REKAYASA DAN UJI KINERJA REAKTOR BIOGAS SISTEM COLAR PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA

Transkripsi

1 REKAYASA DAN UJI KINERJA REAKTOR BIOGAS SISTEM COLAR PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA 1) 2) Rochman Isdiyanto 1), Udin Hasanudin 2) Puslitbang Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan Jl. Ciledug Raya Kav. 109, Telp. (021) , Cipulir Keb. Lama, Jakarta Selatan. Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung, Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1, Bandar Lampung Telp/Fax: ABSTRAK Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) atau reaktor anaerobik tertutup telah dapat diterapkan sebagai teknologi pengolahan air limbah industri tapioka yang menghasilkan biogas. Kegiatan kerekayasaan pengembangan bioreaktor sistem CoLAR ini bertujuan untuk menyediakan biogas sebagai energi terbarukan di lingkungan industri tapioka. Bioreaktor sistem CoLAR terbuat dari bahan geomembran dengan kapasitas m 3 mampu menampung air limbah dengan laju alir 150 m 3 per hari. Air limbah akan mengalami proses fermentasi anaerobik dengan waktu tinggal hidrolik selama 20 hari. Hasil pengamatan pada uji kinerja bioreaktor diketahui bahwa bioreaktor CoLAR yang diterapkan dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditandai dengan menurunnya nilai rata-rata Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) sebesar 70,3 %, yaitu dari mg/liter turun menjadi mg/liter atau sebesar 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m 3 /hari. Sistem bioreaktor mampu menghasilkan rata-rata produksi biogas sebesar 485,4 m 3 /hari dengan kandungan metana sebesar 58,8 %. Kualitas biogas tersebut secara teknis dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan. Kata kunci : Bioreaktor CoLAR, Limbah cair, Biogas. ABSTRACT Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) Technology was applied on tapioca wastewater treatment to produce biogas. The purpose of the activity using bioreactor CoLAR system is to produce biogas as an alternative energy from tapioca industry. The bioreactor CoLAR system made of geomembrane with the capacity m 3. The bioreactor can be used collecting tapioca wastewater with the flow rate of 150 m 3 per day, with the Hridraulic Retention Time was of 20 day. The performance test of bioreactor result shaws the reduction of 70,3 % of Total Chemical Oxygen Demand (T-COD), from mg/liter dropped to become mg/liter or 0,317 gr COD/liter/day or 949,6 kg COD/150 m 3 /day. The bioreacror system produce biogas with average production of 485,4 m 3 /day and the concentration of methane is 58,8 %.. The biogas is feaseable to applied as a renewable energy resources. Keywords: Reactor CoLAR,Wastewater, Biogas. PENDAHULUAN Limbah cair pada industri pangan tradisional seperti tepung tapioka, tahu, tempe, kerupuk kulit dsb., merupakan salah satu sumber pencemaran lingkungan. Timbulnya limbah pada industri pangan baik limbah padat, cair maupun gas tidak dapat dihindari. Usaha untuk meminimalisasi timbulan limbah telah

2 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 15 banyak dilakukan melalui mekanisme modifikasi proses maupun peningkatan efisiensi untuk memenuhi standar baku mutu agar tidak mencemari lingkungan. Jumlah dan karakteristik air limbah yang ditimbulkan pada industri pangan bervariasi menurut jenis industrinya. Sebagai contoh pada industri tapioka tradisional, air limbah yang dihasilkan industri tapioka dapat mencapai sekitar 4-5 m3/ton ubi kayu yang diolah dengan konsentrasi bahan organik sangat tinggi. Kebutuhan oksigen untuk mendekomposisi bahan organik yang terdapat dalam air limbah tapioka secara kimiawi (COD) dapat mencapai mg/l, sehingga diperlukan suatu sistem pengolahan dengan waktu tinggal yang lama [1]. Pada umumnya sistem pengolahan air limbah industri