KAJIAN KONVERSI LIMBAH PADAT JERAMI PADI MENJADI BIOGAS SKRIPSI FEBRI ISNI PRAJAYANA F

Transkripsi

1 KAJIAN KONVERSI LIMBAH PADAT JERAMI PADI MENJADI BIOGAS SKRIPSI FEBRI ISNI PRAJAYANA F DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

2 CONVERSION OF RICE STRAW SOLID WASTE INTO BIOGAS Febri Isni Prajayana, Muhammad Romli, and Suprihatin Departemen of Agroindustrial Technology, Faculty of Agriculturual Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia Phone , ABSTRACT Indonesia produced 80 million tons of rice straw in It increased to 84 million tons in Most of the biomass have not been used. On the other side, the need of energy increases,thereby demanding for alternative renewable energy. Rice straw can be fermented to produce biogas, as a one of source of renewable energy. The purposes of this research are to design fermentation process to convert rice straw solid waste to produce biogas, to get the best mode of feed addition, and to get the characteristics of products (digestate and leachate ) from fermentation process. The experiment are conducted in 1,5 liter and 10 liter reactors. Fermentation of rice straw with feed addition 75% of new feeds and 25 % digestate can produce 302 liter gas /kg VS higher than fermentation of rice straw from all new feeds (268 liter gas/kg VS) and fermentation from 50% new feeds and 50% digestate (119lite gasr/kg VS). The decomposition of organic materials into biogas is indicated by reduction of organic material and COD. The characteristics of digestate from fermentation process with all new feeds are 76,9% moisture; 8,1% inorganic materials; nitrogen(n) 0,7 %; carbon (C) 36,2%; phosphate (P 2 O 5 ) 0,2%; and ph 7. The characteristicsof digestate from fermentation process with 50% new feeds and 50% digestate are 75,5% moisture, 8,9% inorganic materials; nitrogen(n) 0,4%; carbon (C) 34,4%; phosphate (P 2 O 5 ) 0,2%; and ph 8,3. The characteristics of digestate from fermentation process with 75% new feeds and 25% digestate are 78% moisture; 8,3% inorganic materials; nitrogen(n) 1,1 %; carbon (C) 21,6%; phosphate (P 2 O 5 ) 0,5%; and ph 8,3. The characteristics of leachate from fermentation process with all new feeds are: nitrogen(n) 0,27 ppm; carbon (C) 0,2%; phosphate (P 2 O 5 ) 67 ppm; and ph 7,3. The characteristics of leachate from fermentation process with 50% new feeds and 50% digestate are: nitrogen(n) 104 ppm; carbon (C) 2,8%; phosphate (P 2 O 5 ) 64 ppm; and ph 7,8. The characteristics of leachate from fermentation process with 75% new feeds and 25 % digestate are: nitrogen(n) 98 ppm; carbon (C) 0,3 %; phosphate (P 2 O 5 ) 68 ppm; and ph 7,6. The digestate from fermentation process can be used as organic fertilizer. Keywords : rice straw, biogas, leachate, digestate.

3 FEBRI ISNI PRAJAYANA. F Kajian konversi Limbah Padat Jerami Padi Menjadi Biogas. Di bawah bimbingan Muhammad Romli dan Suprihatin RINGKASAN Jerami merupakan bagian vegetatif dari tanaman padi (batang, daun, dan tangkai malai). Pada waktu tanaman dipanen, jerami adalah bagian tanaman yang tidak diambil. Produksi gabah nasional adalah 54 juta ton (2005), sehingga diperkirakan sekitar 80 juta ton jerami dihasilkan. Pada tahun 2010 diperkirakan produksi gabah 57 juta ton, sehingga akan dihasilkan 84 juta ton jerami padi. Disisi lain kebutuhan energi terus meningkat, sehingga menimbulkan kelangkaan karena sumber energi bersifat tidak terbarukan. Oleh karena itu perlu dikembangkan alternatif energi baru terbarukan, yang salah satunya adalah biogas. Biogas dapat dihasilkan dari fermentasi bahan-bahan organik pada jerami padi oleh bakteri anaerobik. Pemanfaatan jerami untuk produksi biogas bisa meningkatkan nilai tambah jerami dan sumber energi terbarukan. Penelitian ini bertujuan untuk merancang proses fermentasi untuk mengkonversi limbah padat jerami padi menjadi biogas, mendapatkan rasio penambahan feed terbaik dan melakukan karakterisasi pada produk yang dihasilkan, yaitu : gas, digestat dan lindi. Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui produksi gas dari jenis jerami baru dan jerami busuk, serta untuk mengetahui pengaruh pengaturan suhu pada produksi biogas. Penelitian utama dilakukan dengan menggunakan reaktor kapasitas 10 liter yang dilengkapi penampung lindi untuk meresirkulasikanya kembali ke dalam reaktor, pengukur gas, pengatur suhu pada selang mesofilik dan lubang sampling. Rasio feed yang ditambahkan adalah 50% dan 75%. Karakterisasi digestat dan lindi hasil fermentasi meliputi: parameter nitogen (N), karbon (C), Phospat (P 2 O 5 ), ph, kadar abu, dan kadar air. Jerami padi yang baru, dapat menghasilkan biogas 20 ml/hari, lebih banyak dibandingkan jerami busuk, yaitu 17 ml/hari. Pengaturan suhu fermentasi pada suhu mesofilik dapat meningkatkan produksi biogas pada dari jerami padi dari 20 ml/hari menjadi 56 ml/hari. Produksi biogas terbesar dihasilkan oleh perlakuan penambahan feed 75%, yaitu 302 liter/kg VS, diikuti dengan perlakuan awal (100% feed baru) 268 liter/ kg VS dan perlakuan penambahan feed 50% 119 liter/kg VS. Proses penguraian bahan organik menjadi biogas dapat terlihat melalui penurunan nilai COD pada semua perlakuan, baik pada bahan padat ataupun pada air lindi yang dihasilkan. Produk hasil fermentasi limbah jerami padi (digestat) pada perlakuan awal memiliki kadar air 76,9%, Kadar abu 8,1%, nitrogen (N) 0,7 %, karbon (C) 36,3%, phospat (P 2 O 5 ) 0,2%, dan ph 7. Pada perlakuan penambahan feed 50% memiliki karakteristik, yaitu : kadar air 75,5%; kadar abu 8,9%; nitrogen (N) 0,4%; karbon (C) 34,4%; phospate (P 2 O 5 ) 0,2%; dan ph 8,3. Pada perlakuan penambahan feed 75% memiliki karakteristik, yaitu : kadar air 78%; kadar abu 8,3%; nitrogen (N) 1,1 %; karbon (C) 21,6 %; phospate (P 2 O 5 ) 0,5%; dan ph 8,3. Hasil fermentasi limbah jerami padi berupa lindi pada perlakuan awal memiliki karakteristik, yaitu : nitrogen (N) 0,2 ppm; karbon (C) 0,2 %; phospate (P 2 O 5 ) 68 ppm; dan ph 7,3. Pada perlakuan penambahan feed 50% memiliki karakteristik yaitu : nitrogen (N) 104 ppm; karbon (C) 2,8%; phospate (P 2 O 5 ) 64 ppm dan ph 7,8. Pada perlakuan penambahan feed 75% memiliki karakteristik yaitu : nitrogen (N) 98 ppm; karbon (C) 0,3 %; phospate (P 2 O 5 ) 68 ppm dan ph 7,6. Karakteristik digestat hasil fermentasi limbah jerami padi mendekati standar mutu (SNI) kompos sehingga dapat dipergunakan sebagai pupuk organik.

