PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR INDUSTRI TEPUNG TAPIOKA DENGAN REAKTOR ANAEROBIK LITER BERDISTRIBUTOR

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 1 PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR INDUSTRI TEPUNG TAPIOKA DENGAN REAKTOR ANAEROBIK LITER BERDISTRIBUTOR Robby Rahmatul H., Avief Nurrokhim, Nonot Soewarno, Siti Nurkhamidah Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia ltd_tkits_sby@yahoo.com Abstrak Limbah cair industri tepung tapioka berpotensi menimbulkan pencemaran karena mengandung COD sekitar mg/l. Besarnya kandungan COD limbah ini dapat dimanfaatkan untuk memproduksi biogas melalui proses pengolahan secara anaerobik. Reaktor yang digunakan adalah reaktor anaerobik liter dengan penambahan distributor 60% dari diameter reaktor. Dimasukkan load sebesar 0,4 kgcod/m 3.hari, 0,7 kgcod/m 3.hari, 1 kgcod/m 3.hari dan 1,4 kgcod/m 3.hari dengan waktu tinggal 7 hari. Setiap hari dilakukan pengukuran kenaikan penampung gas. Selanjutnya diukur kandungan COD keluar reaktor pada hari ke-6. Dapat diketahui bahwa produksi biogas semakin meningkat seiring lamanya waktu fermentasi. Semakin besar OLR(Organic Loading Rate) yang dimasukkan ke dalam reaktor, maka produksi biogas akan semakin besar. Didapatkan produksi biogas terbesar adalah 0,44 m 3 /hari dengan load 1,4 kgcod/m 3.hari. COD reduksi akan meningkat seiring dengan meningkatnya OLR yang dimasukkan, dan didapatkan %COD removal terbesar adalah 51,8% dengan OLR 1 kgcod/m 3.hari Kata kunci: limbah cair tepung tapioka, anaerobik, biogas 1. PENDAHULUAN Krisis energi di Indonesia sebagai akibat semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak khususnya dari bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbarui telah menuntut Indonesia untuk mencari sumber bahan bakar alternatif yang bersifat dapat diperbarui. Ketergantungan Indonesia terhadap minyak bumi dapat dikurangi dengan mengembangkan sumber energi alternatif. Salah satu pengembangan energi alternatif adalah pemanfaatan limbah tepung tapioka menjadi biogas sebagai energi yang terbarukan. Industri tapioka selain dapat meningkatkan perekonomian daerah, juga dapat menimbulkan dampak pencemaran lingkungan bila tidak dikelola secara baik. Pada umumnya industri tapioka hanya menghasilkan tapioka berkisar 20-30% dari berat ubi kayu yang diolah, selebihnya industri ini menghasilkan air limbah, limbah padat (onggok), dan cair. Limbah industri tapioka yang sangat berpotensi menimbulkan pencemaran lingkungan adalah Limbah cair. Kandungan organik dalam limbah cair tepung tapioka ini berkisar ppm. Air limbah yang dihasilkan industri tapioka ini merupakan limbah yang masih banyak mengandung bahanbahan organik dan dapat didekomposisi secara biologis (biodegradable) agar tidak menimbulkan pencemaran. Saat ini sistem instalasi pengolahan air limbah (IPAL) yang banyak diterapkan di industri tapioka adalah pengolahan limbah secara biologis anaerobik diikuti dengan sistem biologis fakultatif dan aerobik. Sistem biologis anaerobik sebagai sistem utama dalam pengolahan air limbah industri tapioka menghasilkan gas CH4 (metana), CO2 dan gas lain. Kedua gas tersebut merupakan gas rumah kaca yang dapat menimbulkan pemanasan global. Gas metana yang dihasilkan air limbah industri tapioka tersebut sesungguhnya merupakan gas yang dapat dibakar (flameable gas), sehingga sebenarnya merupakan sumber energi alternatif yang bersifat terbarukan (renewable). Biogas adalah gas yang dihasilkan dari limbah rumah tangga, kotoran hewan, kotoran manusia, sampah organik dan sebagainya, yang mengalami proses penguraian atau fermentasi oleh mikroorganisme.di samping itu, adanya kenaikan tarif listrik, kenaikan harga LPG (Liquefied Petroleum Gas), premium, minyak tanah dan bahan bakar lainnya, menjadikan biogas sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan murah. Biogas merupakan salah satu sumber energi alternatif yang banyak dikembangkan di beberapa negara. India dan China adalah negara-negara yang mengembangkan teknologi pembuatan biogas sejak lama serta memiliki aplikasi teknologi yang sudah maju. Negara lain yang telah mengembangkan antara lain Italia, Korea, Filipina, Thailand, Jepang, Amerika Serikat, Jerman dan Papua Nugini. 2. BAHAN DAN METODOLOGI 2.1 Limbah Cair Industri Tepung Tapioka Proses produksi pembuatan tepung tapioka membutuhkan air yang sangat banyak untuk memisahkan pati dari serat, sehingga buangan (limbah cair) yang dihasilkan

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 2 oleh pabrik tapioka cukup besar yaitu m 3 per ton tapioka yang diproduksi [2]. Hasil limbah cair yang berlebih ini memerlukan suatu penanganan, terlebih lagi karena kandungan COD nya yang tinggi. Pada penelitian ini digunakan limbah cair industri tepung tapioka yang dibuat secara mandiri dengan metode konvensional, seperti pada gambar berikut: Tabel 2. Kandungan Bahan Organik per 100 gr Limbah Cair Tapioka [9] Nutrisi Kandungan (gr) Karbohidrat 25,37 Lemak 0,19 Serat 1,2 Protein 0, Reaktor Start up dan Operasi Reaktor yang digunakan pada penelitian ini berukuran liter dengan penambahan distributor, seperti pada gambar berikut: Gambar 1. Proses Pembuatan Limbah Cair Tepung Tapioka Setalah melalui proses tersebut, maka akan didapatkan limbah cair dan tepung tapioka. Limbah cair ini memiliki karakter sebagai berikut: Tabel 1. Karakter Limbah Cair Tapioka dan Peraturan Pemerintah Parameter Jumlah [9] Batas Peraturan COD, (mg/l) ph densitas, (mg/l) Selain kandungan COD yang besar, limbah cair tepung tapioka juga masih memiliki kandungan bahan organik yang cukup banyak. Hal ini dikarenakan pada saat proses produksi, masih banyak bahan organik yang terbawa pada air buangannya. Berikut kandungan bahan organik limbah cair tepung tapioka: Gambar 2. Rangkaian Alat Percobaan Reaktor Desain: Reaktor ini terdiri dari beberapa elemen seperti rangka reactor, reactor, gas holder, dan distributor. Distributor ini berfungsi untuk mendapatkan waktu tinggal actual yang lebih besar dari pada waktu tinggal secara teoritis, sehingga dapat diperoleh hasil biogas yang lebih maksimal. Starter Reaktor: Starter awal yang dimasukkan berasal dari effluent reactor yang sudah stabil menghasilkan biogas. Reaktor siap dimasukkan feed awal ketika starter sudah tidak menghasilkan biogas kembali. Persiapan Bahan: Limbah cair tepung tapioca yang sudah dibuat, selanjutnya diencerkan dengan air hingga mencapai COD mg/l. Limbah yang telah diencerkan tadi kemudian dinetralkan dengan NaOH hingga mencapai ph 7. Nutrien urea ditambahkan pula ke dalam limbah tersebut dengan rasio COD : N sebesar 300:5. Bahan limbah cair ini dipersiapkan setiap harinya. Organic Loading Rate: Selama proses operasi, dimasukkan OLR sebesar 0,4, 0,7, 1, dan 1,4. Pada hari ke-1 hingga ke-7 dimasukkan OLR yang tetap sesuai dengan variable yang ditentukan.