tapioka yang saat ini diterapkan yaitu pengolahan limbah secara aerobik dan anaerobik menghasilkan gas karbon diokasida (CO 2 ) dan metana (CH 4 ). Kedua gas tersebut merupakan gas rumah kaca yang memberikan kontribusi terhadap pemanasan global. Dari hasil pengukuran emissi gas di kolam anaerobik diketahui bahwa setiap ton ubikayu menghasilkan sekitar 24,4 m 3 biogas dan lebih dari 50 % berupa gas metana [2]. Sistem pengolahan air limbah tapioka yang saat ini diterapkan juga telah mampu mencapai baku mutu yang dipersyaratkan dalam Kep. MENLH No. 51/1995, tetapi sistem ini masih menghasilkan emissi gas rumah kaca (CH 4 dan CO 2 ) dan menghamburkan sumber energi yang potensial, sedangkan metana (CH 4) adalah gas yang dapat dibakar (flameable gas) dan merupakan sumber energi alternatif yang bersifat terbarukan. Meskipun pada pembakaran metana akan dihasilkan karbon dioksida, namun dampak karbon dioksida terhadap pemanasan global 21 kali lebih kecil bila dibandingkan dengan dampak yang ditimbulkan oleh gas metana [3]. Peningkatan harga bahan bakar minyak akibat semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak dan masalah pemanasan global telah menjadi issue utama seluruh masyarakat dunia. Pemanfaatan metana sebagai sumber energi dapat memberikan kontribusi terhadap dampak positif pemanasan global. Pemanfaatan metana sebagai sumber energi alternatif juga sejalan dengan Kebijakan Pemerintah bidang energi seperti, Peraturan Presiden No 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional, INPRES Nomor I tahun 2006 tentang Pemanfaatan Biofuel sebagai energi alternatif maupun Blue Print Energy Management Teknologi produksi biogas pada dasarnya adalah teknologi yang memanfaatkan proses pencernaan (digestion) yang dilakukan oleh bakteri methanogenic dalam lingkungan tidak ada udara (anaerobik). Teknologi biogas sebenarnya sudah mulai dikenal di Indonesia sejak tahun 1980-an, namun hingga saat ini belum mengalami perkembangan yang menggembirakan. Beberapa kendala yang dihadapi antara lain; masih terbatasnya tenaga ahli yang berminat menekuni biogas, reaktor biogas sering tidak berfungsi dengan baik karena kesalahan konstruksi/bocor, desain tidak user friendly, cara operasi yang masih manual serta biaya konstruksi yang mahal. Oleh karena itu untuk pengembangan teknologi biogas lebih

3 16 lanjut, diperlukan pengkajian teknis yang lebih mendalam serta dengan cara-cara pendekatan baru sehingga implementasinya di lapangan tidak banyak menemui berbagai hambatan dan permasalahan. Pengolahan limbah cair industri tapioka secara anaerobik telah dapat diterapkan sebagai teknologi produksi biogas. Penanganan limbah anaerobik yang selama ini menggunakan sistem kolam terbuka, kini telah dapat direkayasa dan dimodifikasi menjadi kolam sistem tertutup dan berfungsi sebagai bioreaktor. Bioreaktor sistem tertutup tersebut didesain sebagai unit penghasil biogas dan sekaligus dapat menampung biogas yang dihasilkan. Pengembangan bioreaktor dengan sistem kolam tertutup tersebut dikenal dengan sistem Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR). Biogas yang dihasilkan dapat dikumpulkan di dalam bioreaktor tersebut yang selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang bersifat terbarukan. Tujuan Tujuan dari kegiatan kerekayasaan pengembangan bioreaktor sistem CoLAR ini adalah untuk melakukan rancang bangun sistem pengolahan air limbah industri tapioka yang menghasilkan biogas sebagai energi terbarukan sekaligus mengatasi permasalahan pencemaran lingkungan. METODOLOGI Pemilihan Bahan Pembuatan bioreaktor sistem CoLAR ini menggunakan bahan utama Geomembrane sebagai penutup kolam untuk perangkap biogas yang terbentuk selama fermentasi berlangsung. Geomembrane yang digunakan tersebut memiliki komposisi kimia terdiri dari High Density Poly Etylen (HDPE) dengan