4 KAJIAN KONVERSI LIMBAH PADAT JERAMI PADI MENJADI BIOGAS SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Isntitut Pertanaian Bogor Oleh FEBRI ISNI PRAJAYANA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

5 Judul Skripsi Nama NIM : Kajian Konversi Limbah Padat Jerami Padi Menjadi Biogas : Febri Isni Prajayana : F Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc,st Prof. Dr-Ing. Ir. Suprihatin NIP NIP Mengetahui : Ketua Departemen Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti NIP Tanggal lulus :

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Kajian Konversi Limbah Padat Jerami Padi Menjadi Biogas adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang telah diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di badian akhir skripsi ini. Bogor, Maret 2011 Yang membuat pernyataan Febri Isni Prajayana F

7 Hak cipta milik Febri Isni Prajayana Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya

8 BIODATA PENULIS Penulis bernama Febri Isni Prajayana, dilahirkan di Jambi, 19 Februari Ayah bernama Mulyono dan Ibu bernama Munjayanah. Penulis merupakan putra kedua dari empat (4) bersaudara. Pendidikan dasar hingga menengah penulis selesaikan di Jambi, SD 111 Muara Bulian, SLTP 3 Batang Hari, dan SMA Titian Teras Jambi. Penulis diterima di IPB melalui jalur Undangan Saringan Masuk IPB (USMI) pada tahun 2006 dan bergabung dengan Departemen Teknologi Industri Pertania IPB (TIN). Selama menempuh pendidikan menengah pertama (SMP) dan menengah atas (SMA) penulis aktif di Organisasi Intra Sekolah (OSIS) sebagai wakil ketua ( ) dan berbagai kegiatan ekstra sekolah seperti drum band, dan olimpiade sains. Selama kuliah penulis aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Fakultas Teknologi Pertanian periode sebagai staf departemen Advokasi, Forum Bina Islami Fakultas Teknologi Pertanian periode sebagai staff Departemen Kajian Pangan Halal dan aktif di Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri Pertanian (HIMALOGIN) periode sebagai Ketua. Selain itu penulis juga aktif di Himpunan Mahasiswa Jambi ( ) sebagai Ketua.Pada bulan Februari 2010 penulis melakukan kegiatan praktek lapang di PT. Goodyear Indonesia Tbk, Bogor, Jawa barat, dengan tema Mempelajari Sistem Pengolahan Limbah Industri di PT. Goodyear Indonesia Tbk. Pada tahun 2010, penulis melakukan penelitian sebagai tugas akhir dengan judul Kajian konversi Limbah Padat Jerami Padi Menjadi Biogas di Laboratorium Teknologi dan manajemen Lingkungan Departemen TIN IPB

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur dipanjatkan kehadapan Allah SWT atas karunianya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penelitian dengan judul Kajian Konversi Limbah Padat Jerami padi Menjdi Biogas ini dilaksanakan di Laboratoriun Teknologi dan Manajemen Lingkungan TIN IPB sejak bulan Maret 2010 sampai Februari Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc,st. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. 2. Bapak Prof. Dr-Ing. Ir. Suprihatin. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penelitian. 3. Bapak Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak masukan bagi kesempurnaan skipsi ini. 4. Aziz Wildan dan Mas Angga yang telah banyak membantu dan memberikan masukan dalam penelitian ini. 5. Pak Yogi, selaku laboran TML yang telah banyak membantu dalam urusan teknis di Lab. TML. 6. Mbak Ajizah, Yana dan Winda yang banyak membantu dalam proses penelitian. 7. Ari, Muthi, Ariya, Randi, Asto, Nunu, Faisal, dan seluruh teman-teman TIN 43 atas kerjasama dan persahabatan yang dilalui selama perkuliahan. 8. Teman-teman PPSDMS Reg. 5 Bogor atas persahabatan dan motivasi yang selalu diberikan dalam keseharian penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kekhilafan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat dan memberikan kontribusi nyata dalam perkembangan ilmu pengetahuan. Bogor, Maret 2011 Febri Isni Prajayana vi

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR vi DAFTAR TABEL.. viii DAFTAR GAMBAR.. ix DAFTAR LAMPIRAN.. x I. PENDAHULUAN. 1 A. LATAR BELAKANG. 1 B. TUJUAN. 2 II. TINJAUAN PUSTAKA.. 3 A JERAMI PADI 3 B BIOGAS Pengertian Biogas Tahapan Pembentukan Biogas Faktor Yang Mempengaruhi Biogas. 7 C PUPUK ORGANIK 8 III. METODE PENELITIAN 10 A ALAT DAN BAHAN. 10 B METODOLOGI Penelitian Pendahuluan Penelitian Utama. 11 A. Desain Reaktor Biogas B. Perlakuan Percobaan.. 14 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 16 A KARAKTERISTIK BAHAN.. 16 B PENELITIAN PENDAHULUAN.. 17 C PENGARUH PENAMMBAHAN FEED PADA KINERJA FERMENTASI ANAEROBIK PADA REAKTOR 10 LITER Produksi Gas Perubahan COD Penurunan Kadar Organik (Volatile Solid) Perubahan ph Karakteristik Produk Hasil Fermentasi D RANCANGAN REAKTOR BIOGAS Aplikasi Penelitian Rancangan Reaktor 26 V. KESIMPULAN DAN SARAN 28 A KESIMPULAN.. 28 B SARAN.. 28 DAFTAR PUSTAKA. 29 LAMPIRAN 32 vii

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Data perkiraan produksi jerami diberbagai negara. 3 Tabel 2. Komposisi biogas 4 Tabel 3. baku biogas... 5 Tabel 4. Karakteristik bahan baku limbah jerami padi.. 16 Tabel 5. Laju pembentukan gas Tabel 6. Karakteristik digestat hasil fermentasi 24 Tabel 7. Karakteristik air lindi hasil fermentasi 25 Tabel 8. Standar kualitas kompos. 25 viii

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Fermentasi anaerobik bahan organik menjadi gas metan. 5 Gambar 2. Reaktor biogas skala 1,5 L 10 Gambar 3. Diagram alir penelitian pendahuluan 11 Gambar 4. Desain reaktor biogas 10 L Gambar 5. Foto reaktor biogas 10 L Gambar 6. Unit pengukur volume lindi.. 13 Gambar 7. Diagram alir penelitian utama Gambar 8. Produksi gas kumulatif dari jerami Gambar 9. Laju produksi gas pada suhu terkendali pada 32 o C Gambar 10. Produksi gas harian.. 19 Gambar 11. Volume gas kumulatif.. 19 Gambar 12. Perubahan COD bahan padat 21 Gambar 13. Perubahan COD lindi 21 Gambar 14. Perubahan bahan organik (Volatile Solid). 22 Gambar 15. Perubahan ph pada bahan padat.. 23 Gambar 16. Perubahan ph lindi Gambar 17. Rancangan Reaktor Biogas.. 27 ix

