AGITASI LIMBAH CAIR TAPIOKA DAN TAHU DALAM DIGESTER ANAEROB SISTEM CURAH UNTUK PRODUKSI BIOGAS

Transkripsi

1 AGITASI LIMBAH CAIR TAPIOKA DAN TAHU DALAM DIGESTER ANAEROB SISTEM CURAH UNTUK PRODUKSI BIOGAS SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Sains di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Oleh : PRADILA NURMANIA M JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

2 i

3 ii

4 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila dikemudian hari ditemukan adanya unsur penjiplakan maka gelar kesarjanaan yang telah diperoleh dapat ditinjau dan / atau dicabut. Surakarta, Juli 2012 Pradila Nurmania NIM. M iii

5 AGITASI LIMBAH CAIR TAPIOKA DAN TAHU DALAM DIGESTER ANAEROB SISTEM CURAH UNTUK PRODUKSI BIOGAS Pradila Nurmania Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta ABSTRAK Energi sangat dibutuhkan setiap makhluk hidup di semua sektor kehidupan. Permintaan terhadap energi semakin meningkat seiring dengan perubahan orientasi ekonomi dari sektor pertanian menjadi industri, pertambahan jumlah penduduk, dan menipisnya bahan bakar fosil. Salah satu solusi adalah menciptakan energi alternatif yaitu energi baru terbarukan diantaranya adalah biogas. Bahan utama produksi biogas dapat diperoleh dari limbah organik industri. Limbah organik tapioka dan tahu berpotensi sebagai salah satu sumber energi alternatif produksi biogas dengan biodigester anaerob. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui produksi biogas limbah cair tapioka dan limbah cair tahu melalui agitasi dan variasi konsentrasi substrat pada kondisi anaerob. Sebagai biodigester anaerob digunakan botol plastik bervolume 1500 ml dengan volume kerja 1275 ml (sumber inokulum : substrat; 20% : 80%). Perlakuan percobaan diberikan dengan variasi konsentrasi substrat 100% LCTP (limbah cair tapioka); 75% LCTP (limbah cair tapioka+25% LCTH (limbah cair tahu); 50% LCTP (limbah cair tapioka)+50% LCTH (limbah cair tahu) dan masing-masing konsentrasi dilakuakn agitasi 4x/hari dan 8x/hari selama 15 menit dengan selang waktu 30 menit kecepatan 180rpm. Parameter diamati meliputi ph, suhu, COD, BOD, TS, VS, produksi biogas, dan konsentrasi metan selama 45 hari fermentasi. Data hasil kemudian dianalisis dengan Uji Anava dan uji lanjut DMRT 5%. Hasil penelitian menunjukkan produksi biogas tertinggi dihasilkan oleh campuran substrat 75% LCTP+25% LCTH pada minggu ke enam sebesar 915 ml. Efisiensi perombakan COD; BOD; TS; VS sebesar 53,82%; 66,66%; 33,19%; 53,29%. Kata kunci : biogas, limbah tapioka, limbah tahu, agitasi, digester anaerob. iv

6 TAPIOKA AND TOFU WASTEWATER AGITATION IN DIGESTER ANAEROBIC SYSTEM OUT IN BULK TO THE PRODUCTION OF BIOGAS Pradila Nurmania Department Of Biology, Faculty Of Mathematic And Natural Sciences, Sebelas Maret University, Surakarta ABSTRACT Energy is necessary for each creature in all of life sector. Demand to energy increase more over economic orientation change from agriculture sector being industry, population growth, depletion of fosil fuels. One of solution to create alternative energy is new energy renewable such as biogas. The main material to production of biogas can be obtain from waste of organic industry. Organic waste has not optimized for the advantage is tapioka waste and tofu. Organic waste of tapioka and tofu are potential as one of alternative source energy to production of biogas with anaerobic biodigester. This research proposed to know the production of biogas waste water of tapioka and waste water of tofu pass trough increases of agitation and substrat concentration variation in anaerobic condition. Anaerobic biodigester was made from a plastik bottle with a volume of 1500 ml and work volume of 1275 ml (inokulum source : substrat: 20% : 80%). Trial behavior is given with concentrate substrat 100% LCTP : 75% LCTP+25%LCTH; 50% LCTP+50% and every concentrate doing agitasi 4x/day and 8x/day about 15 minutes with time interval 30 minutes and 180 rpm of speed. Parameter can be observated include ph, suhu, COD, BOD, TS, VS, production of biogas, and concentrate metan until 45 days of fermentation. The result of data analyzed by SPSS Anava and test DMRT 5%. The result of this research demonstrate that the highest production of biogas is yield by mixing substrat 75% LCTP+25% LCTH in 6 weeks is 915 ml. Efficiency reforms COD; BOD; TS; VS sebesar 53,82%; 66,66%; 33,19%; 53,29%. Keyword : biogas, waste water of tapioka, waste water of tofu, agitation, digester anaerobic. v