ketebalan 1 mm. Bahan pendukung lainnya adalah bata merah, pasir, semen untuk konstruksi bak inlet dan outlet. Stereofoam ukuran 200 x 100 x 20 cm digunakan sebagai pelampung untuk memudahkan pemasangan geomembran dan untuk alat bantu pijakan pada waktu diakukan perawatan. Sedangkan sistem instalasi saluran limbah inlet dan outlet menggunakan pipa PVC AW ukuran 4 sedangkan pipa PVC ukuran 3, 3/4 dan 1/2 untuk sistem instalasi gas. Metoda Dalam pembuatan perancangan bioreaktor sebagai unit penghasil biogas diperlukan data / informasi awal yang menyangkut aspek teknis pembuatan dan pemanfaatan biogas dari limbah industri tapioka. Data dan informasi tersebut dapat diperoleh melalui penelusuran pustaka, survei lapangan, konsultasi dengan nara sumber/ pakar serta instansi terkait. Berdasarkan data pendukung yang diperoleh digunakan untuk analisis dalam pembuatan perancangan reaktor dan melakukan uji kinerja. Penentuan Jenis Reaktor Berbagai model teknologi digester telah banyak dilakukan dalam pembuatan biogas di lapangan. Pada umumnya konstruksi digester/reaktor biogas berdasarkan cara pembuatannya dikenal dengan 3 jenis model konstruksi, yaitu: Konstruksi Permanen (Fixed Dome Digester), Konstruksi Semi Permanen

4 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 17 Floating Roof Digester) dan Konstruksi Sederhana (Plastik). 1.) Fixed Dome Digester Fixed dome digester disebut juga digester permanen dapat dibuat dari bahan pasangan batu bata, batu kali, fiber, plat atau beton. Ruang penampung biogas berada langsung di atas substrat menjadi satu konstruksi dengan digester, ukuran kapasitasnya tetap/tidak elastis. Cara kerja Fixed Dome Digester adalah pada saat gas terbentuk dan tekanan gas meningkat akan mendorong substrat ke bak pelimpahan selanjutnya akan meluap keluar melalui lubang pengeluaran. Pada saat gas digunakan, volume gas yang tertampung secara perlahan akan berkurang dan tekanan menurun sehingga substrat kembali masuk ke ruang digester. Apabila terjadi produksi gas yang berlebihan, gas akan terbuang secara otomatis melalui kelep pengeluaran pada manometer. Pembuatan digester permanen ini sangat memerlukan penanganan yang sangat hati-hati dan teliti terutama ruang penampung gas. Kesalahan sedikit pada saat membangun, misalnya terdapat lubang kecil pada dinding penampung gas, hal ini dapat menyebabkan kebocoran dan gas akan terbuang terus menerus sehingga dapat dikatakan gagal. 2.) Digester dengan Drum Mengapung (Floating Roof Digester) Digester jenis ini cara kerjanya seperti digester jenis fixed dome dan konstruksi dindingnya juga menggunakan bahan dari batu bata, batu kali atau beton dan konstruksi penampung gasnya terpisah dari digester. Penampung gas berbentuk seperti tabung/drum dibuat dari bahan plat atau fiber atau plastik dan lain sebagainya. Penampung gas/drum tersebut dipasang di atas digester secara semi permanen untuk memudahkan pekerjaan pada saat perawatan, apabila diperlukan drum tersebut dapat dilepas dari digester. Indikasi terbentuknya gas dapat dilihat pada posisi drum tersebut, apabila gas banyak terbentuk drum penampung gas akan terangkat ke arah atas. Sebaliknya apabila jumlah gas terbentuk hanya sedikit atau gas sedang digunakan, posisi drum akan kembali turun ke posisi lebih rendah. Sisa/ampas slurry akan keluar dengan sendirinya oleh karena tekanan gas dan bahan baku yang dimasukkan secara rutin. 3.) Digester Sederhana Instalasi biogas konstruksi sederhana biasanya menggunakan bahan dari plastik dengan ketebalan antara mikron baik untuk digester maupun penampung gas. Bentuknya silinder yang memanjang dan dipasang secara horisontal di dalam bak dinding dalam tanah. Penampung gas dipasang pada posisi yang lebih tinggi untuk menjaga keamanan. Kapasitas tampungnya dapat dibuat bermacam-macam ukuran sesuai kebutuhan yang diinginkan. Digester sederhana ini sering digunakan untuk sarana pengolah biogas skala kecil/rumah tangga dengan kapasitas digester 5 m3. Pengembangan digester sederhana menjadi digester sistem CoLAR Pengembangan digester sederhana menjadi digester model CoLAR untuk pengolahan limbah cair industri tapioka sebagai