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 3 Pengukuran biogas: Biogas yang terbentuk di dalam reaktor akan tertahan pada gas holder. Semakin banyak gas yang dihasilkan, maka gas holder akan semakin tinggi. Kenaikan ketinggian dari gas holder diukur setiap harinya untuk mengetahui laju produksi biogas. Volume biogas yang dihasilkan pada keadaan STP adalah sebagai berikut: Vstd = Vgas P Tstd Pstd T (1.1) Dimana, Vstd = Volume biogas yang dihasilkan pada STP, m 3 Vgas = Volume biogas di dalam gas holder, m 3 Pstd = Tekanan pada STP, 1013 cmh2o P = Tekanan di dalam gas holder, cmh2o Ts td = Temperatur pada STP, 273 K T = Temperatur di dalam gas holder, K Analisa: Pada penelitian ini dilakukan analisa COD yang keluar dari reactor untuk mengetahui seberapa banyak COD yang terdestruksi. Produksi gas m3/hari 3. HASIL DAN DISKUSI 3.1 Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Produksi Biogas Waktu, hari Load 1 Load 0,7 Load 0,4 Load 1,4 Gambar 3. Waktu Fermentasi Terhadap Produksi Biogas Pada Gambar 3 dapat diketahui bahwa semakin lama waktu fermentasi limbah cair tepung tapioka, maka akan menghasilkan produksi gas yang semakin banyak. Pada hari ke 1-2 merupakan tahapan hidrolisa, dimana senyawasenyawa organik seperti karbohidrat berubah menjadi monomer-monomer seperti glukosa. Pada tahapan ini muncul gas metan dan CO 2 dalam jumlah yang masih sedikit, karena berasal dari starter awal. Selanjutnya pada hari ke 2-4 mulai dihasilkan gas yang lebih banyak. Hal ini disebabkan karena senyawa organik berada pada tahapan acidogenesis, dimana pada tahapan tersebut dihasilkan gas CO 2 dan H 2 sehingga hasil gas semakin meningkat. Pada hari ke 4-7 produksi gas semakin meningkat drastis, karena senyawa organik mencapai tahapan metanasi. Dari Gambar 3 semakin besar organic loading rate (ORL) yang dimasukkan, maka produksi gas semakin meningkat. Hal ini dikarenakan semakin banyak senyawa organik yang masuk ke dalam reaktor, maka semakin banyak pula yang dapat terkonversi menjadi biogas. 3.2 ORL terhadap % COD removal dan Produksi Gas/kgCOD removal Pada penelitian ini dilakukan percobaan dengan ORL yang berbeda-beda. Kemudian dilakukan analisa COD masuk dan COD keluar untuk setiap OLR, sehingga dapat diketahui persen COD removal pada masing-masing variable OLR. Hasil analisa COD dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Load, % COD Removal, dan Produksi Gas/kgCOD Removal Load % COD removal COD masuk mg/l COD keluar mg/l % removal % Biogas m 3 /kgcod removal 0, , , , , , COD masuk, mg/l Gambar 4. % COD Removal Terhadap Perubahan COD Masuk

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 4 Biogas/COD removal m 3 /kgcod removal Gambar 5. COD Masuk Terhadap Biogas/COD Removal Pada Gambar 4. dengan COD masuk mg/l terlihat semakin besar %COD yang terdegradasi seiring meningkatnya COD masuk. Sedangkan pada gambar 5. dapat diketahui bahwa semakin besar COD masuk, maka produksi biogas/kgcod removal semakin besar pula. Pada load COD masuk sebesar mg/l didapatkan produksi biogas/kgcod yang sangat kecil. Hal ini disebabkan oleh terjadinya akumulasi VFA di dalam reactor sehingga ph mejadi 5-6. Ini menyebabkan tidak maksimalnya kerja dari mikroorganisme untuk membentuk gas metana Tabel 4. Perbandingan Produksi Gas Dalam m 3 /kg COD Reduks Peneliti Alex (2012) Fikriyan (2013) [3] [4] m COD masuk, mg/l 3 /kg COD reduksi 0,356 (Molases) 0,538 (Molases) Amatya (1996) 0,25 Penelitian ini (2013) Dapat diketahui bahwa biogas/kgcod