7 MOTTO Hari ini belajar besok bermain Kewajiban lebih banyak daripada waktu yang tersedia vi

8 PERSEMBAHAN Skripsi ini kupersembahkan untuk bapak ibu tercinta Bpk Moh. Kurniawan dan Ibu Nur Ingtyas yang senantiasa memberikan dukungan, kasih sayang, dan DOA setulus jiwa, kakak ku tercinta Wenia Yustishia dan suami Andi Prasetyo, my beloved twins Sinatrya Tyas Puspita (Anit) dan Tyas Puspita Hanif (Anif)... Untuk masku tersayang dr. Febry Wibisana Residen Sp.B terima kasih atas semangat dan cintanya,, Almamaterku tercinta Universitas Sebelas Maret Surakarta vii

9 KATA PENGANTAR Segala puja dan puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-nya yang tak terhingga sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul: Agitasi Limbah Cair Tapioka dan Tahu Dalam Digester Anaerob Sistem Curah Untuk Produksi Biogas. Penyusunan skripsi ini merupakan suatu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan strata 1 (S1) pada Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam melakukan penelitian maupun penyusunan skripsi ini penulis telah mendapatkan banyak masukan, bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak yang sangat berguna dan bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu pada kesempatan yang baik ini dengan berbesar hati penulis ingin mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya dan sebesar-besarnya kepada : Prof. Ir. Ari Handono R., M. Sc. (Hons)., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan dukungan dan dorongan baik secara langsung maupun tidak langsung. Dr. Agung Budiharjo, M.Si. selaku Ketua Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan ijin dan dukungannya dalam penelitian. Dr. Edwi Mahajoeno, M.Si selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan saran selama penelitian sampai selesainya penyusunan skripsi ini. Dr. Sunarto, M. S selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan saran selama penelitian sampai terselesainya penyusunan skripsi ini. viii

10 Tjahjadi Purwoko, M. Si selaku dosen penelaah I yang telah memberikan bimbingan dan petunjuknya selama penelitian sampai selesainya penyusunan skripsi ini. Dr. Ratna Setyaningsih, M. Si. selaku dosen penelaah II yang telah memberikan bimbingan dan petunjuknya selama penelitian sampai selesainya penyusunan skripsi. Dosen-dosen di Jurusan Biologi yang telah dengan sabar memberikan pengarahan yang tiada henti-hentinya dan dorongan baik spiritual maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Kepala dan staf Laboratorium Pusat, Sub Laboratorium Biologi, Sub Laboratorium Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah mengijinkan dan membantu penulis untuk melakukan penelitian di laboratorium. Bapak Budi selaku pemilik UD. Eka Bumi Sejahtera Ds. Sidomukti RT 4 RW 3 Kec. Margoyoso Kab. Pati, yang telah memberikan kemudahan dalam memperoleh limbah tapioka. Bapak Hadi Suyitno selaku pemilik UD. Sumber Rejeki RT 6 RW 1 Kertonatan Kartasura, yang telah memberikan kemudahan dalam memperoleh limbah tapioka Kepada sahabat tercinta April, Ida, Yunita, Tyas, Intan, Riris, Citra, Ana, Dedek, terima kasih atas kebersamaan yang indah ini, atas dukungan dan doa. Teman-teman Biologi semua angkatan yang selalu memberikan motivasi dan dukungan. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah memberikan bantuannya. Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam melakukan penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu masukan yang berupa saran dan kritik yang membangun dari para pembaca akan sangat membantu. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan pihakpihak yang terkait. Surakarta, Juli 2012 Penyusun ix