5 18 unit penghasil biogas terdapat beberapa faktor penting yang harus dijadikan acuan untuk perancangan sebagai berikut : 1). Kapasitas produksi harian bahan baku singkong olahan. 2). Penghitungan kapasitas produksi limbah cair sebagai bahan baku pengisian dengan menggunakan persamaan : Kap.Limbah = Koef. x Jml bahan... (1) 3). Penentuan waktu tinggal hidrolik (Hidraulic Retention Time) yang yang optimal untuk proses fermentasi. 4). Penghitungan kapasitas digester dengan menggunakan persamaan berikut : V dig = WTH x Kap. limbah... (2) V dig : Volume digester WTH : Waktu Tinggal Hidrolik 5). Penghitungan kapasitas volume total digetser dan ruang penyimpanan gas menurut Meynell (4) adalah : V t = V dig + 20 % V t. V t - 20 % V t = V dig 80 % V t = V dig V t = V dig / 80 %...(3) 6). Pengaturan tekanan pada sistem instalasi biogas dengan menggunakan manometer air menurut perhitungan yang telah dilakukan oleh Sears and Zemansky [5] adalah sebagai berikut : Gambar 1. Pengukuran tekanan biogas dengan pipa U P = ρ x g x h...(4) dimana ρ : massa jenis air, kg/m 3 g : gravitasi bumi, m/s 2 h : tinggi permukaan air, m P 1 = P 2...(5) dimana P1 : tekanan biogas P2 : tekanan air yang diakibatkan oleh tekanan udara dan tekanan air P biogas = P udara + ρ x g x h...(6) Sehingga tekanan biogas, berdasarkan Gambar 1. dapat dicari dengan persamaan: P biogas = P udara + ρ x g x (2X)... (7) Uji Kinerja Bioreaktor CoLAR Pada sistem instalasi pembuatan biogas, kemampuan bioreaktor sebagai tempat berlangsungnya proses degradasi bahan organik untuk menghasilkan biogas menjadi faktor penting yang perlu diuji kinerjanya secara seksama. Ketepatan dalam melakukan rancang bangun dan kualitas pemasangan konstruksi sangat menentukan kinerja dari digester biogas. Konstruksi yang salah dapat menyebabkan digester tidak dapat bekerja dengan baik, akibatnya produksi biogas tidak akan

6 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 19 optimal. Untuk mengetahui apakah bioreaktor sistem CoLAR tersebut dapat berfungsi dengan baik, maka dilakukan uji terhadap kinerja bioreaktor. Beberapa parameter uji yang ditentukan dapat dijadikan indikator kinerja bioreaktor, antara lain ph, suhu, laju produksi gas serta parameter lain melalui uji laboratorium seperti Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) dan kualitas biogas. HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Lokasi Berdasarkan hasil survei lapangan, penelusuran data potensi serta hasil diskusi dengan nara sumber dari Lembaga Penelitian Universitas Lampung, telah ditetapkan lokasi pembangunan unit instalasi pengolahan limbah industri tapioka menjadi biogas di Industri Tepung Tapioka Rakyat (ITTARA) PD Semangat Jaya, Desa Bangun Sari, Kecamatan Negeri Katon, Kabupaten Pesawaran Propinsi Lampung. Dasar peretimbangan pemilihan lokasi tersebut adalah bahwa PD Semangat Jaya memiliki kapasitas produksi tapioka yang kontinyu, didukung dengan kelembagaan yang berpengalaman, jumlah SDM yang memadai, memiliki lahan yang cukup luas, melakukan usaha agroindustri secara terpadu (tapioka, peternakan sapi, jagung, coklat, singkong dsb.). Selain itu pemilihan lokasi juga atas pertimbangan kesediaan PD Semangat Jaya yang sanggup mengelola secara kontinyu. Lokasinya yang tidak jauh dari Bandar Lampung, memungkinkan pembinaan teknis dan pengendalian operasional dapat dilakukan secara mudah. Penentuan Jenis Reaktor/Digester Teknologi pembuatan digester biogas dari tahun ke tahun telah banyak mengalami perkembangan dan modifikasi, baik tipe