PENGARUH SUHU DAN SUMBER INOKULUM TERHADAP PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH MAKANAN

PADA PEROMBAKAN ANAEROB

Skripsi

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

guna memperoleh gelar Sarjana Sains

Oleh :

Agus Purnomo

NIM. M0404019

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

2

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Permasalahan lingkungan hidup akhir-akhir ini yang sangat menonjol

adalah pemanasan bumi (global), krisis energi, dan sampah atau limbah.

Permasalahan ini secara umum diakibatkan oleh aktifitas manusia.

Pemanasan global atau dikenal dengan Global Warming adalah kejadian

meningkatnya temperatur rata-rata atmosfer, laut dan daratan bumi. Hal ini

disebabkan karena tingkat pencemaran lingkungan, eksploitasi alam tanpa batas,

pembakaran bahan bakar minyak berlebih dan penanganan limbah yang belum

optimal. Kondisi ini menimbulkan beberapa dampak antara lain

ketidakseimbangan ekosistem alam, meningkatnya gas rumah kaca seperti CO2

dan CH4, rusaknya lapisan ozon dan lai sebagainya. Satu diantaranya efek dari

ketidakseimbangan alam tersebut adalah mencairnya gunung es di kutub akibat

panasnya suhu bumi (Pudja, 2007).

Lingkungan merupakan segala sesuatu disekitar kita yang terdiri dari

faktor biotik dan abiotik serta dipengaruhi budaya manusia Isu lingkungan

terutama pencemaran udara, pemanasan global, paradigma teknologi bersih dan

zero waste telah mendorong peningkatan perhatian pada sumber-sumber energi

yang terbarukan yang ramah lingkungan. Demikian pula kebutuhan energi

masyarakat yang semakin meningkat dan harga bahan bakar minyak (fosil/energi

tak terbarukan) yang membumbung tinggi menjadi salah satu upaya pemenuhan

3

kebutuhan energi yang lebih murah dan tersedia melimpah berupa biogas sebagai

energi terbarukan (Mahajoeno, 2008). Ariati (2001) menjelaskan krisis energi juga

terjadi karena pasokan tidak seiring dengan pemenuhan kebutuhan energi

(konsumsi) bahkan penyusutan/kelangkaan produksi atau harga/biaya

perolehannya semakin rumit dan mahal.

Sejauh ini telah banyak langkah untuk mengatasi permasalahan

lingkungan hidup tersebut, antara lain mengurangi kecenderungan dan

ketergantungan teradap BBF (Bahan Bakar Fosil) secara bertahap dan terencana.

Pengembangan sumber-sumber energi alternatif yaitu sumber energi baru dan

terbarukan. Limbah berpotensi sebagai salah satu energi alternatif untuk

menghasilkan biogas dengan alat digester (Mahajoeno, 2008). Menurut Sugiharto

(1987) menjelaskan bahwa teknologi pengolahan limbah baik cair maupun padat

merupakan kunci dalam memelihara kelestarian lingkungan.

Biomassa limbah sangat bermanfaat untuk menunjang program

diversifikasi energi melalui pengurangan penumpukan sampah atau limbah,

sementara perombakan anaerob memberikan nilai tambah, yaitu kontribusi energi

terbarukan (biogas) juga pupuk cair/organik (Mahajoeno, 2008). Kerakteristik

kimia, fisika dan biologi biomassa limbah organik atau bahan makanan baik

limbah rumah makan, industri kerajinan tahu dan tapioka perlu diketahui dan

ditingkatkan nilai tambahnya, di lain pihak pemanfaatan limbah merupakan upaya

kemelimpahan residu organik dan potensi penghasil gas rumah kaca (Siswanto, et

al, 2005). Untuk mengetahui efektifitas dari pengolahan limbah pangan dalam

4

membentuk energi alternatif (biogas) maka dilakukan penelitian tentang

pembentukan biogas dengan biokonversi (digester) anaerob.

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan:

Bagaimanakah pengaruh perbedaan sumber inokulum (metanogen) dan suhu

terhadap produksi biogas dari limbah makanan pada perombakan anaerob?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengaruh sumber inokulum terhadap produksi biogas yang

terbaik dari limbah makanan.

2. Mengetahui pengaruh perbedaan suhu fermentasi di dalam biodigester tipe

batch pada produksi biogas.

3. Mengetahui pengaruh interaksi antara suhu dan sumber inokulum terhadap

produksi biogas dari limbah makanan.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah memberikan informasi

mengenai sumber metanogen yang lebih efektif dalam perombakan limbah untuk

produksi biogas. Sebagai salah satu upaya untuk peningkatan sumber-sumber

energi terbarukan. Mendukung kebijakan pemerintah di sektor energi sebagai

upaya pemenuhan kebutuhan energi masyarakat yang ramah lingkungan serta

dapat mengurangi efek pencemaran sehingga mengurangi efek pemanasan global.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Permasalahan lingkungan

Lingkungan merupakan segala sesuatu disekitar kita yang terdiri dari

faktor biotik dan abiotik serta dipengaruhi budaya manusia. Permasalahan

lingkungan hidup yang menonjol adalah pemanasan bumi (global), krisis energi,

dan sampah atau limbah. Manusia berperan sangat besar dalam menjaga

keseimbangan alam. Kesuksesan perkembangan peradaban manusia menimbulkan

resiko keseimbangan iklim bumi. Berbagai kasus pencemaran lingkungan yang

terjadi dewasa ini diakibatkan oleh limbah dari berbagai kegiatan industri, rumah

sakit, pasar, restoran hingga rumah tangga. Hal ini disebabkan karena penanganan

dan pengolahan limbah tersebut belum mendapatkan perhatian yang serius.

Sebenarnya, keberadaan limbah dapat memberikan nilai negatif bagi suatu

kegiatan industri. Limbah tersebut biasanya langsung dibuang tanpa pengolahan

terlebih dahulu karena penanganan dan pengolahannya membutuhkan biaya yang

cukup tinggi sehingga kurang mendapatkan perhatian dari kalangan pelaku

industri, terutama kalangan industri kecil dan menengah (Sugiharto, 1987).

Pencemaran limbah yang menghasilkan gas metana merupakan salah satu

penyebab pemanasan global sehingga dikhawatirkan akan mengancam

keseimbangan alam. Menurut Nurmaeni (2001), pemanasan global dan rusaknya

lapisan ozon pada stratosfer bumi disebabkan terakumulasinya gas-gas rumah

kaca dalam jumlah yang berlebihan. Temperatur rata-rata global naik sebesar

6

0.74°C selama abad ke-20, dimana pemanasan lebih dirasakan pada daerah

daratan daripada lautan. Jumlah karbondioksida yang lebih banyak di atmosfer.

Karbondioksida adalah penyebab paling dominan terhadap adanya perubahan

iklim saat ini.

Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas

karbondioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfer. Selain gas CO2, yang

dapat menimbulkan efek rumah kaca adalah sulfur dioksida (SO2), nitrogen

monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) serta beberapa senyawa organik

seperti gas metana (CH4) dan khloro fluoro karbon (CFC). Mekanisme terjadinya

efek rumah kaca adalah sebagai berikut; Bumi secara konstan menerima energi,

kebanyakan dari sinar matahari tetapi sebagian juga diperoleh dari bumi itu

sendiri, yakni melalui energi yang dibebaskan dari proses radioaktif. Sinar tampak

dan sinar ultraviolet yang dipancarkan dari matahari. Radiasi sinar tersebut

sebagian dipantulkan oleh atmosfer dan sebagian sampai di permukaan bumi. Di

permukaan bumi sebagian radiasi sinar tersebut ada yang dipantulkan dan ada

yang diserap oleh permukaan bumi dan menghangatkannya (Anonim, 2008;

Netsains, 2007).

Potensi metana untuk meningkatkan temperatur lebih tinggi dibandingkan

dengan karbondioksida. Satu studi penelitian reaktifitas metana telah dilakukan,

disimpulkan bahwa potensi pemanasan globalnya lebih dari 20 kali

karbondioksida dan konsentrasinya pada atmosfer meningkat satu hingga dua

persen per tahun (Netsains, 2007). Sementara itu, ternak-ternak dalam jumlah

besar akan mengemisikan metana, begitu pula pertanian dan pembuangan limbah,

7

sebab penggunaan pupuk dapat menghasilkan nitrous oksida. Kegiatan-kegiatan

manusia yang mengemisikan gas rumah kaca ke atmosfer saat ini sangat banyak

dilakukan dan sangat esensial dalam ekonomi global. Nurmaini (2001)

menjelaskan penggunaan biomassa (bahan-bahan organik) sebagai bahan bakar

akan mengkonversi metana menjadi bahan bakar yang lebih bermanfaat sehingga

potensi metana yang dilepaskan ke atmosfer menjadi berkurang.

2. Limbah makanan

Sampah seringkali didefinisikan sebagai bahan atau material hasil produksi

atau sisa konsumsi yang tidak dapat dimanfaatkan oleh tubuh atau nilai guna

hilang karena barang tidak sesuai dengan peruntukan. Limbah seringkali

digunakan untuk pengganti istilah kata sampah yang seringkali dibedakan menjadi

limbah padat maupun limbah cair. Sampah rumah tangga dapat bersifat padat

maupun cair, yang penyimpanan maupun pengumpulannya sebelum dibuang ke

tempat pembuangan akhir sampah tidak merugikan lingkungan dan mengganggu

kesehatan penghuninya. Banyak cara pemusnahan sampah dari tingkat sederhana

hingga yang menggunakan peralatan teknologi mutakhir agar tidak menimbulkan

kerugian yang berarti baik kepada pembuangnya (manusia) maupun

lingkungannya. Limbah biomassa berasal dari argoindustri, perternakan atau

pabrik pengolahan hasil pertanian maupun limbah kota/domestik, umumnya

mengandung konsentrasi bahan organik sangat tinggi. Bahan organik tersebut

terdiri dari karbohidrat, protein, lemak dan selulosa atau ligno selulosa yang dapat

didegradasi secara biologi. Limbah cair tersebut mengandung nitrogen, phospat

dan natrium. Besar atau kecilnya pencemaran limbah organik diukur oleh

8

Chemical Oxygen Demand (COD), Biological Oxygen Demand (BOD) untuk

limbah cair, sedangkan untuk yang berbentuk sludge atau lumpur diukur dengan

Total Volatile Solid (TVS) (Jenie dan Winiati, 1993).

Limbah rumah makan bisa berasal dari dapur, yakni bagian dari sayuran

dan bahan makanan lain yang tidak termasak dan memang harus dibuang,

misalnya tongkol jagung, tangkai-tangkai sayuran dan lainnya. Bisa juga sisa

makanan yang tidak habis dimakan tamu warung tersebut (Nugroho et al; 2007).

Sebuah proses biokonversi dipilih untuk mengolah limbah organik dari

makanan. Kuncinya adalah untuk mendapatkan pH seimbang dan suhu yang tepat

sehingga enzim dan mikroorganisme yang digunakan dapat bekerja maksimal

(Riyadi, 2007). Limbah tinggi kandungan energi dan tinggi nitrogen mencakup

tepung ikan, bungkil dan beberapa limbah sayuran (Anonim, 2008).

3. Batasan Biokonversi

Proses daur hidup di alam oleh semua makhluk hidup berlangsung melalui

berbagai tahapan panjang yang dapat dibedakan menjadi dua arah yaitu :

pembentukan (biosintesa) dan pemecahan (biolisa). Proses biologis pembentukan

dan pemecahan ini disebut biokonversi. Teknologi konversi secara umum dapat

dibedakan menjadi empat kelompok yaitu : pembakaran langsung (melalui

tungku/tanur), gasifikasi (hasil berupa gas CO2 dan H2), pirolisa (pengarangan)

dan fermentasi (biogas/alkohol) (Judoamidjojo et al., 1989).

Proses biokonversi adalah perubahan bentuk suatu bahan polimer atau

produk biomassa menjadi berbagai jenis produk nabati maupun hewani

berlangsung secara simultan, meskipun terdapat fluktuasi keseimbangan proses

9

akibat berbagai pengaruh misalnya pengaruh kondisi setempat. Biokonversi

limbah organik dari rumah makan terjadi dalam kondisi anaerob oleh

mikroorganisme, yang dihasilkan produk samping biogas sebagai energi

terbarukan dan lumpur pekat sebagai pupuk organik (Mahajoeno, 2008)

4. Energi Biogas dan Teknologi Perombakan anaerob

Energi merupakan daya usaha yang dapat menggerakan sesuatu barang

atau benda. Sumber energi utama bumi adalah sinar matahari/surya. Sebagian

energi surya sendiri diserap secara alamiah menjadi misalnya energi hidro, energi

angin, energi ombak dan energi kimiawi yang tersimpan pada tanaman.

Terkadang lebih praktis dan ekonomis bagi manusia untuk memanfaatkan energi-

energi sekunder ini ketimbang memanfaatkan energi surya secara langsung

(Triwahyuningsih et al., 2006). Bahan bakar fosil dan nuklir suatu saat nanti akan

habis. Di samping itu, krisis energi juga terjadi terutama karena pasokan tidak

seiring dengan pemenuhan kebutuhan energi (konsumsi) bahkan

penyusutan/kelangkaan produksi atau harga/biaya perolehannya semakin rumit

dan mahal. Hal ini disebabkan oleh karena kebutuhan meningkat sesuai tingkat

kesejahteraan maupun bertambahnya jumlah penduduk (Ariati, 2001).

UNFCCC 2007 di Nusa Dua, Bali, menegaskan bahwa di masa yang akan

datang, penggunaan jenis bahan bakar fosil akan ditekan seminimal mungkin.

Semakin sedikit penggunaan bahan bakar fosil, maka semakin ramah terhadap

lingkungan. Salah satu strategi dalam upaya pemenuhan kebutuhan energi yang

lebih murah dan tersedia melimpah berupa bioenergi (biogas) sebagai energi

terbarukan (Mahajoeno, 2008)

10

Tabel 1. Komposisi Biogas

Penjelasan Rumus Persentase

Metan CH 4 55-65%

Karbondioksida CO 2 36-45%

Nirogen N 2 0-3%

Hidrogen H 2 0-1%

Oksigen O 2 0-1%

Hidrogen Sulfida H 2 S 0-1%

Sumber : Energi Resources Development Series No. 19, Escap, Bangkok

(Kadir, 1995)

Penggunaan biogas sebagai energi alternatif tidak menghasilkan polusi,

disamping berguna menyehatkan lingkungan karena mencegah penumpukan

limbah sebagai sumber penyakit, bakteri, dan polusi udara. Keunggulan biogas

adalah karena konstruksi digester sederhana, hemat ruang, awet, mudah perawatan

dan penggunaannya, dan dihasilkan lumpur kompos maupun pupuk cair

(Abdullah, 1991).