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data penurunan bahan organik (volatile solid).. 32 Lampiran 2. Data produksi gas harian.. 33 Lampiran 3. Data produksi gas kumulatif. 35 Lampiran 4. Data ph digestat 37 Lampiran 5. Data ph lindi.. 38 Lampiran 6. Data COD bahan padat Lampiran 7. Data COD lindi. 40 Lampiran 8 Prosedur analisis kimia fermentasi Lampiran 9. Neraca massa proses fermentasi x

14 I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Jerami merupakan bagian vegetatif dari tanaman padi (batang, daun, dan tangkai malai). Pada waktu tanaman dipanen, jerami adalah bagian tanaman yang tidak diambil. Jumlah produksi jerami padi cukup banyak, bergantung pada luas tanam padi. Perbandingan antara bobot gabah yang dipanen dengan jerami padi (grain straw ratio) pada saat panen pada umumnya 2:3. Pada saat produksi gabah nasional 54 juta ton pada tahun 2005, berarti terdapat 80 juta ton jerami yang dihasilkan pada tahun tersebut, pada tahun 2010 diperkirakan produksi jerami padi sampai 84 juta ton (Makarim 2007). Di Indonesia pada umumnya, jerami belum dinilai sebagai produk yang memiliki nilai ekonomi. Petani mengumpulkan dan menumpuk jerami dipinggir sawah dan membiarkan siapa saja untuk mengambil jerami. Pada sistem usaha tani intensif, jerami padi sering dianggap sebagai sisa tanaman yang mengganggu pengolahan tanah dan penanaman padi. Banyak petani yang membakar jerami setelah beberapa hari panen. Sedikit yang jeli melihat jumlah jerami yang besar memanfaatkannya untuk peternakan (pakan dan alas ternak), pupuk organik maupun kerajinan tangan. Namun, ini minim sekali dibandingkan dengan jumlah produksi jerami yang sangat besar. Peningkatan nilai manfaat jerami perlu dilakukan, mengingat potensi yang sangat besar dan tidak akan habis-habisnya selama padi (beras) masih menjadi salah satu makanan pokok manusia. Di sisi lain, strategi pemerintah mensubstitusi sebagian kebutuhan energi fosil dengan energi alternatif terbarukan dari sumber nabati (BBN/ Bakar Nabati), seperti biodiesel dari minyak sawit kasar (CPO/crude palm oil) atau jarak pagar (Jatropha curcas, L.), singkong dan tebu, telah menyebabkan kompetisi dengan kebutuhan pangan dan berpotensi mengancam ketahanan pangan. Salah satu alternatif untuk memecahkan kedua masalah tersebut di atas adalah pemanfaatan sumberdaya yang selama ini belum dikelola secara maksimum di dalam sistem pertanian. Ketersediaan limbah pertanian (biomasa) di Indonesia merupakan suatu potensi sumberdaya untuk memproduksi energi alternatif terbarukan. Jerami padi mengandung kurang lebih 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa. Kedua bahan polisakarida ini dapat dihidrolisis menjadi senyawa yang lebih sederhana. Hasil hidrolisis tersebut selanjutnya dapat difermentasi menjadi ethanol atau metana. Jerami selama ini belum dimanfaatkan secara optimum, dan berpotensi untuk dikonversi menjadi biogas. Nilai konversi jerami menjadi biogas mencapai liter/kg berat kering (Arati 2009). Gas metan (biogas) sangat potensial untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi pengganti bahan bakar dari energi fosil. Daerah-daerah pedesaan di Indonesia merupakan pusat produksi pertanian dan sumber bahan baku biogas berupa limbah pertanian berupa jerami padi. Pada proses fermentasi bahan, pada umumnya produksi biogas yang banyak dilakukan menggunakan sistem batch, dan memerlukan waktu yang panjang. Untuk mendapatkan produksi biogas yang lebih baik dan waktu tinggal (retention time) yang lebih cepat fermentasi bahan dilakukan dengan penggunaan kembali digestat dari proses fermentasi jerami sebagai stater pada proses fermentasi bahan berikutnya. Penggunaan kembali sebagian 1

15 digestat ini diharapkan dapat mempercepat proses penguraian dan produksi biogas dari bahan jerami. Lebih jauh pemanfaatan jerami dapat tidak hanya sebatas konversi menjadi biogas, namun juga terdapat potensi perolehan kembali unsur hara melalui daur ulang bahan pasca terkonversi menjadi biogas dalam bentuk pupuk padat organik dan air lindi (pupuk cair) hasil proses anaerobik. Melalui fermentasi media padat pada fermentasi limbah padat jerami padi diharapkan bisa menghasilkan biogas dan pupuk organik. B. TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan : 1. Merancang proses fermentasi untuk mengkonversi limbah jerami padi menjadi biogas. 2. Mendapatkan rasio penambahan feed terbaik dalam kinerja fermentasi limbah padat jerami padi menjadi biogas. 3. Melakukan karakterisasi produk hasil proses fermentasi. 2

16 II. TINJAUAN PUSTAKA A. JERAMI PADI Jerami merupakan bagian vegetatif dari tanaman padi (batang, daun, dan tangkai malai). Pada waktu tanaman dipanen, jerami adalah bagian tanaman yang tidak diambil. Bobot Jerami padi merupakan fungsi dari ketersediaan air, varietas, nisbah gabah/jerami, cara budidaya, kesuburan tanah, musim, iklim dan ketinggian tempat. Jerami terdiri atas daun, pelepah daun, ruas atau buku. Ketiga unsur ini relatif kuat karena mengandung silika dan selulosa yang tinggi sehingga pelapukanya memerlukan waktu. Namun jika diberi perlakuan tertentu akan mempercepat terjadi perubahan strukturnya (Makarim 2007). Produksi jerami padi di Indonesia juga merupakan salah satu yang terbesar. Pada Tabel 1 berikut dapat dilihat data produksi jerami padi diberbagai negara. Tabel 1. Data perkiraan produksi jerami diberbagai negara Negara Luas Panen ( 000 ha) Produksi ( 000 Ton) Prakiraan Produksi Jerami ( 000 Ton) ) Cina India Indonesia Bangladesh Vietnam Thailand Myanmar Filipina Jepang Brasil Amerika Serikat Korea Selatan Pakistan Nepal Nigeria ) angka perkiraan, berdasarkan grain ratio 2:3 Sumber : Maclean et al. (2002) didalam Makarim (2007) Di Indonesia rata-rata kadar hara jerami padi adalah 0,4% N; 0,02 %P; 1,4 %K; dan 5,6% Si (Makarim 2007). Jerami padi mengandung 40-43% C (Makarim 2007). Fermentasi biogas dapat dibuat dari berbagai residu tanaman dan sumber bahan organik, termasuk jerami padii. Setiap kilogram jerami dihasilkan 0,25 m 3 gas metan dan residunya mengandung 38 % C (Makarim 2007). Jerami relatif sulit terdekomposisi. Hanya 9-16 % dari produksi total, sehingga untuk mempercepat produksi gas jerami perlu dikomposkan terlebih dahulu (Makarim 2007). 3

