PERENCANAAN ANAEROBIC DIGESTER SKALA RUMAH TANGGA UNTUK MENGOLAH LIMBAH DOMESTIK DAN KOTORAN SAPI DALAM UPAYA MENDAPATKAN ENERGI ALTERNATIF Oleh: Annisa Ramdhaniati 3307 100 083 1 Dosen Pembimbing: Ir. Eddy S. Soedjono, Dipl.SE., MSc., PhD
LATAR BELAKANG 2
RUMUSAN MASALAH Bagaimana merencanakan anaerobic digester skala rumah tangga yang effisien untuk mengolah limbah domestik dan kotoran sapi? Berapa BOQ (Bill of Quantity) dan RAB (Rencana Anggaran Biaya) untuk pembuatan anaerobic digester? Apakah nilai manfaat dari penggunaan anaerobic digester? 3
RUANG LINGKUP Jenis sapi yang digunakan adalah sapi perah. Jumlah anggota keluarga dalam 1 KK adalah 4-5 orang. Desain anaerobic digester dilakukan untuk 4 variasi komposisi limbah. Variasi komposisi limbah domestik : kotoran sapi sebagai berikut 1 KK : 2 sapi; 1 KK : 3 sapi; 1 KK : 4 sapi; dan 1 KK : 5 sapi. Dihitung mass balance digester anaerobik. Anaerobic digester akan didesain untuk skala rumah tangga. Dihitung BOQ dan RAB untuk pembuatan anaerobic digester. 4 Dibuat Standart Operasional Procedure (SOP) dari penggunaan anaerobic digester.
TUJUAN Merencanakan digester anaerobik skala rumah tangga yang effisien untuk mengolah limbah domestik dan kotoran sapi. Menghitung BOQ dan RAB dari perencanaan pembuatan digester anaerobik. Mengetahui nilai manfaat dari penggunaan anaerobic digester Manfaat Memberikan alternatif pemenuhan kebutuhan energi untuk memasak sehari-hari. Memberikan beberapa rekomendasi desain anaerobic 5 digester yang effisien untuk masyarakat.
TINJAUAN PUSTAKA Anaerobic Digester Adalah pengolahan limbah organik dengan proses anaerob yang menghasilkan gas metan cukup untuk memenuhi kebutuhan energi. Biogas Adalah gas yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh bakteri anaerob. Biogas mengandung: gas metan (55-65%), karbondioksida (35-45%), nitrogen (0-3%), hidrogen (0-1%), hidrogen sulfida (0-1%) 6
DIGESTER DI INDONESIA Sumber: Wahyuni, 2010 7
KRITERIA ANAEROBIC DIGESTER Kriteria Satuan Nilai Temperatur o C 25-40 ph - 6,6-7,6 Alkalinitas mg CaCO 3 /L 2500-5000 Rasio C/N - 25-30 SRT hari 10-60 Loading rate kg VS/m 3 hari 1-4 Loading rate kg COD/m 3 1-6 hari Removal COD % 30-70 Removal VS % 40-70 Reduksi N % 20-35 Sumber: Polprasert, 1989 8
KARAKTERISTIK LIMBAH Karakteristik Satuan Black water Grey water Kotoran Sapi Debit Liter/hari 10/org 40/org - Berat basah Kg/hari - 25/ekor COD mg/l 900-1500 200-19800 700 TS % 1 10-30 14 Total N mg/l 100 300 8-30 600 Total P mg/l 40 90 2-7 100 Rasio C/N 6-32 Densitas Kg/m 3 - - 1200-1600 ph 7 6,8 8,4 7,2 Sumber: Kaltwasse, 1980 dalam Wahyuni, 2010 9
PENGGUNAAN BIOGAS Pemakaian Memasak Spesifikasi Biogas (m3/jam) 2 kali 0.33 4 kali 0.47 6 kali 0.64 2-4 kali 0.23-0.45 per orang/hari 0.34-0.42 Sumber: Wahyuni, 2010 10
METODE PERENCANAAN Pengumpulan Data Data Sekunder: Karakteristik Limbah dan kotoran sapi Volume blackwater dan greywater per orang per hari Volume kotoran sapi per ekor per hari Perencanaan 1. Perhitungan Komposisi Limbah dari variasi 1KK:2Sp; 1KK:3Sp; 1KK:4Sp; 1KK:5Sp 2. Perhitungan Kebutuhan dan Produksi Biogas 3. Penentuan Bak Pelengkap 4. Perhitungan Dimensi Digester dan Bak Pelengkap Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran 1. Perhitungan Mass Balance Limbah 2. Perhitungan Dimensi dan Gambar Teknik Digester dan Bak Pelengkapnya 3. Perhitungan BOQ dan RAB 4. Penyusunan SOP 11
ANALISIS DAN PEMBAHASAN Karakteristik Satuan Black water Grey water Kotoran Sapi Debit Liter/hari 10/org 40/org - Berat basah Kg/hari - 25/ekor COD mg/l 900-1500 200-19800 700 TS % 1 10-30 14 Total N mg/l 100 300 8-30 600 Total P mg/l 40 90 2-7 100 Rasio C/N 6-32 Densitas Kg/m 3 - - 1200-1600 ph 7 6,8 8,4 7,2 12 Sumber: Kaltwasse, 1980 dalam Wahyuni, 2010