Gas metana (CH4) yang merupakan komponen utama biogas merupakan

bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi (Tabel

1.3). Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk

keperluan penerangan, memasak, menggerakkan mesin dan sebagainya (Abdullah,

1991; GTZ, 1997; UN, 1980 dan Nurhasanah et al 2006). Sistem produksi biogas

juga mempunyai beberapa keuntungan seperti (a) mengurangi pengaruh gas

rumah kaca, (b) mengurangi polusi bau yang tidak sedap, (c) sebagai pupuk dan

11

(d) produksi daya dan panas (Koopmans, 1998; UN, 1980; Yapp et al; 2005 dan

Nurhasanah et al., 2006).

Energi biogas mengandung nilai kalori lebih dari bahan bakar lainnya,

artinya akan lebih banyak panas yang dihasilkan untuk memasak dan lebih cepat

proses masak tersebut. Dalam pemakaian biogas, bau akan limbah akan berkurang

karena proses penguraian bahan organik yang berlangsung. Selain itu pencemaran

karena asap seperti pada proses memasak dengan kayu sedikit saja terjadi.

Tabel 2. Nilai Kalori Biogas dan Bahan Bakar Lain

Bahan Bakar Nilai Kalori (KJ/Kg)

Bio Gas 15.000

Kayu 2.400

Arang 7.000

Minyak Tanah 8.000

(Ginting, 2007).

Bahan biogas dapat diperoleh dari limbah pertanian yang basah, kotoran

ternak (manure), kotoran manusia dan campurannya. Kotoran ternak seperti sapi,

kerbau, babi dan ayam telah diteliti untuk diproses dalam alat penghasil biogas

dan hasil yang diperoleh memuaskan (Harahap et al; 1978).

Teknologi perombakan anaerob merupakan salah satu bagian strategi

pengelolaan limbah cair buangan industri yang cukup berdayaguna dan efektif

(Bitton, 1999). Aplikasi Teknologi Digester Anaerob (TDA) yang lebih luas

sekarang menjadi kebutuhan dalam usaha menuju pembangunan berkelanjutan

12

dan produksi energi terbarukan. Kecenderungan ini didukung oleh pertumbuhan

kebutuhan pasar akan energi “hijau” (de Mez et al; 2003).

Biogas diproduksi dibawah kondisi dekomposisi anaerobik melalui tiga

tahap :

1. Hidrolisis : Mikrobia hidrolitik mendegradasi senyawa organik kompleks

yang berupa polimer (lemak, protein, dan karbohidrat) menjadi monomernya

yang berupa senyawa tak terlarut dengan berat molekul yang lebih ringan.

Proses hidrolisis membutuhkan mediasi exo-enzim yang dieksresi oleh

bakteri fermentatif . Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh enzim

ekstra seluler seperti sellulase, protease, dan lipase. Walaupun demikian

proses penguraian anaerobik sangat lambat dan menjadi terbatas dalam

penguraian limbah sellulolitik yang mengandung lignin (Said, 2006).

2. Pembentukan asam : bakteri pembentuk asam yang merombak senyawa-

senyawa organik menjadi asam lemak volatile dan ammonia. Tahap ini

dilakukan oleh berbagai kelompok bakteri, mayoritasnya adalah bakteri

obligat anaerob dan sebagian yang lain bakteri anaerob fakultatif.

3. Pembentukan metana : bakteri pembentuk metana memanfaatkan asam-asam

ini untuk membentuk metana (CH4) (Veziroglu, 1991). Bakteri tersebut hanya

mengkonsumsi asam format, asam asetat, methanol, hidrogen dan

karbondioksida sebagai substrat.

Proses hidrolisis merupakan salah satu tahap proses yang sangat penting

agar tidak terjadi kegagalan proses pada biodegradasi anaerob. Hidrolisis akan

mempengaruhi kinetika proses keseluruhan karena tahap yang berlangsung paling

13

lambat dapat mempengaruhi laju keseluruhan (Adrianto et al., 2001). Perombakan

bahan organik polimer (lemak, protein, dan karbohidrat) dalam kondisi anaerob

melibatkan aktivitas enzim ekstraseluler yang dikeluarkan oleh mikroorganisme

anaerob. Hidrolisis enzim ekstraseluler (lipase, protease dan karbohidrase)

terhadap bahan organik polimer akan dihasilkan molekul-molekul lebih kecil

sehingga dapat dikonsumsi oleh mikroorganisme (Kusarpoko, 1994; Sahirman,

1994). Pada fermentasi anaerob dihasilkan biogas dan lumpur pekat (sebagai

pupuk organik). Proses hidrolisis enzimatis dan fermentasi anaerob dapat

dilangsungkan secara simultan (Spangler and Emert, 1986, Wright et al., 1988).

Proses perombakan anaerob bahan organik untuk pembentukan biogas

dipengaruhi oleh dua faktor yaitu, biotik dan abiotik. Faktor biotik berupa

mikroorganisme dan jasad yang aktif di dalam proses ataupun mikroba dan jasad

kehidupan diantara komunitas jasad. Faktor abiotik meliputi : substrat; kadar air

bahan/substrat; rasio C/N dan P dalam bahan/substrat; suhu; kehadiran bahan

toksik (unsur beracun); pH dan pengadukan (Wellinger, 1999).

Semua mikroorganisme memerlukan kondisi lingkungan tertentu untuk

pertumbuhan dan perkembangannya, sehingga terdapat variasi persyaratan

pertumbuhan untuk spesies yang berbeda antara lain waktu, Makanan,

Kelembaban, Suhu, Oksigen (untuk yang aerob) (Sudaryati et al., 2007).

Mikroorganisme memerlukan nutrient yang akan menyediakan energi, biasanya

diperoleh dari substansi yang mengandung karbon, nitrogen untuk sintesis protein,

vitamin dan yang berkaitan dengan faktor pertumbuhan, dan mineral (Sherrington,

1981).

14

Terdapat dua kelompok bakteri metanogen penting pada proses anaerob,

yaitu metanogen hidrogenotrofik (menggunakan H/kemolitotrof) mengubah

hidrogen dan CO2 menjadi metana, dan metanogen asetotrofik (asetoklasik)

metanogen pemisah asetat yang mengubah asetat menjadi metana dan CO2

(Bitton, 1999).

Suhu berpengaruh terhadap proses perombakan anaerob bahan organik dan

produksi gas. Pada kondisi karyofilik (5-200C), proses perombakan berjalan

rendah, kondisi mesofilik (25-400C), perombakan berlangsung baik dan terjadi

percepatan proses perombakan dengan kenaikan suhu, serta kondisi termofilik

(45-650C), untuk bakteri termofilik dengan perombakan optimal pada 550C (NAS

1981, Bitton 1999).

Proses perombakan anaerob biasa berlangsung pada pH antara 6,6-7,6;

bakteri metanogen tidak dapat toleran pada pH di luar 6,7-7,4 sedangkan bakteri

non metanogen mampu hidup pada pH 5-8,5 (NAS, 1981). Praperlakuan kimia

pada umumnya limbah cair memiliki derajat keasaman tinggi (< pH 5) dan

penambahan Ca(OH)2 digunakan untuk meningkatkan pH limbah cair menjadi

netral (Bitton, 1999). Sahirman (1994) mengungkapkan bahwa pengaturan pH

awal dengan (CaCO3) bersama pengadukan kontinu 100 rpm (tekanan 1 atm, suhu

kamar) sangat berpengaruh terhadap total biogas yang dihasilkan selama 4

minggu fermentasi. Hal ini dikarenakan adanya intensitas kontak antara

mikroorganisme dan substrat jauh lebih baik dan menghindari akumulasi padatan

terbang ataupun padatan mengendap yang akan mengurangi volume keefektifan

digester.

15

Salah satu cara menentukan bahan organik yang sesuai untuk menjadi

bahan masukan sistem biogas adalah dengan mengetahui perbandingan Karbon

(C) dan Nitrogen (N) atau disebut rasio C/N. Beberapa percobaan yang telah

dilakukan oleh ISAT menunjukkan bahwa aktifitas metabolisme dari bakteri

methanogenik akan optimal pada nilai rasio C/N sekitar 8-20 (Anonim, 2008).

Konsentrasi substrat (rasio C:N) terkait kebutuhan nutrisi mikroba; homogenitas

sistem dan kandungan air (padatan tersuspensi (SS), padatan total (TS), asam

lemak volatile (VFA)) (Bitton, 1999).

Senyawa dan ion tertentu dalam substrat dapat bersifat racun, misalnya

senyawa dengan konsentrasi berlebihan ion Na+ dan Ca+ > 8000 mg/l; K+ >

12000; Mg++ dan NH4+ > 3000, sedangkan Cu, Cr, Ni dan Zn dalam konsentrasi

rendah dapat menjadi racun bagi kehidupan bakteri anaerob (Bitton, 1999).

Starter diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik

menjadi biogas, bisa digunakan lumpur aktif organik atau cairan isi rumen

(Ginting, 2007). Keuntungan pemilihan proses secara anaerobik adalah proses

anaerobik tidak membutuhkan energi untuk aerasi, lumpur atau sludge yang

dihasilkan sedikit, polutan yang berupa bahan organik hampir semuanya

dikonversi ke bentuk biogas (gas metana) yang mempunyai nilai kalor cukup

tinggi. Kelemahan proses degradasi ini adalah kemampuan pertumbuhan bakteri

metan sangat rendah, membutuhkan waktu dua sampai lima hari untuk

penggandaanya, sehingga membutuhkan reaktor yang bervolume cukup besar

(Mahajoeno, 2008).

16

5. Sumber Inokulum

Mikrobia merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan

berhasil tidaknya suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi.

Keberadaanya sangat diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan

bahan organik. Hanifah (2003) menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah

organik menjadi metana membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari

populasi mikrobia yang berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan

kondisi fisiologis yang siap diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai

starter (sumber metanogen). Dalam proses anaerobik, mikrobia yang digunakan

berasal dari golongan bakteri. Bakteri yang bersifat fakultatif anaerob yaitu

bakteri yang mampu berfungsi dalam kondisi aerobik maupun anaerobik. Bakteri-

bakteri tersebut dominan dalam proses penanganan limbah cair baik secara

aerobik ataupun anaerobik. Jenie (1993) menyatakan bahwa sejumlah besar

bakteri anaerobik dan fakultatif yang terlibat dalam proses hidrolisis dan

fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides, Bifidobacterium,

Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus. Bakteri asidogenik (pembentuk asam)

seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat dan H2)

seperti Syntrobacter wolinii dan Syntrophomonas wolfei.

Pancapalaga, (2007) menjelaskan bahwa limbah ternak masih mengandung

nutrisi atau zat zat padat yang potensial untuk mendorong kehidupan jasad renik.

Menurut Harahap et al., (1980) bahwa kotoran hewan seperti kerbau, sapi, babi

dan ayam telah diteliti untuk diproses dalam alat penghasil gasbio dan hasil yang

diperoleh memuaskan. Ternak ruminansia mempunyai sistem pencernaan khusus

17

yang menggunakan mikroorganisme dalam sistem pencernaannya yang berfungsi

untuk mencerna selulosa dan lignin dari rumput atau hijauan berserat tinggi. Oleh

karena itu pada tinja ternak ruminansia, khususnya sapi mempunyai kandungan

selulosa yang cukup tinggi. Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa tinja sapi

mengandung 22.59% sellulosa, 18.32% hemi-sellulosa, 10.20% lignin, 34.72%

total karbon organik, 1.26% total nitrogen, 27.56:1 ratio C:N, 0.73% P, dan 0.68%

K (Pancapalaga, 2007). Kadarwati (2003) menambahkan bahwa rasio C/N kotoran

sapi adalah 18. Pemanfaatan limbah peternakan sebagai aktivator proses

anaerobik memerlukan kondisi C/N 20-25. Ada kaitan yang sangat erat antara

unsur Carbon (C) dan Nitrogen (N). Dalam proses fermentasi, 2/3 dari karbon

digunakan sebagai sumber energi bagi pertumbuhan mikroorganisme, dan 1/3

lainnya digunakan untuk pembentukan sel bakteri. Perbandingan C dan N pada

rasio yang rendah, aktivitas biologi akan terhambat, sedang rasio yang lebih

tinggi, nitrogen akan menjadi variable (Eliantika, 2009).

Limbah peternakan ayam berbau tidak enak, dan memiliki kandungan

unsur N paling tinggi yaitu 65,8 kg/ton di banding limbah ternak yang lainnya.

Sedangkan kotoran sapi potong memiliki nilai unsur N sebesar 26,2 kg/ton

(Ridwan, 2006 ). Menurut Leestyawati (2005), kandungan unsur hara N pada

kotoran babi adalah 4,24 %, kotoran sapi 2,65 % dan ayam 4,86 %. Kondisi ini

baik untuk penambahan unsur hara mikro dan makro untuk pertumbuhan bakteri.

Bakteri metana yang telah berhasil diidentifikasi terdiri dari empat genus

(Jenie, et al., 1993) :

1. Bentuk batang dan tidak membentuk spora dinamakan Methanobacterium.

18

2. Bentuk batang dan membentuk spora adalah Methanobacillus.

3. Bentuk kokus yaitu Methanococcus atau kelompok koki yang membagi

diri.

4. Bentuk sarcina pada sudut 900 dan tumbuh dalam kotak yang terdiri dari 8

sel yaitu Methanosarcina

Metana dan karbondioksida yang terbentuk melalui proses anaerobik

dengan bantuan bakteri metan maka proses pembentukannya disebut

metanogenenesis. Proses perombakan dapat dilihat sebagai berikut:

Lemak, Protein, dan Karbohidrat

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2 ....................... (pers. 1)

Etanol Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2 ........ (pers. 2)

Asam Propionat Asam Asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2 ............ (pers. 3)

Asam Butirat Asam Asetat

Asetotropik metanogenesis :

CH3COOH CH4 + CO2 ........................................ (pers. 4)

Bakteri Fermentatif menghasilkan exo-enzim (lipase, protease dan karbohidrase)

, molekul-molekul lebih kecil (asam lemak volatil, alkohol, asam laktat, senyawa mineral)

Bakteri Asidogenik

Bakteri Asidogenik

Bakteri Asidogenik

Bakteri Metanogen

19

Hidrogenotropik metanogenesis :

4H2 + CO2 CH4 + H2O ........................................ (pers. 5)

(Said, 2006)

6. Reaktor Biogas

Teknologi perombakan (perombakan) anaerob merupakan salah satu

bagian strategi pengelolaan air limbah atau buangan industri yang cukup

berdayaguna dan efektif (Mahajoeno, 2008). Prometheus (2005) menyarankan

agar reaktor biogas menggunakan slurry (campuran substrat dan air yang telah

dihomogenasikan) dengan kandungan padatan maksimal sekitar 12.5%. Slurry

bisa dimasukkan hingga 3/4 volume tangki utama. Volume sisa di bagian atas

tangki utama diperlukan sebagai ruang pengumpulan gas. Di dalam reaktor

bakteri-bakteri metan mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan

biogas metan. Pada umumnya, produksi gas metana yang optimum akan terjadi

pada HTR 20-30 hari (Garcelon et al, 2001). Hal ini berarti harus diperkirakan

bahwa slurry akan berada selama 20-30 hari di dalam reaktor.