11 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO... vi HALAMAN PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv DAFTAR SINGKATAN... xvi BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 4 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II. LANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan pustaka Limbah cair tapioka Limbah cair tahu Biogas Sistem produksi biogas Faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan biogas B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis BAB III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian commit to... user 28 x

12 B. Bahan dan Alat C. Cara Kerja D. Teknik Pengumpulan Data E. Rancangan Percobaan F. Analisis Data BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil penelitian Produksi biogas Derajat keasaman (ph) Suhu Nilai COD dan BOD Nilai TS dan VS BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP PENULIS xi

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Karakteristik Limbah Cair Tapioka... 7 Tabel 2. Baku Mutu Limbah Cair Tapioka... 7 Tabel 3. Baku Mutu Air Limbah Tahu Tabel 4. Karakteristik Limbah Cair Tahu Tabel 5. Komposisi Biogas Tabel 6. Rancangan Percobaan Pencernaan Anaerob Limbah cair tapioka dan Limbah cair tahu Tabel 7. Karakterisasi awal substrat untuk percobaan Tabel 8. Produksi biogas pada interaksi jenis substrat dan agitasi dengan lama waktu 0-6 minggu dalam biodigester anaerob Tabel 9. Konsentrasi gas CH 4 pada interaksi jenis substrat dan agitasi lama waktu 0-6 minggu biodigester anaerob Tabel 10. Nilai efisiensi degradasi perombakan organik (%) pada nilai COD substrat limbah cair tapioka dan tahu pada fermentasi anaerob Tabel 11. Nilai efisiensi degradasi perombakan organik (%) pada nilai BOD substrat limbah cair tapioka dan tahu pada fermentasi anaerob Tabel 12. Konsentrasi COD pada interaksi jenis substrat dan agitasi dengan lama waktu0-6 minggu dalam biodigester anaerob Tabel 13. Konsentrasi BOD pada interaksi jenis substrat dan agitasi dengan lama waktu0-6 minggu dalam biodigester anaerob Tabel 14. Nilai efisiensi degradasi perombakan organik (%) pada nilai TS substrat limbah cair tapioka dan tahu pada fermentasi anaerob.. 65 Tabel 15. Nilai efisiensi degradasi perombakan organik (%) pada nilai VS substrat limbah cair tapioka dan tahu pada fermentasi anaerob Tabel 16. Konsentrasi TS pada interaksi jenis substrat dan agitasi dengan lama waktu0-6 minggu dalam biodigester anaerob xii

14 Tabel 17. Konsentrasi VS pada interaksi jenis substrat dan agitasi dengan lama waktu0-6 minggu dalam biodigester anaerob xiii

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Kerangka Pemikiran Gambar 2. Produksi Biogas Gambar 3. Konsentrasi gas CH Gambar 4. Nilai ph Gambar 5. Suhu Gambar. 6 Nilai COD minggu ke Gambar. 7 Nilai BOD minggu ke Gambar. 8 Nilai TS minggu ke Gambar.9 Nilai VS minggu ke xiv

16 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Lampiran Lampiran xv

17 DAFTAR SINGKATAN Singkatan CH 4 COD BOD TS VS LPG UNFCCC LCTP LCTH Kepanjangan Metana Chemical Oxygen Demand Biological Oxygen Demand Total solids Volatile Solids Liquid Petrolium Gas United Nation Forest Convention Climate Change Limbah cair tapioka Limbah cair tahu xvi