17 B. BIOGAS 1. Pengertian Biogas Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan dari aktivitas bakteri metanogenik pada kondisi anaerobik atau fermentasi bahan-bahan organik (Wahyuni 2010). Biogas merupakan produk dari pendegradasian substrat organik secara anaerobik. Karena proses ini menggunakan kinerja campuran mikroorganisme dan tergantung terhadap berbagai faktor seperti suhu, ph, hydraulic retention, rasio C:N dan sebagainya sehingga proses ini berjalan lambat (Yadvika et al. 2004). Menurut Indiartono (2006), teknologi biogas pada dasarnya memanfaatkan proses pencernaan yang dilakukan oleh bakteri metanogen yang produknya berupa gas metan (CH 4 ) yang mencapai 60 %. Bakteri ini bekerja pada lingkungan yang tidak ada udara (anaerob), sehingga proses ini juga disebut pencernaan anaerob (anerob digestion). Pada tabel 2 berikut terdapat komposisi biogas. Tabel 2. Komposisi biogas No Komponen Gas Rumus Kimia Persentase (%) 1 Methana CH % 2 Karbon Dioksida CO % 3 Karbon Monoksida CO % 4 Nitrogen N % 5 Hidrogen H % 6 Hidrogen Sulfida H 2 S % 7 Oksigen O 2 sedikit Sumber : Karellas (2010) Menurut Wahyuni (2010), satu (1) m 3 setara dengan elpiji 0,46 kg, Minyak tanah 0,62 liter, minyak solar 0,52 liter, bensin 0,80 liter, dan kayu bakar 3,5 kg. baku biogas dapat berasal dari segala kotoran binatang, termasuk manusia. Sampah organik juga dapat digunakan sebagai bahan pokok pembuatan biogas (Aprianti 2007). Menurut (Meynell 1976) semua bahan organik yang terdapat dalam tanama, karbohidrat, selulosa adalah salah satu bahan baku biogas. Selulosa secara normal mudah dicerna oleh bakteri, tapi selulosa dari beberapa dari beberapa bahan tanaman sedikit sulit didegradasi bila dikombinasikan dengan lignin. Lignin merupakan molekul kompleks yang memiliki bentuk rigid dan struktur berkayu dari tanaman, dan bakteri hampir tidak dapat mencernanya. Pada Tabel 3 di bawah ini, terdapat beberapa bahan yang dapat digunakan untuk menghasilkan biogas yang berasal dari tumbuhan maupun dari kotoran hewan. 4

18 Tabel 3. baku biogas Pisang (buah dan daun) Rumput Jagung (batang secara keseluhan) Jerami (dicacah) Tanaman rawa Kotoran ayam Kotoran domba Kotoran sapi Sampah (fraksi organik) Produksi biogas (L/kg TS*) Kadar Metana dalam Biogas (%) Waktu Tinggal (hari) *) TS= total solids / bahan kering Sumber: Arati (2009) 2. Tahapan Pembentukan Biogas Menurut Gijzen (1987), dekomposisi anaerobik pada biopolymer organik kompleks menjadi gas metan dilakukan oleh aktivitas kombinasi mikroba. Secara umum dekomposisi ini dapat digolongkan dalam empat reaksi, yaitu ; hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis. Pada Gambar 1 tampak beberapa tahap mekanisme dekomposisi anaerobik pada bahan organik. Selulase Polimer Karbohidrat TAHAP I (Hidrolisis) TAHAP 2 (Asidogenesis) TAHAP 3 (Asetogenesis) TAHAP 4 (Metanogenesis) Lipase Lemak Senyawa Terlarut Bakteri Asam Asam Organik Alkohol Bakteri Asetat Asetat Bakteri Metan CH 4 +CO 2 Protease Protein Sumber : De Wilde dan Vanhille (1985) Gambar 1. Fermentasi anaerobik bahan organik menjadi gas metan 5

19 Penjelasan dari mekanisme dekomposisi anaerobik bahan organik, seperti tampak pada Gam bar 1, adalah sebagai berikut : 1. Hidrolisis Menurut Yadvika et al. (2004), dalam tahapan hidrolisis terjadi pemecahan enzimatis dari bahan yang tidak mudah larut seperti lemak, polisakarida, protein, asam nukleat dan lain-lain menjadi bahan yang mudah larut. Protein dihidrolisis menjadi asam-asam amino, karbohidrat menjadi gula-gula sederhana, sedang lemak diurai menjadi asam rantai pendek (Yani dan Darwis 1990). Pemecahan ini dilakukan oleh sekelompok bakteri anaerobik seperti Bactericides dan Clostridia maupun bakteri fakultatif, seperti Streptoccoci (Yadvika et al. 2004). Dan dibantu oleh enzim selulolitik, lipolitik, proteolitik dan lainya sehingga mempercepat dekomposisi polimer menjadi monomer-monomer (NAS 1977) Ikatan alfaglikosidik umumnya terdapat pada sebagian besar polimer seperti pati dan glikogen yang dapat dihidrolisis oleh amylase. Pectin lebih mudah didegradasi oleh pektinase atau amylase, dedangkan protein oleh protease atau peptidase. Selulosa merupakan senyawa yang resisten terhadap reaksi hidrolisis, namun ikatan beta(1-4)-glikosidik pada unit D-glukosa yang terdapat dalam selulosa dapat dihidrolisis oleh selulase. Selulase merupakan komleks enzim selulolitik yang terdiri dari eksoglukanase, endoglukanase dan selobiase (beta-glukosidase) (Khan 1980). 2. Asidogenesis Pada tahap asidogenesis, bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen dan karbondioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan, pembentukan asam dalam kondisi anaerobik sangat penting untuk membentuk gas metan oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H 2 S dan sedikit gas metan (Amaru 2004). Menurut Bryant (1981) produk terpenting dalam tahapan asidogenesis adalah asam asetat, asam propionate, asam butirat, H 2 dan CO 2. Selain itu dihasilkan sejumlah kecil asam formiat, asam laktat, asam valerat, methanol, etanol, butadienol dan aseton. Bakteri pembentuk asam biasanya dapat bertahan dalam kondisi yang mendadak daripada bakteri penghasil metan. Bakteri ini jika dalam kondisi anaerobik, mampu menghasilkan makanan pokok untuk penghasil gas metan dan aktifitas enzim yang dihasilkan terhadap protein dan asam amino akan membebaskan garam-garam amino yang merupakan satu-satunya sumber nitrogen yang dapat diterima oleh bakteri pengahasil metan (Yani dan Darwis 1990). 6