Sistem produksi biogas dibedakan menurut cara pengisian bahan bakunya,

yaitu pengisian curah dan pengisian kontinyu. Dalam penelitian ini digunakan

sistem pengisian curah. Sistem pengisian curah (SPC) adalah cara penggantian

bahan yang dilakukan dengan mengeluarkan sisa bahan yang sudah dicerna dari

tangki pencerna setelah produksi biogas berhenti, dan selanjutnya dilakukan

pengisian bahan baku yang baru. Sistem ini terdiri dari dua komponen, yaitu

Bakteri Metanogen

20

tangki pencerna dan tangki pengumpul gas. Untuk memperoleh biogas yang

banyak, sistem ini perlu dibuat dalam jumlah yang banyak agar kecukupan dan

kontinyuitas hasil biogas tercapai (Abdullah, 1991; GTZ, 1997; Teguh, 2005; UN,

1980; Nurhasanah et al., 2006).

B. Kerangka Pemikiran

Limbah makanan berpotensi menghasilkan gas metan yang merupakan

salah satu sumber penyebab efek rumah kaca jika terbuang ke atmosfer. Potensi

gas metan dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti bahan bakar fosil

berupa biogas (Singgih dan Mera, 2008). Biogas dihasilkan dari proses

penguraian bahan organik oleh bakteri pada proses metanogenesis dalam keadaan

anaerob yang dilakukan di dalam digester, yaitu tempat untuk menampung dan

menguraikan bahan organik dalam keadaan anaerob (APO, 2003).

Kunci dalam proses biokonversi mengolah limbah makanan adalah

mendapatkan pH seimbang dan suhu yang tepat sehingga enzim serta

mikroorganisme yang digunakan dapat bekerja maksimal (Riyadi, 2007). Adanya

variasi metanogen maupun konsentrasi substrat pada perombakan anaerob

diharapkan dapat memberikan hasil yang optimal dalam produksi biogas,

sehingga diperoleh keuntungan secara ekonomis dan secara ekologis (APO,

2003).

Secara skematis, kerangka pemikiran penelitian ini dapat disajikan sebagai

berikut:

21

Gambar 2. Diagram Alir Kerangka Pemikiran

C. Hipotesis

1. Variasi sumber inokulum metanogen pada berbagai substrat limbah

makanan dapat memberikan pengaruh terhadap produksi biogas.

2. Adanya variasi suhu substrat limbah rumah makan pada perombakan

anaerob dapat memberikan pengaruh terhadap produksi biogas.

3. Adanya interaksi antara suhu dan sumber inokulum memberikan pengaruh

terhadap produksi biogas dari limbah makanan.

Biogas dan pupuk cair

Berpotensi sebagai sumber energi

Mengalami fermentasi produk: CH4 + CO2

Variasi Suhu

Variasi Inokulum sapi

Limbah Warung Makan

Modifikasi Teknologi Digester Anaerob

Industri pangan

22

BAB III METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanan di Laboratorium Pusat (green house) F. MIPA

dan sub Laboratorium Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Penelitian

dilaksanakan selama kurang lebih 4 bulan, dimulai pada bulan Juni sampai

September 2009.

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada penelitian ini mencakup serangkaian alat

konstruksi digester, peralatan gelas dan peralatan pengukur untuk analisis fisika

kimia serta peralatan lain sebagai pendukungnya.

Alat konstruksi digester terdiri dari jerigen 5 liter, botol 600 ml, selang

kecil dengan panjang + 20 cm, mikrotip, rak penyangga, thermocouple, ember

besar dan drum besar. Blender, heater dan roll kabel sebagai alat pendukungnya.

Peralatan gelas untuk analisis fisika kimia meliputi : batang pengaduk,

gelas piala, gelas ukur, cawan porselin, perangkat soxchlet, condensor, botol jam,

botol serum, botol flakon, tabung reaksi, labu ukur, pipet biuret, pipet ukur, pipet

tetes, tips pipet plastik, dan gelas Erlenmeyer 50-1000 ml.

Peralatan pengukur analisis fisika kimia meliputi : neraca listrik, oven,

thermometer, pH-meter, tabung gas N dan metana, hot-plate, suhu dan pengukur

tekanan gas.

23

Bahan penelitian meliputi : substrat yang terdiri dari limbah rumah makan

sumber inokulum kotoran sapi, sumber inokulum kotoran ayam, sumber inokulum

limbah makanan, air, urea dan larutan Ca(OH)2/NaOH sebagai pemberi suasana

basa.

C. Rancangan Percobaan

Rancangan percobaan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah

Rancangan Acak Lengkap Olah Faktorial dengan dua faktor perlakuan. Faktor

pertama adalah variasi sumber inokulum meliputi sumber inokulum limbah

makanan, sumber inokulum kotoran ayam, sumber inokulum kotoran sapi dan

faktor kedua adalah suhu perlakuan yang berbeda dalam 2 kondisi, yaitu dengan

suhu ruang 30-350C (T1) dan suhu tinggi/termofilik 50-550C (T2), masing-masing

perlakuan dengan 3 ulangan.

Tabel 3. Rancangan Percobaan Perombakan Anaerob Limbah Makanan.

No Perlakuan Sumber Inokulum Suhu Agitasi

1. LMT1 Inokulum limbah warung makan T1 2x

2. LMT2 Inokulum limbah warung makan T2 2x

3. KST1 Inokulum Kotoran sapi T1 2x

4. KST2 Inokulum Kotoran sapi T2 2x

5. KAT1 Inokulum Kotoran Ayam T1 2x

6. KAT2 Inokulum Kotoran Ayam T2 2x

Keterangan: Sumber inokulum 20%, substrat limbah makanan disekitar kampus

UNS 80%, pH 7, agitasi 2X perhari.

24

C. Cara Kerja Penelitian ini menggunakan limbah pangan sebagai substrat atau media

utama untuk produksi biogas ditambah sumber inokulum sebagai starter . Limbah

pangan tersebut terdiri dari limbah makanan sisa buangan warung. Sumber

inokulum terdiri dari sludge sapi, sludge ayam dan limbah makanan. Pada

penelitian ini digunakan digester dengan volume 5 liter, yaitu 4 liter volume

digester sebagai volume kerja, sedangkan sisanya (1 liter) sebagai ruang udara.

Dari 4 liter volume kerja digester diisi oleh sumber inokulum dengan konsentrasi

20% (0,8 liter) dan volume sisanya digunakan untuk substrat.

Penelitian ini mencakup beberapa tahap/skala percobaan. Tahap percobaan

tersebut adalah :

a. Tahap Persiapan

Tahap ini mencakup percobaan pendahuluan, menyediakan kebutuhan alat

dan bahan percobaan, serta skematik rancangan percobaan. Persiapan alat dan

bahan serta analisis peubah diamati baik kimia maupun fisika, masing-masing

akan diuraikan pada tahap pelaksanaan percobaan skala laboratorium.

Inokulum limbah makanan dibuat dengan cara mencampur biomassa

(limbah) dan air dengan perbandingan 1:1. Sebelumnya, biomassa (limbah)

dihomogenasikan terlebih dahulu dengan tambahan air menggunakan blender.

Biomassa yang sudah homogen dimasukkan kedalam drum. Karena proses ini

berlangsung secara anaerob maka drum harus tertutup rapat. Proses fermentasi

berlangsung selama kurang lebih dua sampai tiga minggu, hingga terbentuk

sludge (lumpur aktif). Perlu dilakukan agitasi selama proses fermentasi

25

berlangsung. Hal ini bertujuan agar material-material organik (biomassa) yang ada

dalam drum dapat dengan mudah dimanfaatkan oleh bakteri sebagai sumber

makanan sehingga metabolisme maupun perkembangan bakteri dapat berjalan

dengan baik. Setelah sludge terbentuk, dapat langsung dimanfaatkan sebagai

sumber inokulum (starter) dalam pencernakan anaerob (digester). Sumber

inokulum kotoran sapi dan kotoran ayam sudah bersifat aktif sehingga dapat

langsung digunakan sebagai starter.

Substrat dan sumber inokulum akan di fermentasikan dalam bioreaktor

modifikasi (jerigen volume 5 L, botol 600 ml dan selang kecil) yang dilakukan di

dalam green house selama 6 minggu.

b. Tahap Penelitian

1. Pembuatan biogas

Sistem yang digunakan untuk pembuatan biogas dalam penelitian ini

adalah sistem curah, yaitu dengan cara penggantian bahan dilakukan dengan

mengeluarkan sisa bahan yang sudah dicerna dari tangki pencerna setelah

produksi biogas berhenti, dan selanjutnya dilakukan pengisian bahan baku yang

baru. Sistem ini terdiri dari dua komponen, yaitu tangki pencerna dan tangki

pengumpul gas. Untuk memperoleh biogas yang banyak, sistem ini perlu dibuat

dalam jumlah yang banyak agar kecukupan dan kontinyuitas hasil biogas tercapai

(Abdullah, 1991; GTZ, 1997; Teguh, 2005; UN, 1980 dalam Nurhasanah dkk;

2006).

Sebelum dilakukan proses biokonversi dalam digester anaerob, perlu

dilakukan homogenisasi biomassa (limbah) dengan air agar substrat lebih mudah

26

dicerna oleh mikroorganisme. Proses homogenisasi dilakukan dengan

menggunakan blender. Setelah proses homogenisasi selesai, selanjutnya dilakukan

pengukuran beberapa parameter diantaranya : suhu, pH, COD, BOD, TS, VS,

ratio C/N dan konsorsia bakteri. Pengukuran dilakukan empat kali selama

penelitian yaitu : awal, minggu ke-2, minggu ke-4 maupun akhir penelitian.

Pengukuran biogas dilakukan di akhir penelitian.

Langkah pertama yang dilakukan dalam mencampur substrat dengan

sumber inokulum dalam digester adalah sumber inokulum dimasukkan terlebih

dahulu ke dalam digester dengan konsentrasi tertentu (pada penelitian digunakan

konsentrasi 20% dari 4 L volume kerja digester atau setara dengan 0,8 L).

Langkah selanjutnya adalah substrat dimasukkan ke dalam digester sebanyak

kurang lebih 3,2 L. Setelah semua bahan dimasukkan dalam digester, segera

ditutup rapat agar proses fermentasi bekerja dalam kondisi anaerob. Selanjutnya

diragkaikan degan tangki pengumpul gas dari botol 600 ml yang yang penuh diisi

air. Setelah biogas terbentuk maka biogas akan dialirkan dari tangki pencerna

(jerigen) ke dalam tangki pengumpul gas (botol 600 ml) melalui selang kecil

sehingga air akan terdorong keluar dan biogas akan masuk ke dalam tangki

tersebut (menggantikan air). Dengan demikian, dapat diketahui volume gas yang

masuk ke dalam tangki pengumpul gas sama dengan volume air yang keluar dari

botol pengumpul gas. Selama proses fermentasi berjalan, dilakukan agitasi

sebanyak 2 kali setiap harinya.

27

2. Pengukuran parameter

Pengukuran pH dan suhu

Bahan disediakan : larutan Buffer pH : 4, Larutan Buffer pH : 7 dan pH

meter. Elektroda pH meter dimasukkan ke dalam air suling, dilap dengan tisu lalu

dimasukkan dalam larutan Buffer pH : 4, bilas dengan air, lap dengan tisu dan

dimasukkan ke dalam Buffer pH : 7. pengukuran pada contoh, elektroda

dimasukkan ke dalam 25 ml contoh dalam gelas piala lalu pH meter dibaca.

Demikian pula untuk pengukuran suhu substrat menggunakan elektroda terpasang.

Pengukuran COD

Bahan disiapkan antara lain: K2Cr2O7; Ag2SO4; Fe (NH4)2 (SO4)2. 6H2O;

indikator Feroin; HgSO4; laruta H2SO4 pekat dan peralatan Refluks, Kondensor

Liebiq; Erlenmeyer Asahi dan peralatan Titrasi. Limbah contoh sebanyak 5 ml

yang telah diencerkan dengan air suling dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan

ditambahkan 10 ml. K2Cr2O7 0.025 N dan 10 ml H2SO4 pekat. Setelah

campuran tersebut dingin, dititrasi dengan larutan Fe(NH4)2SO4 0.025 N, dengan

indikator ferroin. Titrasi dihentikan setelah terjadi perubahan warna biru

kehijauan menjadi merah anggur. Volume Fe(NH4)2SO4 0.025 N yang

digunakan untuk titrasi dicatat sebagai a ml. Dengan prosedur yang sama,

dilakukan titrasi terhadap blangko air suling. Volume Fe(NH4)2SO4 yang

digunakan dicatat b ml. (b - a) x 0.025 x 8000 x f

COD (ppm) = f : Faktor pengenceran ml contoh (Greenberg et al; 1992).

28

Pengukuran BOD

Bahan pereaksi disiapkan:. MnSO4 . 4H2O, (NaOH- NaI- NaN3) sebagai alkali

Iod-azida; H2SO4 pekat, larutan H2SO4 4N, KI 10%, Amilum, larutan Tio-sulfat

0,025 N, Na2S2O3 . 5H2O dengan peralatan: botol Winkler 250 ml dan perangkat

titrasi. Contoh yang bersifat asam atau basa dinetralkan dengan penambahan

NaOH atau HCl. Penambahan Na2SO3 ke dalam contoh dilakukan jika diduga

mengandung senyawa khlor aktif dengan perbandingan molar yang sama.