digester konstrukasi permanen, semi permanen maupun sederhana. Dari 3 jenis model konstruksi digester biogas tersebut, jenis digester konstruksi sederhana yang dikembangkan menjadi digester/ bioreaktor sistem CoLAR. Pemilihan jenis digester konstruksi sederhana ini didasarkan atas kebutuhan ukuran reaktor dengan daya tampung limbah yang besar hingga ribuan meter kubik, kemudahan dalam pembuatan konstruksi, biaya relatif murah, mudah perawatannya, serta mudah pengoperasiannya. Berdasarkan hasil kajian teknis dari berbagai literatur dan informasi serta hasil survei potensi lapangan dan diskusi dengan nara sumber, dapat ditentukan perancangan teknis bioreaktor sistem CoLAR sebagai sarana pengolahan limbah cair industri tapioka untuk menghasilkan biogas. Perancangan Reaktor CoLAR Penghitungan Kapasitas Limbah Limbah cair industri tapioka merupakan bahan baku utama untuk pembuatan biogas. Kegiatan perekayasaan/rancang bangun reaktor CoLAR diawali dengan penghitungan kapasitas limbah harian yang dihasilkan. Berdasarkan identifikasi kemampuan produksi tapioka, PD Semangat Jaya memiliki kapasitas produksi

7 20 rata-rata sekitar 30 ton singkong per hari. Penggunaan air untuk proses produksi tapioka antara lain untuk pencucian, pemarutan, ekstraksi dan pengendapan/ pemisahan yang selanjutnya akan menjadi limbah cair. Kapasitas limbah cair yang dihasilkan pada industri tapioka dapat mencapai sekitar 4-5 m3/ton ubi kayu. Berdasarkan data tersebut untuk menghitung kapasitas limbah ditentukan koefisien limbah sebesar 4,80 liter/kg singkong, sehingga kapasitas limbah cair dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) sebagai berikut : Kap.Limbah = Koef. x Jml. bahan olahan. = 4,8 liter/kg x kg/hari = liter/hari = 4 m 3 /hari Dengan diketahuinya kapasitas limbah cair yang dihasilkan setiap harinya, untuk selanjutnya limbah tersebut akan menjadi bahan isian reaktor/digester dengan laju alir sebanyak 4 m 3 /hari secara kontinyu. Penentuan Dimensi Reaktor CoLAR Waktu tinggal hidraulik air limbah merupakan faktor penting yang sangat menentukan terhadap keberhasilan produksi biogas, karena akan mempengaruhi laju pembebanan dan konsentrasi air limbah di dalam bioreaktor. Lamanya waktu tinggal hidrolik juga menentukan terjadinya peningkatan konsentrasi mikroorganisme di dalam bioreaktor. Keberhasilan lama kontak antara mikroorganisme dan bahan organik dalam air limbah serta kondisi proses fermentasi seperti ph dan temperatur, sangat berpengaruh terhadap produksi biogas. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu tinggal hidrolik yang optimal untuk proses fermentasi limbah cair tapioka adalah hari [2, 3, 4, 5 ] dan hasil penelitian skala laboratorium dilaporkan waktu tinggal hidrolik yang optimal adalah 20 hari [6]. Untuk membuat rancang bangun reaktor sistem CoLAR dengan memperhitungkan parameter laju alir limbah sebagai bahan isian dan waktu tinggal hidrolik (WTH) untuk proses fermentasi yang optimal. Perancangan desain memperhitungkan pula ruang penampung gas yang dihasilkan dari proses fermentsi sebesar 20 % dari volume total digester. Penentuan kapasitas ruang penampung gas 20 % berdasarkan hasil pengukuran emissi gas di kolam anaerobik diketahui bahwa setiap ton ubikayu menghasilkan sekitar 24,4 m 3 biogas [1]. Mengacu pada angka hasil pengukuran produksi biogas tersebut, maka volume total digester (V t ) yang dibutuhkan untuk proses degradasi bahan organik dalam limbah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) sebagai berikut : V dig = WTH x Kap. limbah V dig = 20 hari x 4 m 3 /hari V dig = m 3 V t = V dig + 20 % V t. V t - 20 % V t = V dig 80 % V t = V dig V t = V dig / 80 % x 1,25 V t = m 3 Dengan diketahuinya volume total digester/ reaktor m 3 maka dimensi yang dibutuhkan untuk pembuatan digester CoLAR adalah 30 m x 20 m x 6 m = 3600 m 3.