20 3. Asetogenesis Tidak semua produk asetogenesis dapat dipergunakan secara langsung pada tahap metanogenesis, Bryant (1987) dan Hashimoto (1980), mengemukakan bahwa alkohol dan asam volatile rantai pendek tidak dapat langsung dipergunakan sebagai substrat pembentuk metan, tetapi harus dirombak dulu oleh bakteri asetogenik menjadi asetat, H 2 dan CO 2. Asam lemak yang teruapkan dari hasil asidogenesis digunakan sebagai energi oleh beberapa baktei obligat anaerobik. Tetapi bakteri-bakteri tersebut hanya mampu mendegradasi asam lemak menjadi asam asetat. Salah satunya adalah degradasi asam propionate oleh Synthrophobacter wolini (Weismann 1991). Produk yang dihasilkan ini menjadi substrat pada pembentukan gas metan oleh bakteri metanogenik. Setelah asidogenesis dan asetogenesis, diperoleh asam asetat, hidrogen, dan karbondioksida yang merupakan hasil degradasi anaerobik bahan organik. 4. Metanogenesis Metanogenesis merupakan tahap akhir dari semua tahap konversi anaerobik dari bahan organik menjadi metan dan karbondiokasida. Pada tahap awal pertumbuahanya, bakteri metanogenik bergantung pada ketersediaan nitrogen dalam bentuk ammonia dan jumlah substrat yang digunakan. Pada tahap metanogenesis, bakteri metnogenik mensintesis senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh, bakteri ini menggunakan hidrogen, CO 2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO 2. Bakteri penghasil asam dan gas metan bekerjasama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan lingkungan yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metan menggunakan asam yang dihasilakn bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam (Amaru 2004). 3. Faktor Yang Mempengaruhi Produksi Biogas 1. Ketersediaan Substrat Menurut Yani dan Darwis (1990), Kebutuhan nutrient dalam pencernaan anaerobik meliputi karbon, nitrogen, hidrogen, dan fosfor. Nutrisi terpenting adalah karbon dan nitrogen. Rasio optimum C/N yaitu 20:1 sampai 30:1. Nilai rasio C/N tergantung pada komposisi substrat yang digunakan dalam pembuatan biogas. Kandungan nitrogen yang besar, seperti kotoran manusia dan hewan dapat ditambahkan sampah organik yang banyak mengadung karbon untuk menghasilkan rasio C/N optimum. 2. Kadar Air. Menurut Van Buren (1979), agar dapat beraktifitas normal, bakteri pengghasil biogas memerlukan substrat dengan kadar air 90% dan kadar padatan 8-10%. Jika bahan yang digunakan merupakan bahan berjenis kering, maka perlu ditambah air, tetapi jika substratnya berbentuk lumpur, maka tidak perlu penambahan banyak air. 7

21 3. Kondisi Anaerob Penguraian senyawa organik pada kondisi aerob akan menghasilkan CO 2, bila pada kondisi anaerob akan menghasilkan gas metan (Mazumdar 1982). Dalam hal pembuatan biogas maka udara sama sekali tidak diperlukan dalam reaktor. Keberadaan udara menyebabkan gas CH 4 tidak akan terbentuk. Untuk itu maka reaktor biogas harus dalam keasadaan tertutup rapat. Menurut Yani dan Darwis (1990), oksigen dapat membunuh bakteri anaerobik penghasil gas metan. Bakteri metanogen termasuk mikroorganisme anaerobik yang sangat sensitive terhadap oksigen, diketahui pertumbuhanya akan terhambat dalam konsentrasi oksigen terlarut 0,01 mg/l. 4. Derajat Keasaman Nilai ph terbaik untuk suatu digester yaitu berkisar 7,0. Bila ph dibawah 6,5 aktifitas mikroba akan menurun dan dibawah 5,0 fermentasi akan terhenti (Yani dan Darwis 1990). 5. Temperatur Gas metana dapat diproduksi pada tiga kisaran temperature sesuai dengan sifat dan karaketeristik bakteri yang ada. Bakteri psyhrophilic 0-7 o C, bakteri meshophilic pada temperature o C, sedangkan thermophilic pada temperature o C (Fry 1974) Aktifitas bakteri dalam digester untuk menghasilkan gas tergantung pada temperature lingkungan. Meskipun gas dapat dihasilkan pada suhu o C, dekomposisi yang lebih cepat akan diperoleh dengan menaikan suhu diogester hingga o C. tetapi digester dengan suhu mesofilik merupakan terbaik, karena suhu o C lebih mudah dijaga, kadar H 2 S yang dihasilkan lebih rendah dan bakteri mesofilik lebih toleran fluktuasi suhu. Suhu optimum untuk mikroba penghasil biogas antara o C (Yani dan Darwis 1990). 6. Inhibitor Kapasitas suatu senyawa dapat menghambat aktivitas proses didalam digester, tergantung pada konsentrasinya. Diantaranya senyawa yang bersifat toksik pada konsentrasi tinggi adalah sulfide, logam terlarut, antibiotic, alkali tanah (natrium, kalsium, magnesium) dan ammonia. Sebagian senyawa tersebut terlarut dan bersifat toksik pada ph rendah (Wise et al. 1987). C. PUPUK ORGANIK Pengomposan (composting) didefinisikan sebagai dekomposisi biologis dan stabilisasi dari bahan organik pada suhu termofilik sebagai hasil dari produksi panas secara biologis dengan hasil akhir berupa produk yangcukup stabil dalam bentuk padatan (agregat) komplek (Haug 1980). Menurut Rao (1994), proses dekomposisi bahan organik adalah proses perombakan bahan organik yang melibatkan organism pengurai dalam kondisi anaerobic maupun aerobic, baik itu mikroorganisme primer maupun skunder yang menghasilkan asamasam organik. 8

22 Menurut Indriani (1999), kompos merupakan semua bahan organik yang telah mengalami degradasi sehingga erubah bentuk dan sudah tidak dikenali bentuk aslinya, berwarna kehitam-hitaman dan tidak berbau. 9

23 III. METODE PENELITIAN A. BAHAN DAN ALAT utama yang diperlukan adalah limbah padat pertanian berupa jerami padi dari wilayah Bogor. Jerami dikecilkan ukuranya (dicacah) hingga + 2 cm. lain adalah bahan-bahan kimia untuk analisis COD, TS, VS, TKN, dan PO 4. Peralatatan yang digunakan adalah reaktor digester anaerobik skala laboratorium yang berbahan flexiglass dengan pirantinya, dan peralatan untuk analisa parameter yang diuji seperti COD analyzer, Kjeldahl apparatus, ph meter, spektrofotometer, pompa, dan alat-alat gelas lainnya. B. METODOLOGI 1. Penelitian Pendahuluan Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui karakteristik bahan, tren produksi biogas pada skala kecil dan pengaruh pengaturan suhu (mesofilik) terhadap produksi biogas. Karakterisasi bahan yang dilakukan adalah : kadar air, kadar abu, kadar nitrogen (metode kjeldahl), COD, total solid (TS) dan total volatile solid (TVS). Pengukuran tren produksi dilakukan dengan menggunakan reaktor skala kecil, dengan ukuran 1, 5 liter (Gambar 2). yang difermentasikan adalah jerami padi kering dan jerami busuk (dibiarkan tiga bulan disawah) yang telah dicacah (2 cm) dengan penambahan air (kadar air 70 %) dan berat 0,5 kg. Pada penelitian pendahuluan tahap pertama bahan difermentasikan dalam reaktor tanpa pengaturan suhu (suhu lingkungan) dengan bahan yang digunakan adalah jerami kering dan jerami busuk. Lama waktu tinggal bahan adalah 45 hari (sampai gas tidak dihasilkan). Dari penelitian pendahuluan pertama ini didapatkan data produksi gas dari bahan jerami kering dan jerami busuk. Gambar 2. Reaktor biogas skala 1,5 L 10