Botol-botol disimpan dalam inkubator pada suhu 30o C, selama satu jam (tiap

contoh sampel menggunakan dua botol BOD). Salah satu botol diambil, kemudian

dianalisa kadar oksigen terlarutnya. Botol yang lainnya disimpan selama tiga hari

dalam inkubator 30oC sebelum dianalisa kadar oksigen teriarutnya. Analisis

oksigen terlarut dilakukan juga terhadap blangko

(X0 – X3) - (B0 – B3) BOD3 (ppm)= (1-f) f X0: Kadar oksigen terlarut dalam contoh pada hari-0

X3 : Kadar oksigen terlarut dalam contoh pada hari-5

B0: Kadar oksigen terlarut dalam blangko pada hari-0

B3 : Kadar oksigen terlarut dalam blangko pada hari-5; f : Faktor pengenceran

(Greenberg et al; 1992).

Padatan total (Total Solids) (Metode Evaporasi)

Sebanyak 25-50 ml contoh yang telah diaduk dimasukkan ke dalam cawan

dan ditimbang bersama cawan dan dianggap sebagai W2. Sebelum digunakan

cawan dibersihkan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 1050C selama satu

29

jam.. Setelah itu cawan didinginkan di dalam desikator hingga suhu ruang

ditimbang (W1). Dilanjutkan pada suhu 5500C selama satu jam. Setelah itu cawan

didinginkan di dalam desikator hingga suhu ruang ditimbang (W3). Contoh

diuapkan dalam cawan dan diteruskan dengan pengeringan di dalam oven pada

suhu 1050C, selama satu jam. Setelah didinginkan di dalam desikator, cawan

ditimbang (W4).

(Greenberg et al; 1992).

Padatan mudah uap (Volatile Solids).

Setelah penetapan padatan total kemudian dibakar pada suhu 5500C

selama 1 jam menggunakan furnace, masukkan desikator dan timbang lagi (W5).

(Greenberg et al; 1992).

Pengukuran pertumbuhan bakteri

Pengukuran pertumbuhan bakteri sama dengan pengukuran kuantitaif

populasi bakteri. Pada penelitian ini pertumbuhan bakteri dilihat dengan metode

hitungan mikroskopik secara langsung, dimana sebelumnya perlu dilakukan

Padatan Terikat (ppm) = Z

(W3-W5) X 106

Padatan mudah uap (VS): padatan total-padatan terikat

30

beberapa kali proses pengenceran (10-9). Adapun langkah kerja yang dilakukan

dalam teknik dilusi atau pengenceran adalah sebagai berikut :

o larutan kultur (sampel) diambil 1 ml dan dimasukkan ke dalam 9 ml garam

fisiologis pada tabung reaksi untuk memperoleh dilusi 1/10 bagian.

o diambil 1 ml dari larutan dilusi 1/10 dan dimasukkan ke dalam 9 ml garam

fisiologis untuk memperoleh dilusi 1/100 bagian.

o diambil 1 ml dari larutan dilusi 1/100 dan dimasukkan ke dalam 9 ml garam

fisiologis untuk memperoleh dilusi 1/1000 bagian, dan seterusnya sampai

pengenceran 10-9.

Maksud dari 1/10, 1/100, 1/1000, 1dst adalah suatu rasio dilusi yang

apabila pada tiap dilusi ditumbuhkan ke dalam suatu media dan koloninya yang

tumbuh dapat dihitung, maka jumlah sel mikroba dapat diketahui dengan cara :

Pada metode hitungan mikroskopik langsung, sampel diletakkan pada

ruang hitung yang disebut hemasitometer dan jumlah sel dapat ditentukan secara

langsung dengan bantuan mikroskop. Keuntungan metode ini adalah

pelaksanannya cepat dan tidak memerlukan banyak peralatan. Kelemahannya

ialah tidak dapat membedakan sel-sel hidup dan mati, yang artinya hasil yang

diperoleh adalah jumlah total sel yang ada di dalam populasi. Kelemahan lain

adalah terkadang sel cenderung bergerombol sehingga sukar membedakan sel

secara individu. Cara mengatasinya adalah dengan memisahkan gerombolan sel

Nilai Jumlah Bakteri = Jumlah koloni x Jumlah Pengenceran

1

31

tersebut dengan menambahkan bahan anti gumpal seperti dinatrium etilen diamin

tetraasetat dan Tween 80 sebanyak 0,1%. Adapun langkah kerja hitungan

mikroskopik dengan hemasitometer adalah sebagai berikut :

o sebelumnya permukaan hitung dan kaca penutup hemasitometer dibersihkan

o kaca penutup hemasitometer diletakkan di atas permukaan hitung

hemasitometer

o suspensi sel bakteri yang telah diencerkan sebanyak 10-9 dikocok., Suspensi

diambil 0,1-0,5 ml dengan menggunakan pipet Pasteur. Pengambilan suspensi

dengan pipet Pasteur dapat dilakukan dengan cara pipet tersebut dimasukkan

ke dalam suspensi lalu pangkal pipet ditutup dengan jari telunjuk

o Ujung pipet Pasteur diletakkan pada lekukan berbentuk V pada tepi kaca

penutup hemasitometer secara cermat dan ruang hemasitometer dibiarkan

terpenuhi suspensi secara kapiler. Jari telunjuk digunakan untuk mengatur

aliran suspensi agar mencegah aliran berlebihan pada bagian bawah kaca

penutup

o Hemasitometer diletakkan di bawah mikroskop. Diamati dengan objektif

kekuatan lemah dan jumlah sel (yang terdapat pada 80 buah kotak kecil yang

terletak di dalam kotak bagian tengah berukuran 1 mm2) dihitung.

(Suranto,dkk, 2001 & Salmah, 2004)

Pegukuran biogas

Komposisi gasbio (CO2, CH4) dalam reaktor ditetapkan dengan

kromatografi gas (Fison GC-8000) yang dilengkapi dua kolom. Chromodsorb

Teflon 108 (60-80 mesh) dan saringan molekuler (60-80 mesh) lapis baja

32

antikarat. Kolom dihubungkan parallel dengan split 1:1. Nitrogen sebagai gas

pembawa dengan total laju gas pembawa 45 ml/menit. Suhu kolom, injektor dan

detektor penghubung suhu masing-masing 40,110 dan 1000C. Pengujian aktivitas

gas metan diukur dalam kromatografi gas Sigma (Perkin Elmer) dilengkapi

detektor penghubung panas 100 mA. Gas dipisahkan dengan argon sebagai gas

pembawa dalam kolom saringan molekuler pada 1000C (Weijma et al, 2000).

E. Analisis Data

Data yang diperoleh adalah data kuantitatif. Data kuantitatif yang

diperoleh dianalisis dengan menggunakan analisis sidik ragam GLM univariate.

Uji lanjut menggunakan Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) dengan taraf uji

5%.

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Biogas adalah bahan bakar berguna yang dapat diperoleh dengan

memproses limbah (sisa) yang basah, kotoran hewan dan manusia atau

campurannya, yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik oleh

bakteri dalam keadaan tanpa oksigen atau anaerobik, Biogas merupakan gas yang

tidak berbau, tidak beracun dan tidak menimbulkan asap hitam serta mudah

terbakar dan amat ideal sebagai sumber energi baru (Harahap et a., 1980).

1. Pegukuran Awal Substrat

Penelitian ini melibatkan limbah makanan dengan batasan limbah yang

berasal dari warung makan sekitar kampus UNS Surakarta. Limbah makanan

dapat berasal dari nasi, sayuran, buah-buahan, ikan, daging, telur, dan aneka sisa

lainnya, Pemilihan limbah rumah makan karena bahan organik tersebut terdiri dari

karbohidrat, protein, lemak dan selulosa atau ligno selulosa yang dapat

didegradasi secara biologi (Nugroho et al; 2007). Selain itu ditambahkan juga

inokulum yang berfungsi sebagai starter. Starter yang di gunakan adalah inokulum

limbah makanan, kotoran sapi dan kotoran ayam yang telah aktif. Hal ini

didukung oleh pernyataan oleh (Ginting, 2007) bahwa starter diperlukan untuk

mempercepat proses perombakan bahan organik menjadi biogas, bisa digunakan

lumpur aktif organik atau cairan isi rumen.

34

Substrat terdiri dari tiga kelompok, yaitu : limbah rumah makan yang

dicampur dengan inokulum limbah makanan 20% (kontrol); limbah rumah makan

yang dicampur dengan inokulum kotoran sapi 20% (substrat A); dan limbah

rumah makan yang dicampur dengan inokulum kotoran ayam 20% (substrat B).

Masing-masing kelompok substrat dibagi lagi dalam dua kelompok suhu

lingkungan yang berbeda, yaitu suhu ruang (T1) dan suhu tinggi (T2). Sebelum

proses fermentasi anaerob dilaksanakan perlu diketahui karakter awal dari

masing-masing kelompok substrat. Hal ini bertujuan untuk melihat nilai efisiensi

perombakan substrat limbah organik terhadap beberapa sifat fisik, kimia, dan

biologi dari limbah seperti pH, suhu, BOD, COD, TS, VS, dan populasi bakteri,

yang terjadi selama proses fermentasi. Selain itu, karakterisasi di awal juga dapat

dijadikan acuan untuk mengetahui sifat limbah yang baik untuk produksi biogas,

karena limbah belum mendapat perlakuan. Berikut adalah karakter substrat

sebelum dilakukan proses fermentasi anaerob :

Tabel 4. Hasil pengukuran awal substrat sebelum fermentasi dilaksanakan.

No

Substrat

Parameter yang diamati

Suhu (oC)

pH BOD (g/l)

COD (g/l)

TS (g/l)

VS (g/l)

Konsorsia Bakteri (sel/ml)

1

LM 31,3

7,07 13,49 60,44

128,0 87,0 8,7x105

2

KS 31,7

7,11 7,12 41,76

51,3 23,5 6,4x105

3

KA 31,9

7,11 6,53

31,50

50,1 31,2 3,3x105

Keterangan: LM: substrat dengan inokulum limbah makanan. KS: substrat dengan inokulum kotoran sapi. KA: substrat dengan inokulum kotoran ayam.

35

Substrat dengan inokulum limbah makanan memiliki nilai BOD, COD, TS

dan VS lebih besar dibandingkan dengan substrat dengan inokulum yang lainnya

(tabel 4). Ini menjelaskan bahwa inokulum limbah makanan masih memiliki

bahan organik yang besar sehingga dapat menambah beban organik lebih banyak

pada substrat dibandingkan inokulum kotoran sapi maupun inokulum kotoran

ayam.

Proses perombakan anaerob (fermentasi) berlangsung selama 6 minggu

dengan interval 2 minggu yaitu minggu ke-0 (M0), minggu ke-2 (M2), minggu

ke-4 (M4) dan minggu ke-6 (M6), Banyak faktor mempengaruhi keberhasilan

produksi biogas, yaitu faktor biotik (populasi bakteri), maupun abiotik seperti

kondisi anaerob, bahan baku isian, nutrisi (C/N), pH, suhu, dan starter. Faktor

tersebut dapat mempercepat proses fermentasi jika kondisi lingkungan optimal

bagi pertumbuhan bakteri perombak (Simamora, et al., 2006).

2. Derajat keasaman (pH)

Perbedaan jenis substrat juga memberikan pengaruh terhadap nilai pH

selama proses fermentasi anaerob. pH substrat akan mengalami sedikit banyak

perubahan. Berikut adalah rata-rata nilai pH dalam empat kali waktu pengamatan

(minggu ke_n) selama proses fermentasi anaerob berlangsung :

36

Tabel 5. Rata-rata pH substrat limbah makanan sekitar kampus UNS dalam 4 kali waktu pengamatan.

Kelompok substrat pH substrat

Hari ke-0 Hari ke-15 Hari ke-30 Hari ke-45 1. Suhu Ruang LM 80% + Inokulum LM 20% 7,07 6,17 6,14 6,08 LM 80% + Inokulum KS 20% 7,11 7,12 7,86 7,89 LM 80% + Inokulum KA 20% 7,11 7,85 7,80 8,10 2, Suhu Tinggi LM 80% + Inokulum LM 20% 7,07 6,64 6,89 6,98 LM 80% + Inokulum KS 20% 7,11 7,62 7,57 7,77 LM 80% + Inokulum KA 20% 7,11 7,74 8,12 8,39

Keterangan: LM: limbah makanan. KS: kotoran sapi. KA: kotoran ayam.

Derajat keasaman (pH) substrat mengalami perubahan selama proses

fermentasi (tabel 5). Kresnawaty, et al., (2008) menyatakan bahwa diawal reaksi

pembentukan biogas, bakteri penghasil asam akan aktif lebih dulu sehingga pH

pada digester menjadi rendah, kemudian bakteri metanogen menggunakan asam

tersebut sebagai substrat sehingga menaikkan nilai pH. Hal ini dapat menjelaskan

bahwa seharusnya pH substrat mulai mengalami penurunan pada minggu kedua,

setelah itu pH dapat kembali netral. Tetapi hal demikian hanya terjadi pada

kelompok substrat limbah rumah makan dengan inokulum indigenous pada suhu

tinggi sedangkan kelompok substrat limbah rumah makan dengan inokulum

indigenous pada suhu ruang turun, pH substrat kelompok yang lain cenderung

naik.

Nilai pH memiliki peranan yang sangat penting dalam proses Anaerobic

Digestion karena akan mempengaruhi kinerja bakteri yang terlibat. Pertumbuhan

bakteri tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan bahkan dapat menyebabkan

37

kematian pada rentang pH yang tidak sesuai, Kadarwati, (2003) menjelaskan

bahwa nilai pH optimum dalam produksi biogas berkisar antara 6,8-8.

Pada awal penelitian, pH limbah makanan cukup asam yaitu 4,3, pH

sangat asam karena banyaknya jeruk dalam limbah tersebut. Oleh karena itu

dalam penelitian semua kelompok perlakuan dinetralkan dengan penambahan

NaOH (Ginting, 2007). Setiap kelompok perlakuan, substrat dicampur inokulum

dalam suatu wadah dilanjutkan dengan penambahan NaOH sebanyak 25 gram

sehingga menjadi netral berkisar antara 7,07-7,11.

Pengukuran pH yang diperoleh, dapat dijelaskan bahwa ada pengaruh

proses degradasi terhadap nilai pH pada perlakuan suhu mesofilik dan termofilik.

pH substrat pada hari ke-0, baik yang suhu ruang maupun suhu tinggi adalah

netral. Hal ini karena semua kelompok substrat sudah dinetralkan dengan

penambahan NaOH. Pada umumnya, pH mulai menurun pada hari ke-15 dan pH

naik pada hari ke-30 dan hari ke-45 (pH kembali netral). Hal ini terjadi pada

kelompok limbah dengan inokulum warung makan perlakuan suhu tinggi yaitu di

hari ke-15 pH menurun, namun pH mulai naik pada hari ke-30 dan hari ke-45 (pH

kembali netral), pH menurun disebabkan karena sedang terjadi proses asidifikasi

(pembentukan asam). Setelah proses asidifikasi selesai, selanjutnya masuk pada

tahap methanogenesis yaitu perubahan asam menjadi methana. Asam yang

terbentuk pada tahap asidifikasi akan digunakan oleh bakteri methanogen sebagai

substrat dalam pembentukan gas methan dan CO2 sehingga pH kembali netral.