18 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi sangat dibutuhkan setiap makhluk hidup di semua sektor kehidupan. Permintaan terhadap energi semakin meningkat seiring dengan perubahan orientasi ekonomi dari sektor pertanian menjadi industri. Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut, sumber energi fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas bumi dieksploitasi secara besar-besaran sehingga Indonesia menghadapi ancaman krisis energi (Mahmudsyah, 2011). Kelangkaan energi bahan bakar merupakan masalah yang krusial dan sering diperbincangkan dalam beberapa tahun belakangan, disebabkan permintaan konsumen terhadap bahan bakar semakin meningkat. Faktor lain adalah semakin tingginya harga bahan bakar karena ketersediaannya yang ada di alam semakin berkurang (Luthfianto, 2011). Isu global yang sering diperbincangkan masyarakat dunia akhir-akhir ini adalah krisis energi dan pemanasan global. Krisis energi yang dampaknya langsung bisa dirasakan adalah tingginya harga bahan bakar. Hal ini didorong oleh kenyataan bahwa kebutuhan konsumen terhadap bahan bakar semakin meningkat dengan pesat, sementara itu sumbernya makin berkurang. Menipisnya cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup

19 manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya (Triwahyuningsih dan Rahmat, 2006). Isu lingkungan terutama pencemaran udara, pemanasan global, paradigma teknologi bersih telah mendorong peningkatan perhatian pada sumber-sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan. Demikian pula kebutuhan energi bagi masyarakat yang semakin meningkat dan harga bahan bakar minyak (fosil/energi tak terbarukan) yang membumbung tinggi menjadi salah satu strategi dalam upaya pemenuhan kebutuhan energi yang lebih murah dan tersedia melimpah berupa energi bio (biogas/gasbio) sebagai energi terbarukan (Mahajoeno, 2008). Peningkatan permintaan energi yang disebabkan pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara, termasuk Indonesia untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbarukan. Peningkatan kebutuhan dan permintaan terhadap produksi pangan rumah tangga (industri tapioka dan industri tahu) mendorong perkembangan sektor industri tersebut. Salah satu dampak negatif dari perkembangan sektor industri rumah tangga yang tidak dapat dihindari adalah terjadinya pencemaran limbah cair pada lingkungan perairan yang mempengaruhi kualitas kesehatan dan lingkungan. Peningkatan produksi industri rumah tangga (industri tapioka dan industri tahu) menyebabkan peningkatan jumlah limbah cair dan limbah padat yang dihasilkan dari pemrosesan bahan baku tapioka dan tahu tersebut. Selain dapat mempengaruhi kualitas kesehatan dan lingkungan, limbah tersebut dapat

20 menyebabkan polusi perairan maupun polusi udara. Proses peruraian limbah cair dan padat di perairan menghasilkan gas metana (CH 4 ). Melihat keterkaitan langsung krisis energi dan masalah lingkungan serta kesehatan seperti yang telah disebutkan di atas, maka diperlukan solusi untuk mengatasinya. Salah satu solusi adalah menciptakan energi alternatif yaitu energi baru terbarukan di antaranya adalah biogas. Biogas adalah salah satu jenis gas yang diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik bahan organik seperti limbah-limbah organik, kotoran ternak dan manusia, biomassa limbah pertanian di dalam suatu ruang pencerna yang disebut digester. Teknologi biogas pada dasarnya memanfaatkan proses peruraian yang dilakukan oleh archaea metanaogenik yang produknya berupa gas metana (CH 4 ). Archaea metanaogenik bekerja dalam kondisi anaerob, sehingga proses ini disebut pencernaan anaerob. Archaea metanaogenik akan secara natural berada dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti limbah organik, kotoran ternak dan manusia, dan sampah organik rumah tangga. Bahan utama produksi biogas dapat diperoleh dari limbah peternakan, limbah makanan, dan limbah organik industri. Limbah organik industri belum dimanfaatkan misal adalah limbah cair tapioka ataupun limbah cair tahu. Hasil samping limbah cair dari proses produksi industri rumah tangga tapioka dan tahu dapat dimanfaatkan sebagai bahan digester anaerob. Berdasarkan survei pengamatan daerah Margoyoso, Kec. Margoyoso, Kab. Pati, merupakan daerah sentral penghasil tepung tapioka. Terdapat sekitar