24 Penelitian pendahuluan kedua, bahan yang memproduksi biogas terbanyak dari hasil penelitian pendahuluan sebelumnya difermentasikan dengan pengaturan suhu (mesofilik), guna mendapatkan data produksi gas yang terbaik dari bahan jerami kering dan jerami busuk pada kondisi suhu yang dibuat konstan (mesofilik) dan suhu lingkungan. Pada Gambar 3 berikut adalah diagram alir proses penellitian pendahuluan yang dilakukan. Jerami padi Pengecilan ukuran sampai 2-5 cm baku 500 g Fermentasi anaerobik pada suhu lingkungan dan pengaturan pada suhu mesofilik. biogas Pengukuran jumlah biogas yang terbentuk Kompos dan pupuk cair Analisis : kadar air, kadar abu, TS, TVS, ph, COD, N, P Gambar 3. Diagram alir penelitian pendahuluan 2. Penelitian Utama A. Desain Reaktor Biogas Penelitian utama dilakukan dengan menggunakan reaktor biogas skala 10 liter. Hasil penelitian pendahuluan digunakan untuk mengetahui karakteristik baha, pengaruh suhu pada produksi gas optimal. Berikut adalah gambar desain reaktor yang digunakan ; 11

25 Ket : (A) Penampung gas; (B) Digester, (C) Penampung air lindi Gambar 4. Desain reaktor biogas 10 liter Pada Gambar 4 terlihat bahwa reaktor biogas yang digunakan terdiri atas tiga bagian yaitu : Bagian penampung gas (A), digester (B), dan Bagian penampung cairan lindi. (limbah jerami padi) akan difermentasikan di dalam bagian digester (A) yang dilengkapi dengan elemen pemanas (heater) dan pengatur suhu, guna menjaga suhu pada kisaran C (mesofilik). Selain itu juga terdapat pengontrol suhu (thermometer) dan lubang sampling. Pada proses fermentasi bahan akan dihasilkan gas yang akan mengalir ke atas melalui pipa menuju tempat penampungan gas (bagian B). 12

26 Tempat penampungan gas ini tersambung dengan tabung pengukur gas, pada dua tabung ini sebelumnya telah diisi dengan air. Cara pengukuran gas yang dihasilkan adalah dengan menggunakan keseimbangan cairan. Gas yang dihasilkan dari proses fermentasi pada digester (Bagian A) akan terkumpul pada tabung pengumpul gas, kemudian menekan air didalamya, sehingga air posisi air pada tabung pengumpul gas akan turun dan pada tabung pengukur gas posisi air akan naik. Selisih posisi air awal dan pada tabung pengumpul gas akan turun dan pada tabung pengukur gas posisi air akan naik. Selisih posisi air awal dan posisi air yang tertekan oleh gas inilah yang kemudian diukur sebagai volume gas yang dihasilkan dari proses fermentasi. Unit pengukur gas Bioreaktor Regulator temperatur Monitor temperatur Gambar 5. Foto reaktor biogas 10 L Gambar 6. Unit pengukur volume lindi 13

27 Pada Gambar 5 dan Gambar 6 tampak reaktor yang digunakan dalam penelitian, yang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu : Digester (Gambar 5), penampung gas dan pengukur gas (Gambar 5) dan penampung air lindi (Gambar 6). Air lindi hasil proses fermentasi didalam digester akan disirkulasi kedalam digester kembali untuk mempertahankan konsorsium mikroba didalam digester. B. Perlakuan Percobaan jerami yang digunakan adalah jerami yang didapatkan dari persawahan disekitar Kampus IPB Darmaga, dengan jarak dua minggu setelah dipanen. jerami padi dicacah terlebih dahulu dengan ukuran cm. Bobot jerami yang digunakan adalah satu (1) kg dan penambahan air adalah 3 kg. inokulum yang digunakan adalah kotoran sapi fresh yang didapat dari peternakan sapi Fakultas Peternakan IPB. Bobot inokulum kotoran sapi yang ditambahkan adalah sepertiga (1/3) dari bobot jerami, yaitu 3,35 kg. Berat total bahan yang akan difermentasikan didalam reaktor biogas adalah 4,35 kg. Di dalam reaktor suhu (temperature) dikontrol pada suhu 35 o C (Mesofilik optimum) dengan menggunakan pemanas (heater). Reaktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah dua buah sebagai ulangan. Perlakuan dalam penelitian ini adalah penambahan umpan (feed) baru dalam proses fermentasi jerami padi menjadi biogas. Sistem fermentasi bahan menjadi biogas dibuat dengan penambahan sejumlah tertentu bahan jerami padi. Perlakuan penambahan feed yang akan diamati adalah penambahan feed sebanyak 50% dan 75%. Setelah fermentasi bahan jerami awal (kontrol) selama 40 hari, kompos yang terbentuk ditambahkan feed baru dengan perbandingan 50:50 dan 25:75. Perlakuan pertama adalah penambahan feed sebanyak 50% dari bobot total, artinya sebanyak 2,175 kg kompos ditambah 2,175 kg bahan baru sebagai feed, kemudian dicampurkan atau dihomogenkan dan difermentasi anaerobik selama 40 hari. Perlakuan kedua adalah dengan penambahan 75% bahan baru dan 25% kompos sebagai inokulum. Sistem yang dengan penambahan feed 50% dan 75% dimaksudkan agar mempercepat dan meningkatkan produksi biogas. yang disisakan dari proses fermentasi sebelumnya akan menjadi inokulum pada fermentasi yang selanjutnya. Parameter yang diamati meliputi: volume gas, kadar air, kadar abu, TS, TVS, ph lindi dan bahan, COD lindi dan bahan, kandungan N dan P untuk kompos dan pupuk cair, volume lindi yang terbentuk. Diagram alir penelitian utama dijelaskan pada Gambar 7. 14

28 Jerami padi Pengecilan ukuran sampai 2-3 cm Kotoran sapi 0,35 kg dan air 3 kg baku 1 kg Fermentasi anaerobik pada suhu o C, selama 40 hari Pengukuran TS-TVS bahan, COD bahan & lindi, ph bahan&lindi setiap 2 hari sekali biogas Pengukuran jumlah biogas yang terbentuk Kompos dan pupuk cair Analisis : kadar air, kadar abu, TS, TVS, ph, COD, N, P Kompos yang terbentuk dijadikan starter dengan penambahan feed baru dengan perbandingan 50:50 dan 25:75 Fermentasi anaerobik pada suhu o C, selama 40 hari Pengukuran TS-TVS bahan, COD bahan &lindi, ph bahan&lindi setiap 2 hari sekali biogas Pengukuran jumlah biogas yang terbentuk Kompos dan pupuk cair Analisis : kadar air, kadar abu, TS, TVS, ph, COD, N, P Gambar 7. Diagram alir penelitian utama 15