Tingkat keasaman diatur oleh proses itu dengan sendirinya. Karbondioksida yang

dihasilkan oleh bakteri larut dalam air untuk membentuk ion bikarbonat (HCO3-)

38

yang menyebabkan larutan menjadi lebih alkali (kembali netral). Pada substrat

dengan inokulum warung makan perlakuan suhu ruang, nilai pH semakin turun

(asam) hingga hari ke-45, berada pada kisaran dibawah 6,5. Menurut Ratnaningsih

et al., (2009). pH yang terus menurun disebabkan proses metanogenesis tidak

berjalan sempurna, bakteri penghasil asam tumbuh terlalu cepat sehingga asam

yang dihasilkan akan lebih banyak dari jumlah yang dapat dikonsumsi oleh

bakteri penghasil methan, akibatnya sistem akan terlalu asam. Sebaliknya terjadi

pada kelompok substrat dengan inokulum kotoran sapi dan substrat dengan

inokulum kotoran ayam, nilai pH terus naik. Hal ini terjadi karena senyawa asam

yang dihasilkan oleh bakteri penghasil asam dapat dikonsumsi oleh bakteri

penghasil methan dengan cepat, akibatnya menghasilkan banyak CO2 yang larut

dalam air untuk membentuk ion bikarbonat (HCO3-) lebih banyak yang

menyebabkan larutan menjadi lebih alkali, sistem akan menjadi basa.

3. Konsorsia Bakteri

Parameter pH berpengaruh pada pertumbuhan bakteri (Reith et al, 2002).

Berdasarkan hasil pengamatan konsorsia bakteri pada masing-masing kelompok

substrat dengan menggunakan metode mikroskopis diketahui bahwa kelompok

substrat yang memiliki jumlah konsorsia bakteri tertinggi adalah kelompok

substrat dengan inokulum kotoran ayam sedangkan yang terendah adalah

kelompok substrat dengan inokulum kotoran sapi. Data hasil konsorsia bakteri

ditampilkan dalam tabel sebagai berikut:

39

Tabel 6. Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap rata-rata konsorsia bakteri total setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata konsorsia total (sel.103/ml/hari) T1 T2 Rata-rata

1. LM 4,4629 6,6289 5,5459b 2. KS 3,0889 4.3851 3,7370a 3. KA 4,0038 5,2184 4.6111b Rata-rata 3,8158 a 4,8296b Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak

berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

Tabel 7. Rata-rata konsorsia bakteri substrat limbah makanan sekitar kampus UNS

dalam 4 kali waktu pengamatan.

Substrat Konsorsia bakteri (sel.104/ml)

Hari ke-0 Hari ke-15 Hari ke-30 Hari ke-45 Rata-rata Suhu Ruang LM 80% + LM 20% (K) 5,80 8,78 12,06 13,39 10,01 LM 80% + KS 20% (A) 4,30 7,09 8,86 9,27 7,38 LM 80% + KA 20% (B) 2,20 7,87 12,32 12,01 8,60 Suhu Tinggi LM 80% + LM 20% (K) 4,54 11,26 12,98 14,66 10,86 LM 80% + KS 20% (A) 3,30 7,32 9,24 13,16 8,26 LM 80% + KA 20% (B) 5,82 5,52 8,40 15,66 8,85

Analisis sidik ragam konsorsia bakteri memperlihatkan hasil yang

berbeda nyata atau signifikan antar perlakuan (tabel 6). Perlakuan variasi

inokulum LM berbeda nyata dengan kelompok perlakuan variasi inukulum KS,

tetapi tidak berbeda nyata dengan inokulum KA. Dari analisis tersebut juga dapat

diketahui bahwa perlakuan substrat dengan variasi inokulum memberikan

pengaruh signifikan terhadap konsorsia bakteri. Penambahan suhu berpengaruh

signifikan terhadap konsorsia bakteri. Perlakuan suhu T1 berbeda nyata dengan

T2, sedangkan interaksi suhu dengan inokulum tidak berpengaruh terhadap

konsorsia bakteri. Konsorsia bakteri total tertinggi adalah inokulum LM

40

didapatkan 5,5459 (sel.103/ml/hari) sedangkan yang terendah adalah inokulum KS

sebesar 3,7370 (sel.103/ml/hari). Konsorsia bakteria total perlakuan suhu T2

sebesar 4,8296 (sel.103/ml/hari) lebih tinggi dibandingkan perlakuan suhu T1

sebesar 3,8158 (sel.103/ml/hari). Dari analisis tersebut juga dapat diketahui bahwa

perlakuan variasi substrat memberikan pengaruh signifikan terhadap jumlah

konsorsia bakteri, sedangkan penambahan suhu tidak berpengaruh signifikan

terhadap jumlah konsorsia bakteri.

Jumlah konsorsia bakteri pada hari ke-0 yang tertinggi adalah kelompok

kontrol dan kelompok kotoran ayam (tabel 7). Jumlah konsorsia bakteri

mengalami peningkatan pada semua perlakuan dengan pertumbuhan rata-rata

konsorsia bakteri tertinggi adalah dari kelompok inokulum limbah warung makan

yaitu 10,86 sel.104/ml/hari untuk substrat termofilik sedangkan jumlah konsorsia

bakteri terendah adalah dari kelompok inokulum kotoran sapi yaitu 7,38

sel.104/ml/hari untuk substrat mesofilik. Kemudian apabila dilihat dari pola

pertumbuhannya, tampak bahwa pola pertumbuhan bakteri pada semua kelompok

substrat adalah sama yaitu terjadi kenaikan jumlah konsorsia bakteri. Pada hari

ke-0 hingga hari ke-45 terjadi kenaikan jumlah konsorsia bakteri, kecuali substrat

B (suhu ruang) yang turun sedikit setelah hari ke-30 hingga hari ke-45 tetapi

penurunan jumlahnya tidak terlalu signifikan. Jika dihubungkan antara grafik nilai

pH dengan pertumbuhan konsorsia bakteri, substrat kontrol pada suhu ruang

mulai hari ke-0 hingga hari ke-45 pH menurun yang disertai dengan jumlah

konsorsia bakteri yang terus meningkat pada rentang hari tersebut. Hal ini

dimungkinkan pada lingkungan asam, bakteri pembentuk asam akan cepat tumbuh

41

akibatnya jumlah konsorsia bakteri juga meningkat. Oleh karena itu substrat

kontrol pada suhu ruang mungkin didominasi oleh bakteri asam Sedangkan pada

substrat kontrol pada suhu tinggi hari ke-0 hingga hari ke 45 terjadi peningkatan

konsorsia bakteri, padahal pada hari ke-30 dan hari ke-45 telah terjadi

peningkatan pH (kembali netral) setelah sebelumnya pada hari ke-15 sempat

terjadi penurunan pH (asam). Konsorsia bakteri, substrat A dan B mulai hari ke-0

hingga hari ke-45, pH yang naik diikuti kuantitas konsorsia bakteri yang terus

meningkat. Hal ini mengindikasikan bahwa pada kelompok ini konsorsia bakteri

didominasi bakteri metanogen. Pada kelompok ini pembentukan gas metan dan

CO2, berjalan baik karena banyaknya CO2 yang larut dalam air untuk membentuk

ion bikarbonat (HCO3-) lebih banyak yang menyebabkan larutan menjadi lebih

alkali. Adanya metanogen dalam jumlah yang seimbang dengan bakteri lain

(seperti bakteri asam) akan menyebabkan proses produksi biogas berjalan baik

pula.

Metode yang digunakan adalah metode yang sederhana maka tidak dapat

dipastikan jenis bakteri maupun bentuknya, tetapi hanya dapat diketahui

jumlahnya. Salmah (2004) mejelaskan keuntungan metode ini adalah

pelaksanannya cepat dan tidak memerlukan banyak peralatan. Kelemahannya

ialah tidak dapat membedakan sel-sel hidup dan mati, yang artinya hasil yang

diperoleh adalah jumlah total sel yang ada di dalam populasi. Oleh karena itu,

jenis bakteri yang ada hanya dapat diperkirakan dengan melihat parameter pH dan

uji nyala. Jika dilihat dari pH masing-masing kelompok substrat yang tergolong

cukup asam, bisa dimungkinkan bahwa bakteri yang mendominasi adalah

42

golongan bakteri pembentuk asam. Jika dilihat dari uji nyala, kelompok substrat

yang dapat menghasilkan nyala api artinya proses perombakan berjalan seimbang,

bakteri asam dan metanogen berada dalam jumlah yang seimbang sehingga dapat

bekerja secara simbiosis. Jika konsorsia bakteri lebih didominasi oleh bakteri

asam maka proses perombakan menjadi tidak seimbang, akibatnya gas metana

yang terbentuk hanya sedikit atau bahkan tidak ada (karena lingkungan yang

terlalu asam dapat mematikan metanogen). Dengan demikian biogas yang

dihasilkan jika dibakar tidak menimbulkan nyala api.

4. Produksi Biogas

Biogas terbentuk karena adanya kerja berbagai bakteri yang ikut terlibat

dalam aktivitas perombakan substrat kompleks. Jumlah produksi biogas yang

diperoleh berdasarkan perbedaan sumber inokulum dan juga perbedaan suhu

lingkungan dalam 45 hari waktu pengamatan terlihat pada grafik berikut:

43

05

1015202530354045

Vol

ume

Bio

gas

LM KS KAJenis Inokulum

T1T2

Gambar 2. Jumlah volume biogas yang diperoleh dari masing-masing kelompok

substrat setelah 6 minggu fermentasi. Keterangan : LM : Substrat dengan inokulum limbah makanan. KS : Substrat dengan inokulum kotoran sapi. KA : Substrat dengan inokulum kotoran ayam. Kelompok substrat yang menghasilkan produksi biogas paling banyak

adalah dari kelompok inokulum KA (40,81 l/45 hari atau 0,91 l/hari), sedangkan

kelompok menghasilkan produksi biogas paling sedikit adalah kelompok

inokulum LM/kontrol yaitu 3,59 l/ 45 hari atau 0,08 l/hari (gambar 2). Kelompok

substrat dengan penambahan suhu T2 juga memperlihatkan hasil produksi biogas

yang lebih tinggi dari pada kondisi suhu ruang (T1). Hal ini menjelaskan bahwa

fermentasi substrat dengan inokulum KA berjalan dengan optimal. Banyak faktor

mempengaruhi keberhasilan produksi biogas, yaitu faktor biotik (populasi

bakteri), maupun abiotik seperti kondisi anaerob, bahan baku isian, nutrisi (C/N),

pH, suhu, dan starter, faktor tersebut dapat mempercepat proses fermentasi jika

44

kondisi lingkungan optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak (Simamora, et

al., 2006).

Biogas merupakan gas produk akhir dari proses degradasi materi organik

seperti karbohidrat, lemak, dan protein. Kecepatan dan efisiensi perombakan

perombakan proses degradasi substrat tergantung pada bentuk secara fisik dan

secara kimia (jenis substrat maupun inokulum). Selain jenis, konsentrasi juga

sangat berperan dalam proses perombakan dan produksi biogas. Mahajoeno, et al.,

(2008) menjelaskan bahwa faktor yang berpengaruh terhadap produksi biogas, di

antaranya adalah inokulum. Hasil penelitiannya mengungkapkan bahwa Inokulum

LKLM II-20% (b/v) dengan substrat 15 L, diperoleh produksi biogas paling baik

dibandingkan konsentrasi lainnya dimana produksi biogasnya mencapai 121 liter.

Biogas merupakan hasil dari proses perombakan materi organik oleh

mikroorganisme. Proses tersebut terdiri dari empat tahap yaitu 1) hidrolisa senyawa

polimer organik menjadi senyawa lebih rendah sehingga dapat diserap oleh membran

sel mikroba. Misalkan hidrolisis karbohidrat menjadi monomer-monomernya. Protein

menjadi asam amino, lemak menjadi asam lemak rantai panjang maupun alkohol, 2)

fermentasi senyawa sederhana, sebagai sumber energi populasi mikroba non-

metanogenik. Fermentasi hasil hidrolisis tersusun senyawa organik sederhana terutama

asam lemak volatil (VFA), gas CO2, dan H2, beberapa asam laktat dan etanol. Proses

tersebut dikenal sebagai fermentasi asam atau asidogenesis. 3) Hasil reduksi fermentasi

yang harus dioksidasi di bawah kondisi anaerob menjadi asam asetat, CO2 dan

hidrogen, sebagai substrat bakteri metana yang dikenal dengan bakteri asetogen atau

mikroba obligat pereduksi proton. Tahap terakhir pengolahan limbah cair anaerob

45

adalah 4) fermentasi metana, yang terdapat dua tipe reaksi yaitu tahapan CO2 dan H2

diubah menjadi metana dan air, sedang tahapan lain asetat diubah menjadi metana dan

CO2 ( Werner et al., 1989). Produksi biogas dari limbah organik rumah makan

sekitar kampus UNS menggunakan biodigester sistem curah dengan waktu

fermentasi 6 minggu dapat dilihat pada tabel sebagai berikut:

Tabel 8. Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap rata-rata produksi biogas setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata produksi biogas total (liter/ hari) T1 T2 Rata-rata

1. LM 0,0799 0,2146 0,1472 a 2. KS 0,5999 0,8139 0,7069 b 3. KA 0,7310 0,9069 0,8190 c

Rata-rata 0,4702 a 0,6451 b Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak

berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

Tabel 9. Rata-rata produksi biogas dari limbah organik rumah makan sekitar

kampus UNS menggunakan biodigester sistem curah dengan waktu fermentasi 6 minggu.

Kelompok substrat Rata-rata volume biogas (liter/hari) M2 M4 M6

T1 T2 T1 T2 T1 T2

LM 80% + LM 20% (K) 0,064 0,150 0,080 0,137 0,095 0,357

LM 80% + LM 20% (A) 0,199 0,869 0,746 1,008 0,854 0,565

LM 80% + LM 20% (B) 0,381 1,287 0,945 0,702 0,867 0,729 Keterangan: LM : Substrat dengan inokulum limbah makanan. KS : Substrat dengan inokulum kotoran sapi. KA : Substrat dengan inokulum kotoran ayam.