8 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 21 Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) Pompa resirkulasi Pipa Bak inlet kontrol inlet COVER HDPE Timbunan tanah Bak kontrol Pipa outlet outet GAS STORAGE Pipaoutlet 2 m 1,5 m 1,5 m 2 m Air limbah ` 6 m 80 cm 30 m Penampang Samping Dinding Cover Lagoon Anaerobic Reactor Redesain Gambar 2. Desain bioreaktor CoLAR Gambar 3. Bioreaktor CoLAR Pengaturan Tekanan Proses fermentasi anaerobik senantiasa menghasilkan biogas secara terus menerus. Produksi gas yang terakumulasi akan menimbulkan tekanan yang menuju ke segala arah. Agar biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar diperlukan upaya pengaturan tekanan pada sistem instalasi. Tekanan gas dikontrol dengan manometer air pada level air (h) setinggai 80 cm. Pada sistem ini manometer air berfungsi sebagai kelep pengaman tekanan (safety valve) dan sebagai perangkap air (water trap). Gambar 4. Manometer air Penentuan tinggi (h) 80 cm tujuannya adalah untuk mendapatkan tekanan yang bekerja pada sistem instalasi berada pada tekanan rendah sehingga biogas aman pada saat digunakan. Besarnya tekanan yang bekerja pada sistem instalasi biogas tersebut sebagai berikut : P biogas = P udara + ρ x g x (2X) = 1atm kg/m 3 x 10 m/det 2 x 2 (0,8 m) = 1 atm N/m 2 = 1 atm Pa = 1 atm + 0,1579 atm = 1,16 atm Uji Kinerja Reaktor CoLAR Kegiatan uji kinerja bioreaktor yang dilakukan berdasarkan beberapa parameter yang berpengaruh terhadap proses fermentasi seperti temperatur, derajat keasaman (ph), Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) dan konsentrasi metana. Temperatur Suhu merupakan salah satu faktor penting yang menentukan keberhasilan optimasi produksi biogas, karena dapat mempengaruhi aktifitas mikroorganisme yang

9 22 akan mendegradasi bahan organik. Suhu juga akan mempengaruhi proses anaerobik, dimana peningkatan suhu akan meningkatkan laju pertumbuhan spesifik berbagai jenis bakteri dalam daerah yang sempit. Peningkatan laju pertumbuhan spesifik akan meningkatkan jumlah mikroorganisme dan selanjutnya akan meningkatkan laju dekomposisi air limbah menjadi biogas. Hasil pengukuran terhadap suhu air limbah menunjukkan bahwa proses fermentasi anaerobik terjadi pada rentang suhu C. Pada kondisi rentang suhu tersebut diduga proses fermentasi telah dapat berjalan dengan baik karena berada pada kondisi suhu mesofilik. Beberapa hasil penelitian menyatakan bahwa suhu mesofilik untuk proses fermentasi adalah C dan kondisi optimum terjadi pada suhu C. [3, 7] Peningkatan suhu dalam reaktor di lapangan tidak dilakukan karena penerapannya memerlukan energi yang besar dan biaya yang mahal. Penggunaan suhu ruang di daerah tropis juga diketahui telah mampu menghasilkan biogas dengan cukup baik. Derajat Keasaman (ph) Derajat Keasaman (ph) mempunyai peranan penting dalam proses fermentasi anaerobik. Kondisi ph sangat mempengaruhi aktivitas mikroorganisme mendekomposisi bahan organik untuk menghasilkan gas metana. Berdasarkan hasil pengamatan terhadap ph air limbah industri tapioka diketahui rata-rata ph air limbah berkisar antara 5,2 5,7 pada posisi inlet dan 6,8-7,2 pada posisi outlet dari bioreaktor. Rendahnya nilai ph air limbah pada posisi inlet (5,2 5,7 ) terjadi karena air limbah telah mengalami dekomposisi awal yang belum sempurna, yaitu proses asidifikasi bahan organik yang menyebabkan konsentrasi asam meningkat. Pada tahap asidifikasi ini senyawasenyawa monomer akan diurai kembali menjadi asam-asam organik oleh bakteri asetogenik. Produk utama dari proses dekomposisi tahap asidifikasi ini adalah asam asetat, asam propionat dan asam laktat yang merupakan produk akhir dari proses asidifikasi. Proses asidifikasi berlangsung dalam waktu yang singkat akibat dari meningkatnya laju alir penambahan bahan organik (COD) dalam air limbah. Hal inilah yang menyebabkan ph air limbah pada awalnya mengalami penurunan. Kondisi ph berangsur-angsur akan mengalami kenaikan mendekati posisi ph netral sejalan dengan bertambahnya waktu tinggal hidrolik sehingga proses dekomposisi berjalan optimal. Kondisi ph mendekati netral ini sangat dibutuhkan kelompok bakteri metanogenik untuk mendegradasi asam-asam organik menjadi asam asetat, methana (CH 4 ) dan gasgas lain. Hasil pengukuran terhadap ph pada posisi outlet dari bioreaktor menunjukkan ph sekitar 6,8-7,2. Kondisi ph pada kisaran tersebut diduga proses fermentasi anaerob dapat berjalan dengan baik untuk produksi biogas. Proses fermentasi anaerobik dapat berlangsung dengan baik pada ph sekitar 7,0 dengan ph optimumnya adalah 7,0 7,2. Sedangkan efektivitas kinerja suatu digester paling tinggi terjadi pada ph 7,0 dan nilai ph yang mendekati nilai ph netral merupakan

