-rata 1074,28 L/hari

• Reaktor A2 dengan perbandingan komposisi sampah makanan dan kotoran sapi memiliki laju pembentukan biogas paling sedikit dengan rata-rata 638,57 L

• Pada Hari ke-21 mayoritas reaktor berhenti menghasilkan biogas.

Grafik Laju Pembentukan Biogas Reaktor A1

• Biogas mulai terbentuk pada hari ke-1 dan mencapai laju pembentukan biogas tertinggi pada hari ke-10 yaitu 1630 ml/hari

• Setelah hari ke-3, produksi biogas mulai menurun lalu mengalami peningkatan lagi pada hari ke-10 dengan laju 1630 ml

Grafik Laju Pembentukan Biogas Reaktor A2

• Biogas mulai terbentuk di hari pertama dan puncak laju pembentukan biogas terjadi di hari ke-3 yaitu 2100 ml

• Setelah hari ke-4, mulai mengalami penurunan dan mulai menunjukkan fase steady state hingga hari ke-21.

Grafik Laju Pembentukan Biogas Reaktor A3

• Biogas mulai terbentuk pada hari pertama dan mencapai puncak laju pembentukan biogas pada hari ke-3 yaitu 3060 ml.

• Setelah hari ke-4, produksi biogas mengalami penurunan kemudian naik turun dan mencapai keadaan steady state pada hari ke-17 yaitu 500 ml.

Grafik Laju Pembentukan Biogas Reaktor KSM

• Volume gas tertinggi terletak di minggu pertama yaitu pada hari ke-1 sebesar 2350 ml

• Volume gas mengalami penurunan yang cukup drastis pada hari ke-6 dan mengalami kenaikan hingga hari ke-9 . Produksi gas berhenti pada hari ke- 20

Grafik Laju Pembentukan Biogas Reaktor KKS

• Volume gas tertinggi pada reaktor KKS terletak di minggu pertama yaitu hari ke-1 sebesar 810 ml dan mengalami penurunan produksi gas yang cukup drastis pada hari ke-8.

Analisa Kadar COD Awal dan Akhir Tiap Reaktor

Reaktor COD Awal

(mg/l)

COD Akhir (mg/l)

Selisih % Removal

A1 268.800 134.400 134.400 50

A2 313.600 179.200 134.400 42,86

A3 403.200 112.000 291.200 72,22

KSM 201.600 89.600 112.000 55,56

KKS 134.400 98.560 35.840 26,67

% removal COD terbesar terjadi pada Reaktor A3 (30:70) sebesar72,22%. Sedangkan yang terkecil terjadi pada reaktor KKS (kontrolkotoran sapi) sebesar 26,67%. Perbedaan besarnya nilai penurunan bahan organik pada tiapreaktor dipengaruhi oleh kondisi mikroorganisme pengurai pada tiapreaktor dan kondisi lingkungan yang mempengaruhi proses

Analisa Parameter pH

Reaktor pH awal pH akhir

A1 5,28 4,96

A2 5,12 4,66

A3 6,01 4,93

KSM 5,95 3,57

KKS 6,23 5,41

• pH awal pada masing-masing perbandingan komposisi masihdibawah pH optimum. Kondisi seperti ini berpengaruh terhadaprendahnya kandungan metana didalam biogas yang dihasilkan.• Penambahan alkali NaOH sampai pH mendekati netral.• Peningkatan pH optimal akan memacu proses pembusukan sehinggameningkatkan efektifitas kerja mikroba dan berdampak padapeningkatan produksi biogas.

Analisa Parameter Temperatur

Reaktor Temperatur

Awal Temperatur

Akhir

A1 27 33

A2 26 33

A3 26 33

KSM 27 32

KTS 27 33

• Temperatur awal di kelima reaktor berada di rentang 250C-270C,sedangkan temperatur di akhir penelitian berkisar antara 32-330C.• Temperatur ini masih kurang dibandingkan dengan temperatur kerjaoptimum untuk proses biogas yaitu 350C• Suhu dalam substrat berpengaruh meningkatkan produksi biogas.

Analisa Parameter TS

Reaktor TS awal (gram)

TS akhir (gram)

selisih % removal

A1 1,61 0,86 0,76 46,95

A2 3,15 0,51 2,65 83,97

A3 2,16 0,57 1,59 73,44

KSM 2,52 0,79 1,73 68,78

KTS 1,80 0,82 0,98 54,58

• Terjadi penurunan TS di semua reaktor. Rata-rata penurunan TSsebesar 65,54%. Penurunan terbesar terjadi pada Reaktor A2 (50:50)sebesar 83,97%. Sedangkan penurunan terkecil terjadi pada ReaktorA1 (70:30) sebesar 46,95%.• Semakin besar penurunan nilai TS menunjukkan bahwa prosesdegradasi yang semakin besar terjadi pada reaktor.