Jumlah produksi biogas yang dihasilkan dari masing-masing kelompok

perlakuan menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan (Tabel 8). Berdasarkan

analisis sidik ragam produksi biogas memperlihatkan hasil yang berbeda nyata

atau signifikan antar perlakuan. Perlakuan variasi inukulum LM berbeda nyata

46

dengan kelompok perlakuan variasi inukulum KS dan kelompok substrat KA.

Dari analisis tersebut juga dapat diketahui bahwa perlakuan substrat dengan

variasi inokulum memberikan pengaruh signifikan terhadap produksi biogas.

Penambahan suhu berpengaruh signifikan terhadap produksi biogas. Perlakuan

suhu T1 berbeda nyata dengan T2, sedangkan interaksi suhu dengan inokulum

tidak berpengaruh terhadap produksi biogas. Produksi biogas total tertinggi

adalah inokulum KA didapatkan 0,8190 (liter/hari) sedangkan yang terendah

adalah inokulum LM sebesar 0,1472 (liter/hari). Produksi biogas total perlakuan

suhu T2 sebesar 0,6451 (liter/hari) lebih tinggi dibandingkan perlakuan suhu T1

sebesar 0,4702 (liter/hari).

Produksi biogas rata-rata terbanyak 1,287 liter/hari (tabel. 9) terjadi pada

perlakuan BT2, yaitu: penggunaan substrat dengan inokulum kotoran ayam pada

suhu tinggi karena terjadi proses degradasi cepat dan suhu yang konstan. Hal ini

dimungkinkan karena pengaruh dari starter inokulum yang diberikan. Mahajoeno,

et al., (2008) menjelaskan bahwa fungsi penambahan starter adalah sebagai

sumber metanogen sehingga proses fermentasi dan pembentukan biogas berjalan

lebih cepat. Kondisi tersebut merupakan kombinasi perlakuan terbaik

dibandingkan dengan kombinasi perlakuan lain yang menghasilkan volume biogas

lebih sedikit.

Kelompok kontrol memiliki produksi total yang lebih sedikit dibanding

kelompok A dan B (gambar 2). Menurut Ratnaningsih et al., (2009) jumlah

produksi biogas yang sangat kecil menunjukkan bahwa telah terjadi proses

degradasi yang tidak maksimal. Namun demikian, banyak sedikitnya yang

47

dihasilkan tidak dapat menentukan nyala tidaknya biogas yang dihasilkan. Test uji

nyala digunakan untuk mengetahui produksi biogas yang dihasilkan dapat

terbakar atau tidak. Energi biogas menjadi mudah terbakar jika memiliki

kandungan gas methan lebih dari 50%. Hammad (1996) mengatakan bahwa

biogas dapat terbakar apabila terdapat kadar metana minimal 57%, sedikit berbeda

menurut Hessami et al., (1996) biogas dapat terbakar jika kandungan metana

minimal 60%. Pada umumnya apabila gas metana ini dibakar maka akan

berwarna biru dan menghasilkan banyak energi panas. Energi yang terkandung

dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana. Semakin tinggi kandungan

metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan

sebaliknya (Kapdi et al., 2004 dan Pambudi, 2008). Sumber utama nilai kalor

biogas berasal dari gas metan, plus sedikit dari H2 serta CO. Sedang

karbondioksida dan gas nitrogen tidak memiliki konstribusi dalam soal nilai panas

tadi, Bitton (1999) menyatakan bahwa produksi biogas hasil perombakan jasad renik

tidak murni metana tetapi merupakan gas campuran misalnya terbentuk pula CO2 dan

H2O.

Tabel 10. Test Uji Nyala Produksi Biogasa masing-masing substrat. Kelompok substrat Suhu T1 Suhu T2 LM 80% + Inokulum LM 20% (K) - ++ LM 80% + Inokulum KS 20% (A) ++ ++ LM 80% + Inokulum KA 20% (B) ++ ++

Keterangan: LM: limbah makanan. KS: kotoran sapi. KA: kotoran ayam.

Biogas yang dihasilkan selama 45 hari fermentasi (tabel 10.) diketahui

bahwa tidak semua kelompok substrat menghasilkan biogas dengan kualitas yang

48

baik (Lampiran 6). Kualitas ini dapat dinilai dari nyala atau tidaknya gas setelah

dilakukan proses pembakaran dan warna api yang dihasilkan pada saat

pembakaran. Kelompok perlakuan kontrol pada suhu ruang biogas yang diperoleh

tidak tidak menghasilkan nyala api atau dapat dikatakan bahwa kandungan

metananya kurang dari 50%. Hal ini dimungkinkan karena proses degradasi yang

tidak maksimal akibat keidakseimbangan antara senyawa-senyawa dan unsur-

unsur berbeda serta suasana asam pada substrat. Werner et a.l, (1989)

menjelaskan dampak negatif dapat terjadi oleh ketidakseimbangan, sehingga

fermentasi anaerob secara total dapat berhenti atau menurun akibat adanya bahan

beracun. Bahan beracun dapat berupa senyawa yang sudah ada dalam biomassa

atau senyawa yang dihasilkan selama proses fermentasi anaerob. Mikroba

metanogen membutuhkan garam-garam anorganik dalam jumlah mikro untuk

mengendalikan tekanan osmosis internal dan sebagai kofaktor enzim (Adam,

1980). Menurut Werner et al (1989) unsur tersebut sebaiknya terdapat dalam

konsentrasi sekitar 10-4 M, karena konsentrasi tinggi Ca, Mg, K dan Na dapat

menjadi faktor penghambat. Kresnawaty et al., (2008) penurunan pH terjadi

karena asam organik yang terbentuk selama asidogenesis seperti asam asetat,

propionate, butirat, valerat bahkan isovalerat dan isobutirat, sedangkan pada tahap

asetogenesis produk utama yang dihasilkan adalah asam lemak volatil. Nilai pH

yang terus menurun mengakibatkan biogas yang dihasilkan tidak optimal

(kandungan metana rendah atau bahkan belum terbentuk) karena lingkungan yang

asam tidak cocok untuk perkembangan metanogen.

49

Kelompok perlakuan kontrol suhu tinggi, perlakuan A dan B gas yang

dihasilkan pada botol saat pertama kali belum menghasilkan nyala api. Hal ini

dikarenakan proses perombakan anaerob memerlukan beberapa tahapan,

diantaranya: hidrolisis, asidogenesis, dan methanogenesis, Pada saat awal

perombakan masih didominasi oleh proses hidrolisis dan asidogenesis, sehingga

gas yang dihasilkannya pun kebanyakan masih berupa gas CO2, H2, dan senyawa

yang bersifat asam seperti asam asetat. Gas sudah dapat menghasilkan nyala api

yaitu pada botol kedua nyala api masih kecil dan sudah berwarna biru. Pada uji

nyala botol ketiga dan seterusnya menghasilkan nyala api yang baik berwarna biru

dan relatif besar. Hal ini dapat dikatakan bahwa kandungan metannya kurang dari

50%. Pembakaran akan mengeluarkan api yang berwarna biru, karena gas yang

dibakar adalah gas metan (CH4), yang ikatan molekulnya hanya mengandung 1

atom C dan 4 atom hydrogen.

Produksi biogas yang diperoleh menjelaskan bahwa volume biogas yang

dihasilkan pada kondisi suhu tinggi (45-50ºC) lebih banyak dibandingkan suhu

ruang (25-31ºC). Hal ini mungkin dikarenakan pada suhu tinggi (termofilik)

substrat akan terdegradasi lebih cepat dan memudahkan difusi bahan terlarut,

sehingga pembentukan gas akan lebih cepat pula. Hal ini sesuai dengan

pernyataan Metcalf & Eddy (2003) bahwa suhu termofilik digunakan untuk

penghancuran cepat dan produksi tinggi (m3 gas/m3 bahan per hari) serta waktu

retensi pendek dan bebas dari desinfektan. Proses fermentasi anaerob sangat peka

terhadap perubahan suhu (Tobing PL, & Z, Poeloengan, 2003; Wellinger and

Lindeberg, 1999). Gambar 9 dan 10 merupakan hasil pengamatan suhu substrat

50

pada dua kondisi yang berbeda yaitu kondisi suhu ruang (25-31°C) dan suhu

tinggi (45-50°C) dalam 45 hari waktu pengamatan.

28.5

29

29.5

30

30.5

31

31.5

32

suhu

(°C

)

hari ke-0 hari ke-15 hari ke-30 hari ke-45

Waktu Fermentasi

KontrolAB

Gambar 3. Rata-rata suhu masing-masing kelompok substrat pada kondisi suhu ruang (25-31°C) pada hari ke-0, hari ke-15, hari ke-30, dan hari ke-45,

45

45.1

45.2

45.3

45.4

45.5

45.6

suhu

(°C)

hari ke-0 hari ke-15 hari ke-30 hari ke-45

Waktu Fermentasi

KontrolAB

Gambar 4. Rata-rata suhu masing-masing kelompok substrat pada kondisi suhu ruang (45-50°C) pada hari ke-0, hari ke-15, hari ke-30, dan hari ke-45.

Keterangan : K : Substrat dengan inokulum limbah makanan. A : Substrat dengan inokulum kotoran sapi. B : Substrat dengan inokulum kotoran ayam.

51

Suhu didalam digester dapat diketahui dengan jelas bahwa terjadi

perbedaan suhu substrat pada kondisi mesofilik maupun termofilik. Kelompok

substrat suhu kamar memiliki rentang suhu antara rata-rata antara 29,9-31,9°C dan

kelompok substrat suhu tinggi memiliki rentang suhu antara : 45,2-45,6°C. Pada

kondisi mesofilik, suhu substrat paling tinggi yaitu pada hari ke-0 yaitu antara

31,3-31,9°C. Hal ini dikarenakan suhu lingkungan pada saat itu cukup tinggi,

yaitu 34°C. Pada hari ke-15, suhu substrat mulai mengalami penurunan namun

tidak terlalu signifikan yaitu antara 29,9-30,3°C. Tidak berbeda jauh dengan suhu

substrat pada hari ke-15, suhu substrat pada hari ke-30 dan hari ke-45 ada pada

rentang antara 30,1-30,6°C. Kenaikan atau penurunan suhu dipengaruhi oleh

kondisi lingkungan yang berubah. Pada kondisi termofilik, dipergunakan alat

bantu berupa termokopel sebagai pengatur suhu lingkungan biodigester agar suhu

tetap stabil. Berdasarkan data yang telah diperoleh, nilai suhu dipertahankan pada

kisaran diatas 45°C. Perubahan suhu substrat yang terjadi pada hari ke-0 hingga

hari ke-45 tidak berbeda antar masing-masing kelompok substrat yaitu berkisar

antara 45,1-45,6°C. Faktor suhu akan membedakan dalam proses pendegradasian

substrat. Bitton (1999) menjelaskan bahwa perombakan berlangsung baik pada

kondisi mesofilik dan perombakan optimal kondisi termofilik (45-650C).

52

Tabel 11. Perbandingan rata-rata produksi biogas dari limbah organik rumah makan sekitar kampus UNS setelah waktu fermentasi 6 minggu pada suhu ruang dengan suhu tinggi.

Kelompok substrat Total produksi biogas (L) Peningkatan

Suhu ruang Suhu tinggi Produksi Biogas LM 80% + Inokulum LM 20% 3,59 9,66 169% LM 80% + Inokulum KS 20% 26,99 36,63 34% LM 80% + Inokulum KA 20% 32,89 40,81 24%

Keterangan: LM: limbah makanan. KS: kotoran sapi. KA: kotoran ayam.

Suhu substrat dapat berpengaruh meningkatkan produksi biogas dari limbah

makanan (tabel 11). Hal tersebut dapat dijelaskan karena meningkatnya suhu substrat

dapat memacu reaksi kimia, yang dapat meningkatkan perombakan dari unsur yang

kompleks menjadi yang lebih sederhana,. Percobaan yang dilakukan selama 6 minggu

pengaruh suhu terhadap produksi biogas tertinggi adalah sebanyak 40,8 L untuk suhu

tinggi dan 32,9 L suhu ruang, selain itu diketahui juga terjadi peningkatan

produksi biogas berkisar antara 24%-169% pada suhu tinggi dibandingkan suhu

ruang. Hal tersebut dapat dipahami karena produksi biogas dengan bahan limbah

makanan merupakan proses biofermentasi, yaitu peran pokok dilakukan oleh

berbagai macam mikroba. Oleh sebab itu hasil perombakan yang lebih cepat,

memudahkan aktifitas bakteri metanogenik membentuk biogas, sehingga peningkatan

suhu dapat meningkatkan produksi biogas (Metcalf & Eddy 2003, NAS 1981, Bitton

1999 dan Wllinger 1999).

Perbedaan volume biogas yang diperoleh juga dapat disebabkan karena

pada kondisi suhu ruang terjadi perubahan suhu lingkungan 2-5°C (suhu

lingkungan tidak konstan). Menurut Wellinger and Lindeberg, (1999)

53

menjelaskan bahwa Proses fermentasi anaerob sangat peka terhadap perubahan

suhu. Hal ini berpengaruh pula terhadap perubahan suhu substrat. Perubahan suhu

yang terlihat cukup signifikan yaitu pada hari ke-45, suhu substrat turun menjadi

±25°C. Penurunan yang cukup signifikan ini dipengaruhi oleh kondisi lingkungan

yang berubah, yaitu suhu lingkungan yang rendah karena hujan. Sehingga kondisi

suhu substrat di dalam biodigester pun menjadi rendah akibatnya bakteri

metanogenik berkembang lambat dan sensitif terhadap perubahan mendadak pada

kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. Material bahan dalam hal ini jerigen yang

digunakan sebagai biodigester bukan merupakan isolator/penahan panas yang baik

sehingga temperatur lingkungan dapat mempengaruhi materi di dalam biodigester

(Raliby et al., 2009). Sedangkan pada kelompok substrat suhu tinggi, bagian luar

digester sudah diberi termokopel dengan tujuan mempertahankan suhu agar tetap

konstan. Berdasarkan uji pendahuluan yang telah dilakukan sebelumnya,

diketahui bahwa ketika suhu lingkungan diluar digester diatur 50°C maka suhu

substrat (dalam digester) adalah ± 45°C. Perbedaan suhu antara di luar dan di

dalam digester mungkin disebabkan karena perbedaan dari masing-masing

bahan/media menyerap panas tersebut. Kondisi di luar digester lebih panas karena

media yang menerima panas dalam bentuk cair (air) sehingga lebih cepat

menyerap panas, sedangkan media yang menerima panas di dalam digester adalah

limbah dalam bentuk mendekati padat (sedikit cair/kental) sehingga proses

penyerapan panasnya lebih lama. Suhu lingkungan diluar digester tetap

dipertahankan 50°C dengan menggunakan termokopel, agar tidak terjadi

perubahan suhu substrat (konstan).