10 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 23 kondisi optimum bagi bakteri metanogenik dalam menghasilkan gas metana [2]. Total Chemical Oxygen Demand Kondisi suhu dan ph air limbah pada penerapan reaktor CoLAR ini memungkinkan terjadinya proses fermentasi anaerob dapat berlangsung dengan baik. Hal ini ditandai dengan terjadinya laju penyisihan COD (CODremoval) air limbah. Hasil pengukuran terhadap nilai rata-rata Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) limbah segar adalah mg/liter dan setelah limbah mengalami proses fermentasi nilai T-COD turun menjadi mg/liter. Hasil penerapan dan uji kinerja bioreaktor CoLAR ini juga menunjukkan bahwa, sistem bioreaktor mampu mendegradasi bahan organik dengan rata-rata laju penyisihan T-COD sebesar mg COD/liter atau 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m 3 /hari dengan persentase laju penyisihan sebesar 70,3 %. mengindikasikan sistem bioreaktor dapat bekerja dengan baik. Besarnya laju penyisihan COD (T-COD removal) adalah kemampuan sistem bioreaktor dalam mendekomposisi bahan organik (COD) dalam satuan waktu tertentu. Parameter ini dapat dijadikan sebagai salah satu indikator kinerja sistem bioreaktor pada proses fermentasi anaerobik. Hasil laju penyisihan T- COD yang diperoleh dalam uji kinerja bioreaktor CoLAR tersebut lebih rendah bila dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya skala laboratium dengan waktu tinggal hidrolik yang sama (20 hari), yaitu sebesar 0,430 gr COD/Liter/hari dengan persentase sebesar 82,4 %. Perbedaan hasil T- COD yang diperoleh tersebut diduga bahwa pada penelitian skala laboratorium beberapa faktor yang berpengaruh seperti suhu, ph, pengadukan (resirkulasi), dan kondisi reaktor lebih mudah dikendalikan dibanding skala pilot plant di lapangan. TOTAL COD (T-COD) T-COD (mg/l) Waktu Pengamatan (hari ke) Inlet Out let Gambar 5. Rata-rata Penurunan Nilai T COD Pada Gambar 5 tersebut terlihat bahwa hasil pengukuran terhadap Total COD mengalami penurunan secara signifikan sebesar 70,3 %. Menurunnya nilai T-COD menunjukkan bahwa telah terjadi penyisihan T-COD selama proses fermentasi berlangsung. Hal ini Produksi Biogas Selama proses fermentasi berlangsung bahan organik yang terkandung dalam air limbah mengalami proses dekomposisi secara anaerobik dan akan menghasilkan biogas. Pada proses sintesa metana, setiap satu mol metana memerlukan dua mol oksigen untuk dapat dioksidasi menjadi CO 2 dan H 2 O, akibatnya setiap produksi 16 gram metana dapat menurunkan COD air limbah sebanyak 64 gram, sehingga pada suhu dan tekanan standar setiap stabilisasi 1 kg COD dapat menghasilkan 0,35 m 3 gas metana.[2].

11 24 Pada kegiatan uji kinerja bioreaktor sistem CoLAR ini biogas yang dihasilkan diukur secara kontinue dengan menggunakan gas flow meter yang dihubungkan dengan lubang pengeluaran gas pada bioreaktor. Hasil pengukuran terhadap produksi gas menunjukkan bahwa bioreaktor mampu menghasilkan rata-rata produksi biogas harian sebesar 485,4 m 3 /hari atau setiap m 3 limbah menghasilkan biogas sekitar 3,2 m 3. Rata-rata produksi biogas tersebut jika dihitung dan dikorelasikan terhadap besarnya laju penyisihan COD maka diperoleh laju produksi biogas sebesar 0,51 m 3 biogas/kg COD/hari atau perkiraan produksi metana sebesar 0,31 m 3 CH 4 /kg COD/hari. gas Nitrogen (N 2 ) sebesar 6,5 % serta H 2 S sebesar 605 ppm. Dengan diketahuinya konsentrasi gas metana sebesar 58,8 %, diperkirakan rata-rata produksi metana sekitar 285 m3/hari. Produksi Biogas (m 3 ) LAJU PRODUKSI BIOGAS Waktu Pengamatan (Hari ke) CH4 BIOGAS Gambar 7. Produksi Biogas dan Metana (CH 4 ) Biogas layak digunakan sebagai bahan bakar dan menghasilkan api berwarna biru apabila kadar gas metana minimal 50 % [11]. Konsentrasi gas metana hasil uji kinerja reaktor CoLAR ini sebesar 58,8 % cenderung dapat memenuhi syarat untuk dapat dibakar, sehingga dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif. Gambar 6. Reaktor CoLAR terpasang. Pemanfaatan biogas sebagai sumber energi terbarukan mensyaratkan memiliki kandungan gas metana dengan konsentrasi yang tinggi, karena gas metana inilah yang akan menjadi bahan bakar karena bersifat mudah terbakar. Untuk mengetahui komposisi biogas yang dihasilkan oleh reaktor CoLAR, dilakukan pengukuran konsentrasi gas metana. Berdasarkan hasil uji laboratorium terhadap komposisi biogas diperoleh rata-rata konsentrasi metana sebesar 58,8 % dengan sebaran antara 54 % - 62 %. Selain metana juga terdeteksi pula gas Karbondioksida (CO 2 ) dengan rata-rata konsentrasi sebesar 30.2 %, Konsentrasi Biogas (%) Komposisi Biogas Waktu pengamatan (hari ke) N2 CH4 CO2 Gambar 8. Komposisi Biogas Pada Gambar 8 nampak bahwa konsentrasi gas metana yang dihasilkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan konsentrasi gas karbon dioksida dan nitrogen. Hal ini menunjukkan bahwa proses metanogenesis dapat berlangsung dengan baik di dalam sistem bioreaktor anaerobik (CoLAR) tersebut.