reduksi relatif kecil jika dibandingkan dengan penelitian Amatya. Hal ini karena pada penelitian ini menggunakan OLR yang kecil yaitu 0,4 1,4 kgcod/m 3.hari, sedangkan pada penelitian Amatya digunakan OLR yang cukup besar, yaitu kgcod/m 3.hari. Jika dibandingkan dengan penelitian yang menggunakan molasses, produksi biogas pada penelitian ini juga cukup rendah. Hal ini disebabkan karena limbah cair tepung tapioka mengandung karbohidrat yang cukup banyak, sehingga perlu melewati tahapan hidrolisis yang lebih lama. Sedangkan molasses sudah terdiri dari monomer-monomer seperti sukrosa, fruktosa, dan glukosa, sehingga molasses lebih cepat melewati tahapan hidrolisis, dan lebih optimal dalam perubahannya menjadi gas metan. 4. KESIMPULAN Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan bahwa biodegradasi limbah cair tepung tapioka pada reaktor anaerobik liter berdistributor ini mempunyai efisiensi COD removal terbesar, yaitu 51,8% dengan COD masuk mg/l dan OLR 1 kgcod/m 3.hari. Semakin besar OLR yang dimasukkan ke dalam reaktor, maka didapatkan produksi biogas yang semakin meningkat. Selain itu % COD removal juga semakin meningkat jika dilakukan penambahan OLR yang masuk ke dalam reaktor. Pada penelitian ini terjadi peningkatan jumlah produksi gas/kgcod removal seiring meningkatkannya OLR yang masuk. DAFTAR PUSTAKA [1] Agustina, Fransiska Evaluasi Parameter Biogas dari Limbah Cair Industri Tapioka Dalam Bioreaktor Anaerobik 2 tahap. UNDIP Semarang. Semarang. [2] Akhirruliawati, M., S., dan Amal, S Pengolahan Limbah Cair Pati Secara Aerob Menggunakan Mikroba Degra Simba. Undip Semarang. Semarang. [3] Amatya, P., L Anaerobic Treatment of Tapioca Starch Industry Wastewater by Bench Scale Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). Asian Institute of Technology. Thailand. [4] Amirillah, F., dan Permatasari, R Efek Distributor Terhadap Produksi Gas Bio Pada Reaktor Anaerobik 3000 L dengan Bahan Baku Tetes (Molases). ITS Surabaya. Surabaya. [5] Karellas, S., Boukis, I., dan Kontopoulus, G. Development of an Investment Decision Tool for Biogas Production from Agricultural Waste. National Technical University of Athens. Yunani. [6] Rahman, A.,R Pembuatan Biogas dari Sampah Buah-buahan Melalui Fermentasi Aerobik dan Anaerobik. IPB Bogor. Bogor. [7] Rahmayanti, Dian Pemodelan dan Optimasi Hidrolisa Pati Menjadi Glukosa dengan Metode Artificial Neural Network-Genetic Algorithm. UNDIP Semarang. Semarang. [8] Sangyoka, S., Reungsang, A., Moonamart, S Repeated-batch Fermentative for Bio-hydrogen Production from Cassava Starch Manufacturing Wastewater. Asian Network for Scientific Information. Thailand. [9] Setyawati, R., Hirayama, K.K., Kaneko, H., dan Hirayama, K Current Tapioca Starch Wastewater (TSW) Management in Indonesia. IDOSI Publications. Jepang. [10] Soemarno Rancangan Teknologi Proses Pengolahan Tapioka dan Produk-produknya. Universitas Brawijaya Malang. Malang. [11] Soewarno, N., R.I. Ramadhanu, I. Ismail Peningkatan Waktu Tinggal Cairan dalam Reaktor Horizontal Sebagai Studi Awal Meningkatkan Produksi Gas. ITS Surabaya. Surabaya. [12] Sutarno dan Firdaus, F Analisis Prestasi Produksi Biogas (CH4) dari Polyethilene Biodigester

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 5 Berbahan Baku Limbah Ternak Sapi. UII Yogyakarta. Yogyakarta. [13] Tambunan, A.,H., Salundik, Solahudin, M Aplikasi Flexible Tank Dari Karet Sebagai Penampung Biogas Portable. IPB Bogor. Bogor.