54

5. Konsentrasi COD, BOD, TS, dan VS

Proses perombakan anaerob juga dapat menurunkan tingkat pencemaran

dari limbah organik sehingga aman bagi lingkungan, selain dihasilkan biogas

sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Proses perombakan atau

degradasi bahan organik dapat dilihat dari perubahan karakter atau sifat outlet

limbah (effluent), baik sifat fisik maupun kimia seperti pH, BOD (Biological

Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), Volatil Solid (VS) dan

Total Solids (TS). Selain perubahan sifat, proses degradasi juga dapat dilihat dari

nilai reduksi/effisiensi perombakan. Ratnaningsih (2009) menjelaskan bahwa

efisiensi perombakan total solid disebabkan perombakan oleh mikroorganisme.

Haryati (2006) menambahkan bahwa proses degradasi anerobik dapat

menurunkan nilai TS, VS, BOD dan COD. Adapun nilai rata-rata BOD, COD, TS

dan VS dipengaruhi oleh interaksi antara jenis substrat dan suhu lingkungan

terhadap lama waktu fermentasi berdasarkan uji analisis sidik ragam yang

dilanjutkan uji DMRT 5% ditampilkan pada tabel berikut :

Tabel 12. Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap konsentrasi BOD setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata konsentrasi BOD (gram/l) T1 T2 Rata-rata

1. LM 12,7733 10,8400 11,8067 b 2. KS 3,7667 1,9067 2,8367 a 3. KA 3,0433 1,2367 2,1400 a

Rata-rata 6,5278a 4,6611b Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak

berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

55

Tabel 13. Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap konsentrasi COD setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata konsentrasi COD (gram/l) T1 T2 Rata-rata

1. LM 51,8133 47,3133 49,5633c 2. KS 16,0333 16,0333 16,0333b 3. KA 5,1100 9,0967 7,1033 a

Rata-rata 24,3189 a 24,1478 b

Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

Tabel 14. Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap konsentrasi TS setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata konsentrasi TS (gram/l) T1 T2 Rata-rata

1. LM 79,7667 16,7000 48,2333 b 2. KS 8,4667 6,7667 7,6167 a 3. KA 8,4000 6,4667 7,4333 a Rata-rata 32,2111 a 9,9778 b Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak

berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

Tabel 15 Pengaruh jenis substrat dan suhu lingkungan terhadap konsentrasi VS setelah waktu 6 minggu dalam biodigester anaerob.

No Kelompok inokulum

Rata-rata konsentrasi VS (gram/l) T1 T2 Rata-rata

1. LM 45,9000 6,6333 26,2667 b 2. KS 0,4667 0,4000 0,4333 a 3. KA 2,1333 0,9000 1,5167 a Rata-rata 16,1667 a 2,6444 b Keterangan : angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama tidak

berbeda nyata antar perlakuan dan angka yang diikuti huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata antar perlakuan (taraf uji 5%).

Uji analisis sidik ragam dari data yang diperoleh diketahui bahwa

perbedaan jenis iokulum pada substrat dan suhu lingkungan memberikan

pengaruh yang signifikan terhadap nilai rata-rata BOD, COD, TS dan VS

56

(P<0,05) (Lampiran 12, 13, 14, dan 15). Setelah dilakukan uji lanjut dengan

menggunakan DMRT pada taraf 5% diketahui bahwa terdapat beda nyata antar

masing-masing kelompok kombinasi perlakuan (Tabel 10, 11, 12 dan 13),

Kelompok yang memiliki nilai rata-rata BOD terendah adalah inokulum KA (2,14

g/l), nilai ini tidak berbeda nyata dengan perlakuan inokulum KS tetapi berbeda

nyata dengan kelompok perlakuan lain. Penambahan suhu berpengaruh signifikan

terhadap rata-rata konsentrasi BOD. Perlakuan suhu T1 berbeda nyata dengan T2,

sedangkan interaksi suhu dengan inokulum tidak berpengaruh terhadap BOD.

Nilai BOD total terendah adalah inokulum KA didapatkan 36,85 (L/45 hari)

sedangkan yang terendah adalah inokulum LM sebesar 6,625 (L/45 hari), nilai

BOD total perlakuan pada suhu T2 sebesar 4,6611 (g/l) lebih lebih rendah

dibandingkan perlakuan suhu T1 sebesar 6,5278 (g/l). Nilai rata-rata COD

terendah terjadi pada perlakuan inokulum KA yaitu sebesar (7,1033 g/l), nilai ini

berbeda nyata dengan kelompok perlakuan lain. Penambahan suhu berpengaruh

terhadap rata-rata konsentrasi COD. Perlakuan suhu T1 (24,3189 g/l), nilai ini

tidak berbeda nyata dengan T2, sedangkan interaksi suhu dengan inokulum tidak

berpengaruh terhadap rata-rata konsentrasi COD.

Uji lanjut dengan menggunakan DMRT pada taraf 5% untuk nilai rata-rata

TS terendah terjadi pada inokulum KA yaitu 7,4333 g/l, nilai ini tidak berbeda

nyata dengan perlakuan inokulum KS tetapi berbeda nyata dengan kelompok

perlakuan lain. Variasi suhu berpengaruh terhadap nilai rata-rata konsentrasi nilai

TS, demikian juga interaksi suhu dengan inokulum berpengaruh signifikan

terhadap rata-rata konsentrasi total TS. Nilai TS total perlakuan pada suhu T2

57

sebesar 9,9778 (g/l) lebih lebih rendah dibandingkan perlakuan suhu T1 sebesar

32,2111 (g/l). Sedangkan untuk nilai VS terendah adalah inokulum KS sebesar

0,4333 (g/l), nilai ini tidak berbeda nyata dengan perlakuan KA tetapi berbeda

nyata dengan kelompok kombinasi perlakuan lain. Penambahan suhu berpengaruh

signifikan terhadap rata-rata konsentrasi VS, demikian juga interaksi suhu dengan

inokulum berpengaruh signifikan terhadap rata-rata konsentrasi total VS.

Perlakuan suhu T1 berbeda nyata dengan T2, nilai rata-rata konsentrasi VS total

perlakuan pada suhu T2 sebesar 2,6444 (g/l) lebih lebih rendah dibandingkan

perlakuan suhu T1 sebesar 16,1667 (g/l).

Proses degradasi dapat menurunkan nilai COD, O’Flaherty et al., (2006)

menyatakan bahwa perombakan limbah cair secara biologis, tahap anaerobik

merupakan tahapan yang sangat menentukan keberhasilan proses perombakan. Pada

tahap tersebut terjadi perombakan bahan-bahan organik menjadi asam, selanjutnya

dirombak menjadi asam asetat, dan proses berlanjut membentuk gas metana dan CO2,

sehingga terjadi penurunan COD limbah. Proses efisiensi perombakan anerob

berlangsung cukup tinggi. Mahajoeno (2008) menyatakan bahwa efisiensi perombakan

LCPMKS COD, BOD, dan VS anarob sistem curah cukup tinggi lebih dari 90%, tetapi

efisiensi perombakan TS sebesar 62,7%, rendahnya efisiensi TS karena padatan

suspensinya tersusun dari selulosa sehingga sulit untuk dirombak. Nilai efisiensi

perombakan anaerob BOD, COD, TS, dan VS selama 45 hari ditampilkan pada

tabel sebagai berikut:

58

Tabel 16. Nilai efisiensi degradasi perombakan organik (%) pada substrat limbah rumah makan dengan fermentasi anaerob setelah 6 minggu.

Efisiensi perombakan (%) COD BOD TS VS

1. Suhu Ruang LM 80% + Inokulum LM 20% 14,3 5,29 23,9 17,5 LM 80% + Inokulum KS 20% 61,6 47,1 82,7 70,6 LM 80% + Inokulum KA 20% 72,56 53,3 83,2 67,7 2. Suhu Tinggi LM 80% + Inokulum LM 20% 36,9 21,9 82,4 73,2 LM 80% + Inokulum KS 20% 83,8 72,8 78,3 79,3 LM 80% + Inokulum KA 20% 85,2 80,9 80,0 78,2

Keterangan: LM: limbah makanan. KS: kotoran sapi. KA: kotoran ayam

Efisiensi perombakan pada semua perlakuan mengalami penurunan nilai

COD dan BOD, tetapi dengan nilai effisiensi yang berbeda-beda. Menurut

Kresnawaty (2008) penurunan nilai COD dan BOD disebabkan karena telah

terjadi proses hidrolisis. Pada tahap tersebut, bahan organik dimanfaatkan oleh

mikroorganime sebagai nutrisi dan mengubahnya ke dalam bentuk senyawa yang

lebih sederhana. Reduksi COD dan BOD tertinggi sebesar 85,2% dan 80,9% pada

substrat dengan inokulum kotoran ayam dengan suhu tinggi. Pada tahapan

tersebut bakteri pendegradasi limbah dapat bekerja secara optimal, karena waktu

tinggal (HRT) yang cukup lama memberi kesempatan kontak lebih lama antara

lumpur anaerobik (inokulum) dengan limbah organik (substrat). Sedangkan

reduksi COD dan BOD terendah sebesar 14,3% dan 5,29% yaitu pada kelompok

kontrol pada suhu ruang. Rendahnya reduksi ini dimungkinkan karena limbah

dominan mengandung senyawa organik yang bersifat komplek sehigga menjadi

beban influen. Munazah dan Prayatni (2008), semakin tinggi beban influen maka

59

effisiensi penyisihan akan menurun. Selain itu, dapat disebabkan juga oleh tidak

sempurnanya proses fermentasi substrat akibat terlalu rendahnya derajat keasaman

substrat, sehingga proses dekomposisi anaerob pada biodigester tidak mencapai

tahapan methanogenic sempurna.

Perubahan sifat kimia yang lain adalah perubahan nilai total solid dan

volatil solid. Proses perombakan anaerob selama 45 hari, memperlihatkan bahwa

terjadi penurunan TS dan VS. Reduksi TS tertinggi sebesar 83,2% pada substrat

dengan inokulum kotoran ayam bersuhu ruang, sedangkan yang terendah adalah

23,9% pada substrat dengan inokulum limbah makanan bersuhu ruang. Efisiensi

perombakan organik VS tertinggi sebesar 79,3% pada substrat dengan inokulum

kotoran sapi bersuhu tinggi, sedangkan yang terendah adalah 17,5% pada substrat

dengan inokulum limbah makanan bersuhu ruang. Reduksi total solids dan volatil

solids ini disebabkan perombakan bahan organik oleh aktivitas mikroorganisme

(Ratnaningsih, 2009). Nilai efisiensi perombakan organik TS dan VS yang cukup

tinggi dikarenakan aktivitas perombakan oleh mikroorganisme berjalan dengan

baik. Hal ini mungkinkan juga kondisi rasio C/N seimbang pada substrat.

Wellinger (1999) mejelaskan bahwa bahan baku (substrat) dengan rasio C/N

tinggi dicampur dengan rasio C/N rendah akan memberikan rerata rasio

komposisi input sesuai kadar optimal produksi biogas yang diinginkan. Seperti di

Cina, rasio C/N seimbang diperoleh dari campuran sekam padi pada dasar

perombak dengan kotoran/limbah domestik. Di Nepal dan India pengumpanan

perombak dengan kotoran gajah dicampur limbah kotoran manusia

memungkinkan keseimbangan rasio C/N mendorong produksi biogas stabil. Jenis

60

limbah (substrat) peternakan umum kandungan nitrogen (N) tinggi dibandingkan

kadar karbon (C). Rasio karbon terhadap nitrogen limbah yang ditambahkan ke

perombak sebaiknya berbanding 20 bagian C dan satu bagian N (20:1) untuk

memperoleh produksi optimum metana. Residu panen pertanian dan sayuran,

biasanya berkadar N rendah tapi tinggi kadar C, dapat dimanfaatkan untuk

meningkatkan kinerja perombak dengan mencampur kadar N tinggi limbah

peternakan, dan dapat memberi lebih baik rasio C:N untuk produksi biogas. Bitton

(1999) menambahkan bahwa konsentrasi substrat (rasio C:N:P) terkait kebutuhan

nutrisi mikroba, homogenitas dan kandungan air volatil solid (VS); total solid

(TS) dan asam lemak volatil (VFA). Pencampuran kotoran ternak (ayam dan sapi)

menyebabkan terjadinya keseimbangan rasio C/N sehingga perombakan berjalan

lebih baik.

Biogas terbentuk dari proses perombakan anarob. Ada korelasi yag didapat

antara nilai efisiensi perombakan anaerob dengan produksi biogas yang

dihasilkan. Mahajoeno (2008) menjelaskan bahwa produksi biogas berkorelasi

berkorelasi negatif dengan total padatan, padatan tersuspensi, BOD dan COD

yang artinya semakin rendah total padatan, padatan tersuspensi, BOD dan COD

semakin tingi produksi biogas.

61

Tabel 17. Korelasi reduksi COD, BOD, TS, VS dengan produksi Biogas dari limbah organik rumah makan sekitar kampus UNS setelah waktu fermentasi 6 minggu tertinggi dan terendah.

Parameter

Korelasi reduksi COD, BOD, TS, VS dengan produksi Biogas tertinggi dan terendah

LM 80% + Inokulum LM 20% Suhu ruang

LM 80% + Inokulum KA 20% Suhu tinggi

COD ( %) 14,3 85,2 BOD ( %) 5,29 80,9 TS ( %) 23,9 80,0 VS ( %) 17,5 78,2 Produksi biogas (L/45 hari) 3,59 40,81

Keterangan: LM: limbah makanan. KS: kotoran sapi. KA: kotoran ayam.

Jumlah biogas yang terakumulasi sebanding dengan nilai reduksi COD,

BOD, TS, dan VS (tabel 15). Tingkat reduksi yang tinggi akan menghasilkan

jumlah akumulasi gas yang besar dan begitu juga sebaliknya (Nugraihini, 2008).

Dapat dilihat bahwa kelompok substrat dengan inokulum limbah makanan

memiliki reduksi COD, BOD, TS, dan VS yang lebih rendah dibandingkan

dengan substrat dengan inokulum kotoran ayam. Hal ini dimungkinkan dapat

terjadi karena proses secara biologi oleh mikroorganisme telah mencapai titik

optimum sehingga pada beban pengolahan yang lebih tinggi, zat-zat pencemar

tidak dapat lebih banyak tersisihkan, sehingga menghasilkan bahan organik

terlarut resisten yang meningkatkan konsentrasi COD, BOD, TS, dan VS effluent

(Munazah dan Prayatni, 2008).