21 390 Usaha Kecil Menengah (UKM) yang berkembang di daerah tersebut, dan sekitar 70 industri rumah tangga pembuatan tepung. Tiap tahapan proses umumnya menggunakan air sebagai bahan pembantu dalam jumlah yang relatif banyak. Menurut Nuraida (1985), untuk tiap 1 kg bahan baku kedelai dibutuhkan rata-rata 45 liter air dan akan dihasilkan limbah cair berupa whey tahu rata-rata 43,5 liter. Dari limbah yang dihasilkan sedemikian besar, maka dapat dimanfaatkan untuk pembuatan biogas. Proses pengerjaan biogas mempunyai nilai kemanfaatan bagi masyarakat. Kabupaten Pati sampai tahun 2007 ini baru memiliki 1 unit IPAL tapioka, yaitu di Kecamatan Margoyoso yang hanya mampu mengolah 3% dari total volume yang ada yaitu m 3 per hari dengan luas lahan sekitar 1 Ha (Teguh, 2008). Berdasarkan latar belakang tersebut, maka perlu dilakukan penelitian tentang Agitasi Limbah Cair Tapioka dan Tahu Dalam Digester Anaerob Sistem Curah Untuk Produksi Biogas. B. Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah pengaruh agitasi terhadap produksi biogas yang dihasilkan limbah cair industri tepung tapioka dalam digester anaerob? 2. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi substrat limbah cair tapioka dan limbah cair tahu terhadap produksi biogas dalam digester anaerob? C. Tujuan 1. Mengetahui pengaruh agitasi terhadap produksi biogas yang dihasilkan limbah cair industri tepung tapioka dalam digester anaerob.

22 2. Mengetahui pengaruh konsentrasi substrat limbah cair tapioka dan limbah cair tahu terhadap produksi biogas dalam digester anaerob. D. Manfaat Penelitian Limbah cair dan padat tapioka, serta limbah cair tahu sebagai zat pencemar dapat dimanfaatkan sebagai salah satu bahan untuk produksi biogas. Hasil penelitian biogas ini dapat dijadikan aplikasi pada pengembangan skala yang lebih besar terutama industri tapioka itu sendiri dan mengurangi pencemaran lingkungan.

23 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN Hasil analisis yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Agitasi tidak memberikan perbedaan hasil terhadap produksi biogas yang dihasilkan oleh limbah cair tapioka dan limbah cair tahu dalam digester anaerob. Penggunaan perlakuan agitasi 8x dalam proses perombakan anaerob untuk produksi biogas skala laboratorium diperoleh produksi biogas lebih tinggi dibandingkan dengan penggunaan perlakuan agitasi 4x dalam proses perombakan anaerob untuk produksi biogas skala laboratorium. Dengan agitasi 8x dihasilkan produksi biogas tertinggi pada minggu ke enam. 2. Pencampuran substrat limbah cair tapioka dan limbah cair tahu tidak memberikan perbedaan hasil terhadap produksi biogas dibandingkan dengan limbah cair tapioka saja. Produksi biogas tertinggi pada campuran 75% LCTP (limbah cair tapioka) + 25% LCTH (limbah cair tahu ) agitasi 8x. B. SARAN Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, beberapa saran diberikan sebagai berikut : 1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut dengan penelitian waktu agitasi dilakukan per 24 jam, perlakuan agitasi dapat diberikan lebih teratur selang waktunya selama 24 jam dengan frekuensi agitasi 8x dan 4x sehingga didapatkan konsentrasi CH 4 (metana) yang optimal.

24 2. Produksi biogas dengan menggunakan limbah cair tapioka dan limbah cair tahu perlakuan variasi waktu agitasi dan banyaknya agitasi, perlu memperhatikan faktor lingkungan ph, suhu, COD, BOD, TS, dan VS.