29 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. KARAKTERISTIK BAHAN baku yang digunakan dalam penelitian adalah jerami yang diambil dari persawahan di Desa Cikarawang, belakang Kampus IPB Darmaga. Jerami telah didiamkan sekitar dua minggu setelah panen di areal persawahan. Inokulum yang digunakan adalah kotoran sapi fresh yang diambil dari kandang sapi Fakultas Peternakan, IPB Darmaga. Tabel 4. Karakteristik bahan baku limbah jerami padi Baku Karakteristik Nilai Jerami Kering Kadar Air (%) 18,7 Kadar Abu (%) 28 Total Solid (%) 81,3 Total Volatile Solid (db) (%) 65,5 Nitrogen (%) 0,5 Karbon (%) 38 Kotoran Sapi Kadar Air (%) 84,2 Kadar Abu (%) 3,3 Total Solid (%) 15,8 Total Volatile Solid (db) (%) 78,9 Nitrogen (%) 2,4 Karbon (%) 45,8 Campuran Jerami dan kotoran Sapi (bahan yang digunakan), dengan perbandingan 3:1 Kadar Air (%) 77,8 Kadar Abu (%) 7,5 Total Solid (%) 22,2 Total Volatile Solid (db) (%) 67 Nitrogen (%) 1,2 Karbon (%) 40,6 C/N 35,1 Analisis bahan baku yang dilakukan meliputi parameter kadar air, kadar abu, total padatan, total padatan organik, kadar karbon (C), nitrogen (N), dan rasio C/N. Rasio C/N merupakan karakteristik penting dalam bahan organik yang nantinya berguna dalam proses pendegradasian bahan (Sulaeman 2007). Hasil karakterisasi limbah padat jerami padi menunjukkan bahwa jerami padi terdiri atas 18,7% air, total solid 81,3%, nitrogen (N) 0,5%, dan karbon (C) 38% seperti tampak pada Tabel 4. Di Indonesia rata-rata kadar hara jerami padi adalah 0,4% N; 0,02 %P; 1,4 %K; dan 5,6% Si dan jerami padi mengandung 40-43% C (Makarim 2007). Guna mengoptimalkan produksi biogas pada penelitian ini ditambahkan dengan kotoran sapi sebagai inokulum awal, karakteristik kotoran sapi yang digunakan seperti tampak pada Tabel 4. Bobot kotoran sapi yang ditambahkan adalah 1/3 dari bobot jerami. Laju produksi biogas dan kandungan CH 4 maksimum dihasilkan pada biogas dengan penambahan inokulum kotoran sapi dalam jerami dengan perbandingan 25% dan 75% (Hartono dan Kurniawan 2009). Penambahan inokulum kotoran sapi bertujuan untuk 16

30 meningkatkan kandungan nitrogen dalam bahan, yang akan digunakan untuk pertumbuhan bakteri dalam proses fermentasi. Dari sisi kuantitas, jerami padi merupakan salah satu limbah pertanian yang belum banyak dimanfaatkan di Indonesia. Jerami padi harganya sangat murah dan memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi yaitu mencapai 39%. Komposisi kimia lainnya yaitu hemiselulosa 27,5%, lignin 23,5% dan abu 10%. Potensi jerami kurang lebih 1,4 kali dari hasil panen (Makarim 2007). B. PENELITIAN PENDAHULUAN Pada penelitian ini dilakukan fermentasi bahan organik limbah pertanian menggunakan botol plastik dengan volume 1,5 liter. yang difermentasikan adalah jerami padi baru dan jerami padi busuk. Pada fermentasi bahan organik tahap pertama tidak dilakukan pengaturan suhu (suhu lingkungan). Gas yang terbentuk pada awal proses fermentasi terbentuk dengan laju yang tinggi dan kemudian semakin lama semakin menurun. Hal ini disebabkan karena pada awal fermentasi tersedia lebih banyak bahan organik yang mudah terdegradasi. Pada Gambar 8 terlihat bahwa produksi gas jerami baru dan jerami busuk menunjukkan hasil yang berbeda. Hal ini disebabkan karena pada jerami busuk sebagian bahan organik telah terdegradasi sebelum proses fermentasi. Pada jerami baru produksi gas mulai mengalami kondisi steady pada hari ke-21 dengan jumlah sekitar 800 ml, sedang pada jerami busuk terjadi pada hari ke-41 dengan jumlah produksi gas sekitar 800 ml Volume Gas Kumulatif (ml) Hari ke Jerami baru Jerami busuk Gambar 8. Produksi gas kumulatif dari jerami Pada fermentasi limbah jerami padi yang kedua dilakukan pengaturan suhu, pada range suhu mesofilik (30 o C- 40 o C). Berdasarkan grafik pada Gambar 9, tampak bahwa laju produksi gas pada pada suhu terkendali (56 ml/hari) lebih besar dibandingkan dengan laju produksi gas pada suhu tidak terkendali (20 ml/hari). Menurut Wahyuni (2009), bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada suhu ekstrim tinggi ataupun rendah. Produksi gas yang baik adalah kisaran mesofilik, dengan suhu optimum 35 0 C. Menurut Price (1981) lebih efektif temperatur dalam proses anaerobik dikendalikan, karena fluktuasi suhu dapat menyebabkan proses menjadi kurang baik. 17

31 Volume Gas Kumulatif (ml) Hari ke Gambar 9. Laju produksi gas pada suhu terkendali pada 32 o C. Berdasarka hasil pengamatan terhadap laju produksi gas pada suhu terkendali dan pada suhu tidak terkendali, menunjukan bahwa produksi gas pada suhu terkendali (mesofilik) menghasilkan gas yang lebih besar. Sehingga, pada proses fermentasi bahan pada penelitian utama menggunakan sistem suhu yang terkendali pada suhu mesofilik. C. PENGARUH PENAMMBAHAN FEED PADA KINERJA FERMENTASI ANAEROBIK PADA REAKTOR 10 LITER 1) Produksi Gas Volume biogas yang dihasilkan dapat diketahui dengan melakukan pengukuran gas setiap hari. Cara pengukuranya adalah dari selisih volume air pada tabung pengukur, tekanan gas dari reaktor akan mendorong air yang berada didalam tabung penampung gas. Hasil pengamatan, seperti tampak pada Gambar 10, menunjukkan bahwa produksi gas pada perlakuan awal (100% feed baru) mulai dihasilkan pada hari ke tiga, sedangkan pada perlakuan penambahan feed 50 % dan 75% gas sudah mulai dihasilkan pada hari pertama. Produksi gas pada perlakuan kontrol optimum secara umum berlangsung hingga hari ke 20. Pada perlakuan penambahan feed 50% berlangsung sampai hari ke 18, sedangkan pada perlakuan penambahan feed 75 % produksi gas optimum sampai hari ke 28. Produksi gas optimum pada perlakuan awal bisa mencapai diatas 0,8 L/hari sedangkan pada perlakuan penambahan feed 50% cenderung lebih tidak stabil, pada produksi optimum juga bisa mencapai di atas 0,8L/hari, dan pada perlakuan penambahan feed 75% mencapai 1,4 liter/hari sampai hari ke 10 dan rata-rata 0,8 liter/hari pada selang hari ke 10 hingga hari ke 28. Menurut penelitian Kota (2009), produksi gas optimum dari bahan jerami padi berlangsung pada selang hari ke tujuh hingga hari ke