62

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh, dapat disimpulkan

bahwa:

4. Variasi substrat dengan perlakuan sumber inokulum berpengaruh terhadap

produksi biogas.

5. Perlakuan suhu tinggi (45,2-45,6°C) dapat meningkatkan produksi biogas

berkisar antara 24%-169%.

6. Tidak ada interaksi antara suhu dengan sumber inokulum. Penambahan suhu

termofilikl pada sumber inokulum kotoran ayam terhadap kinerja selama 45 hari

biodigester anaerob untuk produksi biogas terbaik yaitu 0,91 l/hari.

B. Saran

Dari kesimpulan di atas, dapat dituliskan saran sebagai berikut:

1. Diperlukan parameter pengukuran rasio C/N agar tetap seimbang karena

penting untuk megetahui kebutuhan nutrient mikroorganisme agar dapat

melakukan metobolisme yang baik.

2. Diharapkan pengukuran kualitas biogas dilakukan sehingga dapat diketahui

prosentase kandungan metana dan adanya penelitian lebih lanjut tentang sisa

cairan yang berpotensi besar sebagai pupuk organik.

63

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah,K., Abdul Kohar Irwanto, Nirwan Siregar, Endah Agustina, Armansyah H.Tambunan, M. Yasin, Edy Hartulistiyoso, Y. Aris Purwanto, 1991. Energi dan Listrik Pertanian, JICA-DGHE/IPB Project/ADAET, JTA-9a (132).

Adam, K. H. 1980. Process parameter retention time and loading rates. In National Workshop on Biogas Technology, Kuala Lumpur, 23-24 March 1981, 172-188.

Adrianto A., T. Setiadi, M. Syafilla dan O.B., Liang. 2001. Studi kinetika reaksi hidrolisis senyawa kompleks organic dalam proses biodegradasi Anaerob. Jurnal Biosains 6(1) : 1-9.

Anonim. 2008. Dasar-Dasar Teknologi Biogas. http://www.google.com/teknologi biogas [pdf] (10 Maret 2009).

[APO] Asian Productivity Organization. 2003. A Measurement Guide to Green Productivity. Tokyo, Asian Productivity Organization.

Ariati R, 2001. Indonesian Energy Policy: Towards Greater Local Manufacturing for Renewable Energy. Asean Energy Bulletin, 3rd Quarter. 5(3): 4-6.

Bitton, G. 1999. Wastewater Microbiology. 2nd ed. Wiley Liss Inc. New York.

De Mez , T. Z. D., Stams, A. J. M., Reith, J. H., and G., Zeeman. 2003. Methane production by anaerobic digestion of wastewater and solid wastes. In : Biomethane and Biohydrogen Status add Perspectives of biological methane and hydrogen production. Edited by J.H. Reith, R.H. Wijffels and H. Barten. Dutch Biological Hydrogen Foundation.

Eliantika, E F 2009 Biogas Limbah Peternakan Sapi Sumber Energi Alternatif Ramah Lingkungan. Bengkulu, http://www.tenangjaya.com. (08 Januari 2009).

Garcelon, J. and Clark, J. 2001. Waste Digester Design. Civil Engineering Laboratory Agenda, University of Florida, http://www.ce.ufl.edu/activities/waste/wddndx.html. (10 Maret 2009).

Ginting, Nurzainah. 2007. Penuntun Praktikum : Teknologi Pengolahan Limbah Peternakan. Departemen Peternakan Fakultas Pertanian : Universitas Sumatera Utara.

Greenberg, A.E., L.S. Clasceri and A.D. Easton. 1992. Standard Methods for the Examination of Water Wastewater. 18th ed. APHA, AWWA, WACF. Washington.

64

GTZ. 1990. Biogas Utilization. http://gtz.de/gate/techinfo/biogas/appldev/operation/utilizat. (10 Maret 2009)

Hammad S.M.D. 1999. Integrated environmental and sanitary engineering project at Mirzapur. Journal of Indian Water Work Association 28:231-236

Hanifah,T A Christine Jose dan Titania T. Nugroho. 2001. Pengolahan Limbah Cair Tapioka Dengan Teknologi EM (Effective Mikroorganisms). Jurnal Natur Indonesia III (2): 95 – 103.

Harahap, F.M., Apandi, dan S. Ginting. 1978. Teknologi Gasbio. Bandung : treatment. Journal of Animal Science 12 (4): 604 – 606.

Haryati, T. 2006. Biogas : Limbah peternakan yang menjadi sumber energi alternatif. Jurnal Wartazoa. Vol 6 (3):160-169 .

Hessami M.A., Christensen S. and Gani R. 1996. Anaerobic digestion of household organic waste to produce biogas. Renewable Energy (9) : 1-4, 954-957

Jenie, B.S.L. dan Winiati P.R. 1993. Penanganan Limbah Industri Pangan. Kanisius. Yogyakarta.

Judoamidjojo, R.M., E.G. Said dan L. Hartoto. 1989. Biokonversi. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Dit. Jend. Pendidikan Tinggi. P A U Bioteknologi IPB : Bogor.

Kadarwati, Sri. 2003. Studi Pembuatan Biogas dari Kotoran Kuda dan Sampah Organik Skala Laboratorium. Jurnal P3TEK Vol.2, No.1

Kadir, Abdul. 1995. Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensi Ekonomi. Edisi kedua. Jakarta : Universitas Indonesia (UI Press).

Kapdi AA, Vijay VK, Rajest SK & R Prasat. 2004. Biogas Scrubbing Compression and Storage: Perspectives and Prospectus in India Context. Renewable Energy. 4:1-8

Koopmans, A. 1998. Trend in Energy Use. Expert Consultation on Wood Energy, Climate and Health. 7-9 October, 1998, Phuket, Thailand.

Kresnawaty, Irma., I. Susanti., Siswanto., dan Tri Panji. 2008. Optimasi produksi biogas dari limbah lateks cair pekat dengan penambahan logam. Jurnal Menara Perkebunan. Vol 76(1): 23-35.

Kusarpoko, B. 1994. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Anaerob Perombak Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit. [Tesis]. Program Pascasarjana IPB : Bogor.

Leestyawati, N. W. 2005. Penanganan dan Pemanfaatan Limbah Kotoran Ternak. Denpasar: Dinas Peternakan Provinsi Bali.

65

Mahajoeno, E., Lay W.B, Sutjahjo, H.S., Siswanto. 2008. Potensi Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit untuk Produksi Biogas. Biodiversitas (9):48 – 52.

Metcalf & Eddy . 2003. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse, 4th ed., McGraw-Hill, Singapore

Munazah, A.R dan Prayatni Soewondo. 2008. Penyisihan organik melalui dua tahap pengolahan dengan modifikasi ABR dan Constructed Wetland pada industri rumah tangga. Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITB. Volume 4 No 4, Desember 2008.

[NAS] National Academy of Sciences. 1981. Methane generation from human, animal, and agricultural wastes. 2nd Ed. National Academy of Sciences, Washington, D.C.

NetSains. 2007. “Mengapa Biomassa Mampu Menekan Efek Pencemaran?”. http://www.NetSains.com/biomassa. (10 Maret 2009)

Nugrahini, Panca; T.M.Rizki Habibi; dan Anita Dwi Safitri. 2008. Penentuan parameter kinetika proses anarobik campuran limbah cair industri menggunakan reaktor Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). Jurusan Teknik Kimia, Universitas Lampung. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008, Universitas Lampung, 17-18 November 2008.

Nugroho, A., R.P Djoko M. dan Danny S. 2007. Cara Mengatasi Limbah Rumah Makan. Teknik Kimia Universitas Diponegoro : Semarang.

Nurhasanah, Ana., Teguh W.W., Ahmad A. dan Elita R. 2006. Perkembangan Digester Biogas di Indonesia (Studi Kasus di Jawa Barat dan Jawa Tengah). Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian : Serpong.

Nurmaini. 2001. Peningkatan Zat-Zat Pencemar Mengakibatkan Pemanasan Global. Fakultas Kesehatan Masyarakat : Universitas Sumatera Utara.

O’Faherty V, Collins G, & M. Therese, 2006. The Microbiology and Biodiversity of anaerobic bioreactor with relevance to domestics sewage treatment, //http:www.development of biogas denmask, pdf. (9 Desember 2009)

Pambudi, N.A. 2008. Pemanfaatan biogas sebagai energi alternatif. Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik:Universitas Gadjah Mada. http://www.dikti.org/ (10 Maret 2009)

Prometheus. 2005. Reaktor Biogas Skala Kecil/Menengah (Bagian Kedua). Artikel IPTEK : Bidang Energi dan Sumber Daya Alam. http://www.prometheus-energy.com/digester.html. (10 Maret 2009)

Pancapalaga, Wehandaka 2007. Evaluasi Briket Kotoran Sapi Dan Limbah Pertanian (Kosap Plus) Sebagai Bahan Bakar Alternatif. (Thesis) Malang: UMM.

Raliby, Oesman; Retno Rusdjijati; dan Imron Rosyidi. 2009. Pengolahan limbah cair tahu menjadi biogas sebagai bahan bakar alternatif pada industri

66

pengolahan tahu. //http:www.openpdf.com/ebook/biogas-dari-limbah-tahu, pdf. (9 Desember 2009)

Ratnaningsih, Widyatmoko, H dan Yananto, T. 2009. Potensi pembentukan biogas pada proses biodegradasi campuran sampah organik segar dan kotoran sapi dalam batch reaktor anaerob. Jurnal Teknologi Lingkungan, Vol 5(1): 20-26.

Reith, J.H., H. den Uil, H. van Veen, W.T.A.M. de Laat, J.J. Niessen, E. de Jong, H.W. Elbersen, R. Weusthuis, J.P. van Dijken & L. Raamsdonk, 2002. Co-production of bio-ethanol, electricity and heat from biomass residues. Proceedings of the 12th European Conference on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, 17 -21 June 2002, Amsterdam, The Netherlands. pp. 1118 - 1123.

Ridwan. 2006. Kotoran Ternak sebagai Pupuk dan Sumber Energi. Diterbitkan pada Harian Independen Singgalang. Rabu, 1 Februari 2006.

Riyadi, Awang. 2007. Portable Refinery menghasilkan bahan bakar dari limbah makanan dan sampah. http://www.Aw/livescience.com. (14 September 2009)

Sahirman, S. 1994. Kajian Pemanfaatan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit untuk Memproduksi Gasbio. [Tesis]. Program Pascasarjana IPB : Bogor.

Sa’id, E.G. 2006. Bioindustri: Penerapan Teknologi Fermentasi. Jakarta: PT Mediyatama Sarana Perkasa

Salmah. 2004. Analisis Pertumbuhan Mikrobia pada Fermentasi. Program Teknik Kimia, FT. Sumatra Utara :USU.

Sherrington, K.B. 1981. Ilmu Pangan : Pengantar Ilmu Pangan Nutrisi dan Mikrobiologi. Yogyakarta :UGM Press.

Singgih, M.L dan K Mera. 2008. Perancangan Alat Teknologi Tepat Guna untuk Mengurangi Dampak Lingkungan dan Meningkatkan Pendapatan Rumah Pemotongan Ayam. Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi VIII. Program Studi MMT-ITS : Surabaya

Simamora, S. et al. 2006. Membuat Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak Dan Gas Dari Kotoran Ternak. Jakarta: AgroMedia Pustaka

Siswanto, S. Marsudi, Suharyanto, E. Mahajoeno, & Isroi. 2005. Pemanfaatan Limbah Padat dan Cair Pabrik Kelapa Sawit untuk Produksi Kompos Bioaktif & Gas Bio. Laporan akhir RUK 2005: 62 hlm.

Spangler, D.J.and G.H. Emert. 1986. Simultaneos saccharification/fermentation with Zymomonas mobilis. Biotech, 28 (1):115 - 118.

Suranto, Setyaningsih. R, A Susilowati, & T Purwoko. 2001. Petunjuk Praktikum Mikrobiologi, hal 35-37. Surakarta: Jurusan Biologi, FMIPA, UNS.

67

Sudaryati,N L G; I W Kasa dan I W B Suyasa. 2007. Pemanfaatan Sedimen Perairan Tercemar Sebagai Bahan Lumpur Aktif Dalam Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu ECOTROPHIC . 3 (1) : 21 - 29.

Sugiharto. 1987. Dasar-dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta : UI-Press.

Teguh Wikan Widodo and Agung Hendriadi. 2005. Development of Biogas Processing for Small Scale Cattle Farm in Indonesia. Conference Proceeding: International Seminar on Biogas Technology for poverty Reduction and Sustainable Development. Beijing, October 17-20,2005. pp. 255-261 [in English].

Tobing PL. & Z. Poeloengan, 2003. Pengendalian Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit secara Biologis di Indonesia. Warta PPKS 5(1):99-105

Triwahyuningsih, N dan A Rahmat. 2006. Pemanfaatan Energi Biomassa sebagai Biofuel : Konsep Sinergi dengan Ketahanan Pangan di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Fakultas Pertanian UMY.

United Nations. 1980. Guidebook on Biogas Development. Energy Resources Development Series No. 21. Economic and Social Commission for Asia and The Pacific. Bangkok. Thailand.

Veziroglu, T.N. 1991. Hydrogen Technology for Every Needs of Human Settlement. Journal Hydrogen Energy, 12:99.

Weijma, J., A.J.M. Stams, L.W. Hulshoff-Pol and G. Lettinga. 2000. Thermophilic sulfate reduction and methanogenesis with methanol in a high rate anaerobic reactor. Biotech. 67 (3):354 – 363.

Wellinger A, & A. Lindeberg 1999. Biogas upgrading and utilization. IEA Bioenergy Task 24: energy from biological conversion of organik wastes. 18 p http://www. IEA Bioenergy/Task 24.edu/pdf. (14 September 2009)

Werner U., Stochr V. and N. Hees. 2004. Biogas Plant in Animal Husbandry : Application of the Dutch Guesllechaft Fuer Technische Zusemmernarbeit (GTZ) GnbH. http://www. Gtz.de/dokumente/oe44/ecosan/pdf. (14 September 2009)

Wright, J.D., C.E Wyman and K. Grohmann. 1988. Simultaneous saccharification and fermentation of lignocelluloses. Biochem. Biotechnol 18:75-81.

Yapp, Jason and Rijk, Adrianus.2005. CDM Potential for the Commercialization of the Integrated Biogas System. http://www.unapcaem.org/F-biogas.PDF. (14 September 2009)