12 Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka 25 KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil kegiatan kerekayasaan dan uji kinerja bioreaktor sistem CoLAR dapat ditarik kesimpulan dan saran sebagai berikut : Kesimpulan a. Kegiatan Rancang bangun Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) pada pengolahan limbah cair industri tapioka dapat diterapkan sebagai teknologi produksi biogas. Kapasitas limbah cair yang dihasilkan sebesar 150 m 3 per hari dapat ditampung dan terproses oleh bioreaktor CoLAR kapasitas m 3 dengan waktu tinggal hidrolik selama 20 hari. b. Sistem bioreaktor Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) yang diterapkan dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditandai dengan menurunnya nilai rata-rata Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) sebesar 70,3 %, yaitu dari mg/liter turun menjadi mg/liter atau sebesar 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m 3 /hari. c. Sistem bioreaktor mampu menghasilkan rata-rata produksi biogas sebesar 485,4 m 3 /hari dengan kandungan metana sekitar 58,8 %. d. Konsentrasi metana (CH 4 ) dalam biogas sebesar 58,8 %, secara teknis dapat digunakan sebagai sumber energi alaternatif. Saran a. Teknologi pengolahan limbah cair industri pangan menjadi biogas perlu dilakukan kajian keekonomian secara detail dan menyeluruh terhadap aspek teknis maupun non teknis sehingga hasilnya dapat dikembangkan lebih lanjut kearah skala komersial. b. Teknologi pengolahan limbah cair industri tapioka menjadi biogas dapat dijadikan suatu percontohan teknologi yang dapat diimplementasikan pada industri pangan lainnya seperti industri tahu, tempe, kelapa sawit, mie, industri penggemukan sapi dan lain sebagainya. DAFTAR ACUAN [1] Hasanudin, U Present Status and Possibility of Biomass Effective Used in Indonesia. Proceeding. Seminar on Sustainable Sosiety Achievement by Biomass Effective Used. EBARA Hatakeyana Memorial Fund, Jakarta. [2] Hasanudin, U Methane Production from Agroindustry Wastewater. Workshops on Commercialization of Renewable Energy Recovery from Agroindustrial WastewaterUniversity of Lampung, Bandar Lampung. [3] Omer, A. M., and Y. Fadalla Biogas Energy Technology in Sudan. Journal of Renewable Energy, 28: [4] Converti, A., A. D. Borghi., and M. Zilli, S Anaerobic Digestion of The Vegetable Fraction of Municipal Refuses: Mesophilic Versus Thermophilic Conditions. Journal of Bioprocess Enginering. 21 : [5] Garcelon, J., and Clark, J Waste Digester Design. Civil Engineering Laboratory Agenda. University of Florida. ins.html.

13 26 [6] Isdiyanto, R. dan Udin Hasanudin Pengaruh Waktu Tinggal Hidrolik Terhadap Produksi Biogas. Majalah Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan. Vol. 8. No. 2. Desember hal [7] Wise, D. L., P. L. Alfred, and A. S. Mostafa A large-scale Biogestion of Diary and Pig Manure: Start Up Procedure of Batch, Fed-batch and CSTR-type Digesters. Journal of Bioprocess Wastes, 26: [8] Hammad, M., D. Badarneh, and K. Tahboub Evaluating Variable Organic Waste to Produce Methane. Energy Conversion and Managements. 40 :