32 Volume Gas Harian Volume Gas Harian (ml) Hari ke awal penamba han feed 50% penamba han feed 75% Gambar 10. Produksi gas harian Pengamatan pada produksi gas kumulatif (Gambar 11) menunjukkan bahwa, produksi gas kumulatif pada fermentasi awal mencapai 20 liter pada hari ke 40. Ratarata produksi gas perhari pada perlakuan kontol atau bahan jerami baru adalah 0,5 liter/hari. Hasil ini lebih tinggi dibandingkan dengan produksi gas kumulatif pada perlakuan penambahan feed 50%, dimana sampai hari ke 40 dihasilkan 10 liter gas, atau rata-rata dihasilkan gas 0,25 liter/hari. Produksi gas tertinggi dihasilkan oleh perlakuan dengan penambahan feed 75 %, dimana dihasilkan 23 liter pada hari ke 32. Pada perlakuan penambahan feed 50% produksi gas, sudah sedikit mulai hari ke 23. Menurut penelitian Hartono dan Kurniawan (2009), laju produksi biogas yang terbuat dari komposisi bahan jerami (75%) dan kotoran kerbau (25%) menghasilkan gas 6,5 ml/jam atau 0,156 liter/hari dengan waktu fermentasi selama 60 hari. 25 Volume Gas Kumulatif Volume Gas Kumulatif (ml) awal penambahan feed 50% Penambahan feed 75 % Hari ke Gambar 11. Volume gas kumulatif 19

33 Jika dilihat dari grafik produksi gas kumulatif pada Gambar 11, tampak bahwa kecepatan produksi gas pada sepuluh hari pertama pada perlakuan penambaha feed 50% dan 75% lebih cepat dibandingkan pada perlakuan awal atau kontrol. Hal ini bisa dikarenakan bahwa proses dekomposisi senyawa organik lebih mudah terjadi pada perlakuan penambahan feed 50% dan 75 % karena komposisi bahan pada kedua perlakuan ini sebagaian adalah sisa hasil fermentasi sebelumnya, sehingga senyawasenyawa organik yang sulit terdekomposisi lebih sedikit, berbeda dengan kontrol yang seluruhnya diisi bahan jerami baru. Namun, pada setelah 10 hari produksi gas pada perlakuan penambahan feed 50% menurun, sedangkan pada kontrol dan penambahan feed 75% berproduksi lebih banyak. Menurut Makarim (2007), jerami sulit terdekomposisi sehingga untuk mempercepat produksi gas dari jerami perlu dilakukan pengomposan terlebih dahulu. Jika dibandingkan antara volatile solid seperti tampak pada Gambar 14 dengan produksi gas yang dihasilkan (Gambar 11), maka terlihat ada korelasi positif pada awal hingga akhir perlakuan, khususnya pada kontrol dan perlakuan penambahan feed 75%, yaitu produksi biogas dan penurunan volatile solid dari bahan. Namun, sedikit berbeda pada perlakuan penambahan feed 50% pada hari ke 20 sampai akhir (hari ke 40). Dimana terjadi penurunan volatile solid bahan, namun gas yang dihasilkan sedikit atau tidak terjadi peningkatan. Produksi biogas akan lebih optimum jika fermentasi anaerobik yang dilakukan benar-benar pada kondisi tanpa oksigen (O 2). Beberapa kondisi yang memungkinkan masuknya oksigen ke dalam reaktor adalah ketika dilakukan pengambilan sampel bahan padat dari dalam reaktor, resirkulasi lindi, dan pemanenan digestat. Sampel bahan padat diambil dari lubang sampel yang terdapat pada reaktor. Lindi yang tertampung dalam tabung penampungan lindi dikeluarkan dari tabung dan dimasukkan kembali ke dalam reaktor melalui lubang penyaluran lindi memungkinkan bereaksi dengan oksigen. Proses lainnya yang berpotensi masuknya O 2 ke dalam sistem fermentasi adalah ketika pemanenan digestat diakhir fermentasi. Solusi yang mungkin bisa dilakukan adalah memperbaiki sistem reaktor yang memungkinkan untuk tidak masuknya O 2 ketika pengambilan sampel padat, yaitu dengan sistem buka-tutup otomatis pada lubang sampel. Pada proses resirkulasi lindi sebaiknya digunakan pompa peristaltik untuk menghindari masuknya O 2 ke dalam reaktor. Untuk menghindari masuknya O 2 pada bahan saat pemanenan digestat, sebaiknya dilakukan penyemprotan gas nitrogen pada reaktor sebelum reaktor dibuka. 2) Perubahan COD Chemical Oxygen Demand (COD) adalah banyaknya oksigen dalam ppm atau miligram per lilter yang dibutuhkan dalam kondisi khusus untuk mengoksidasi bahan organik. Dalam proses degradasi bahan organik ini, bakteri akan memanfaatkan oksigen untuk merombak substrat, sehingga dalam proses ini COD akan mengalami penurunan. Berdasarkan hasil pengamatan pada perubahan nilai COD pada sampel padat, seperti pada Gambar 12, tampak dari semua perlakuan nilai COD bahan padat jerami mengalami mengalami penurunan pada awal hingga pertengahan waktu percobaan. Penurunan ini menunjukan terjadi penguraian substrat oleh bakter ataupun 20

34 mikroorganisme lainya. Pada selang waktu tersebut bakteri berkembang biak untuk mengurai bahan organik. Pertengahan hingga akhir perlakuan terlihat adanya perubahan kecenderungan, yaitu mengalami kenaikan pada semua perlakuan. Kenaikan ini kemungkinan disebabkan oleh bertambahnya kandungan senyawa organik yang baru terdegradasi pada pertengahan perlakuan anaerob. Hal ini didukung dengan berkurangnya laju penurunan VS pada pertengahan hingga akhir perlakuan, dibanding dengan awal hingga pertengahan perlakuan. Kenaikan nilai COD bahan ini bukan berarti konsumsi senyawa organik oleh bakteri berhenti, namun laju penguraian senyawa organik kompleks menjadi senyawa sederhana lebih cepat daripada konsumsi substrta oleh bakteri COD Padat COD (mg/kg) Hari ke Gambar 12. Perubahan COD bahan padat Awal Penambaha n feed 50% Penambaha n feed 75% Pada pengamatan nilai COD lindi, seperti tampak pada Gambar 13, pada semua perlakuan mengalami penurunan dari awal hingga akhir perlakuan. Hal ini berbeda dibandingkan dengan nilai COD pada bahan padat jerami, dimana pada pertengahan hingga akhir percobaan perlakuan mengalami kenaikan nilai COD. Hal ini menunjukkan adanya proses perombakan substrat oleh bakteri. COD (mg/l) COD lindi jerami Hari ke Gambar 13. Perubahan COD lindi Awal Penambahan feed 50% Penambahan feed 75% 21