Analisa Parameter VS

Reaktor VS awal (gram)

VS akhir (gram)

selisih % removal

A1 1,24 0,99 0,26 20,65

A2 2,14 0,38 1,76 82,18

A3 1,93 1,28 0,65 33,74

KSM 2,47 1,22 1,25 50,66

KKS 1,11 0,55 0,56 50,46

• Terjadi penurunan nilai VS di semua reaktor. Rata-rata penurunan nilaiVS sebesar 47,54%. Penurunan terbesar terjadi pada Reaktor A2 (50 : 50)yaitu 82,18%. Sedangkan penurunan terkecil terjadi pada Reaktor A1 (70: 30) yaitu 20,65%.• Penurunan nilai VS terjadi akibat adanya proses biodegradasi sampahorganik oleh mikroorganisme, baik yang berasal dari sampah itu sendirimaupun yang berasal dari kotoran sapi (biostarter).

Perhitungan Produksi Gas Secara Teoritis

Reaktor Nilai CH4 (L CH4/g COD)

A1 0,388

A2 0,387

A3 0,387

KSM 0,387

KKS 0,388

• Volume total biogas bila dihitung secara teoritis nilainya sangatjauh bila dibandingkan dengan volume total biogas dari hasil reaktoryang ada di lapangan.• Hal ini disebabkan karena selama proses anaerobik, suhu dalamreaktor tidak berada pada kisaran suhu optimum untukpembentukan biogas. Suhu dalam reaktor berkisar antara 25-300C,sedangkan suhu optimum pembentukan biogas adalah antara 35-370C.

Analisa Gas dengan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)

Metana : 82,85%

Ammonia : 4,10%

Gas-gas lain : 13,05%

Laju Produksi Biogas (Batch II)

Pada hari pertama produksi gas sudah mulai terlihat yaitusebesar 1800 ml hingga hari kelima Reaktor B1memproduksi gas paling tinggi yaitu sebesar 2250 ml.Namun pada hari ke-15 hingga hari ke-21 reaktor B1 tidakmemproduksi gas.

Analisa Parameter COD & pH pada Batch II

COD

Reaktor COD Awal

(mg/l) COD Akhir

(mg/l) Selisih

% Removal

B1 448.000 120.960 327.040 73

pH

Reaktor pH awal pH akhir

B1 6,10 4,58

Analisa Parameter Temperatur, TS & VS

Reaktor Temperatur

Awal Temperatur

Akhir

B1 27 34

Total Solid (TS)

Reaktor TS awal (gram)

TS akhir (gram)

selisih % removal

B1 2,02 0,66 1,36 67,29

Temperatur

Reaktor VS awal (gram)

VS akhir (gram)

selisih %

removal

B1 1,79 0,97 0,82 45,73

Volatile Solid (VS)

Perhitungan Produksi Gas Secara Teoritis

• COD awal = 448.000 mg/l

• COD akhir = 120.960 mg/l

• Removal = 327.040 mg/l

• Suhu rata-rata = 30,50C

• Volume gas per mol pada Reaktor A1 :

• V = (1 mol) x (0,082057 L/molK) x (273,15+30,5) / 1 atm

= 24,92 liter

• CH4 berdasar konversi COD dalam reaktor anaerobik A1 sebesar 24,92/64 = 0,389 L CH4/g COD.

Kesimpulan dan SaranKesimpulan

Volume biogas optimal terjadi pada reaktor A3 dengan perbandingan komposisi 30 : 70 yaitu menghasilkan biogas sebesar 21,170 L

Penambahan kotoran sapi sebagai starter mempengaruhi pembentukan biogas

Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas antara 10-21 hari

% COD removal teerbesar terjadi pada Reaktor A3 yaitu 72,22%

Biogas yang dihasilkan masih sedikit dikarenakan penelitian ini menggunakan sistem batch

• Hasil penelitian batch II yaitu dengan penambahan EM4 pada reaktor A3 yaitu dengan perbandingan komposisi antara sampah sisa makanan dan tinja sapi 30:70 kurang berpotensi dalam memproduksi biogas

Con’t

Saran

• Sampah sisa makanan cukup berpotensi menghasilkan biogas namunperlu penelitian lebih lanjut sampah sisa makanan jenis apa yang bisamenghasilkan banyak gas metan.

• Penambahan EM4 kurang efektif sebagai substrat dalam biogas.Sebaiknya menggunakan kotoran sapi sebagai starter

SEKIAN&

TERIMA KASIH