KRITERIA PORSES ANAEROBIK Pada Suhu Mesofilik Kriteria Nilai Tipikal Rasio COD:N:P 100:5:1 100:5:1 Rasio C/N 20-30 25 Total Solid 5 10 % 7% HRT 30-40 30 Sumber: Polprasert, 1989 13
PROSES PERHITUNGAN Dimana: N 1 = Konsentrasi limbah 1 N 2 = Konsentrasi limbah 2 V 1 = Volume limbah 1 V 2 = Volume limbah 2 14
KOMPOSISI LIMBAH No. Komposisi 1 1 KK + 2 Sapi 2 1 KK + 3 Sapi 3 1 KK + 4 Sapi 4 1 KK + 5 Sapi Limbah yang diolah dalam digester (liter/hari) Black water Grey water Koto ran Sapi Komposisi Campuran (mg/liter) COD Total N Rasio Total P C/N % TS 50 0 42 9655 382 81 25 7 50 20 63 9893 362 73 27 7 50 40 83 9955 350 68 28 7 50 61 104 9993 342 65 29 7 15
EFFISIENSI REMOVAL ANAEROBIC DIGESTER Kriteria Nilai Tipikal Removal COD 30 70 % 50% Removal N 20 35 % 27,5% Removal TS 40 70 % 55% Sumber: Polprasert, 1989 16
MASS BALANCE Influen (gram/hari) Removal (gram/hari) Effluen (gram/hari) No. Tipe Digester M COD M Total M Total N P M COD M Total N M Total P M COD M M Total N Total P 1 Tipe 1 885,00 35,00 7,42 708,00 10,50 0,00 177,00 24,50 7,42 2 Tipe 2 1307,32 47,89 9,60 1045,86 14,37 0,00 261,46 33,53 9,60 3 Tipe 3 1730,24 60,81 11,79 1384,19 18,24 0,00 346,05 42,57 11,79 4 Tipe 4 2153,15 73,73 13,97 1722,52 22,12 0,00 430,63 51,61 13,97 17
HASIL PERHITUNGAN No. Komposisi Debit Total COD Influen COD Effluen COD VSS COD Metan Pro Pro duksi duksi Metan Biogas Liter/ hari mg/ hari mg/ hari mg/ hari mg/ hari Liter/ hari Liter/ hari 1 1 KK + 2 Sapi 2 1 KK + 3 Sapi 3 1 KK + 4 Sapi 4 1 KK + 5 Sapi 92 885000 177000 40214 667786 267 445 132 1307321 261464 59405 986452 395 658 174 1730238 346048 78622 1305568 522 870 215 2153155 430631 97839 1624684 650 1083 18
PRODUKSI BIOGAS No. Komposisi Produksi Biogas Kebutuhan Biogas Penggunaan Lama Memasak Penggunaan Per Jam Dapat Untuk liter/hari liter/jam. hari jam/hari KK 1 1 KK + 2 Sapi 445 330 1,3 1 2 1 KK + 3 Sapi 658 330 2,0 2 3 1 KK + 4 Sapi 870 330 2,6 3 4 1 KK + 5 Sapi 1083 330 3,3 3 19
DIMENSI DESAIN DIGESTER No. Tipe Digester Debit Total Liter/ hari Diame ter Bak Pengaduk Tinggi Freebo ard HRT Volum e Digester Diamet er Tinggi Freebo ard (m) (m) (m) hari (m3) (m) (m) (m) 1 Tipe 1 92 0,54 0,40 0,20 30 3 1,60 1,45 0,08 2 Tipe 2 132 0,65 0,40 0,20 30 4,1 1,75 1,70 0,05 3 Tipe 3 174 0,74 0,40 0,20 30 5,2 1,87 1,90 0,00 4 Tipe 4 215 0,83 0,40 0,20 35 8 2,10 2,30 0,12 20
CON T Penampung Gas Bak Residu No. Tipe Digester Volume Dia meter Tinggi Free board Pan jang Lebar Tinggi (m3) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 Tipe 1 2 1,40 1,30 0,14 2,02 1,50 0,30 2 Tipe 2 3 1,60 1,45 0,14 2,65 1,65 0,30 3 Tipe 3 4,1 1,75 1,70 0,25 2,44 1,77 0,40 4 Tipe 4 5,2 1,87 1,90 0,32 2,67 2,00 0,40 21
CON T Plat Penyekat Pada Digester Pipa Inlet Pipa Outlet No. Tipe Digester Kecepat Dia Tinggi Lebar meter Panjang an aliran (m/detik (m) (m) (mm) (m) ) Dia meter (mm) Panjang Kecepat an aliran (m) (m/detik ) 1 Tipe 1 1,28 1,60 100 1,8 0,2 100 1,8 0,2 2 Tipe 2 1,54 1,75 100 2,3 0,28 100 2,2 0,28 3 Tipe 3 1,77 1,87 120 2,6 0,26 120 2,5 0,25 4 Tipe 4 2,05 2,10 120 3,0 0,32 120 2,9 0,32 22
GAMBAR DESAIN DIGESTER Penampung gas Pengeluaran Gas Lubang Pengadukan Lubang Pengeluaran Pipa Pemasukan Slurry Dinding Pemisah 23
24
Saluran Telentong Pipa Blackwater overflow Pipa Greywater 25
OVERFLOW 26
PENGADUKAN Valve overflow 27
ALIRAN LIMBAH DALAM DIGESTER Digester Bak Pengaduk Bak Penampung Residu Pelampung 28
PROFIL HIDROLIS Bak Penampung Substrat a b Digester c Bak Penampung Residu d Keterangan: No. Tipe a b c d Digester m m m m 1 Tipe 1 + 5 + 4,59 + 4,26 + 4,19 2 Tipe 2 + 5 + 4,58 + 4,22 + 4,12 3 Tipe 3 + 5 + 4,59 + 4,18 + 4,07 4 Tipe 4 5 4,58 4,11 3,98 + + + + 29
REDUKSI METAN KE UDARA BEBAS CH4 25x lebih effektif menangkap panas matahari dibanding CO2 Reaksi Pembakaran CH4 + 3O2 CO2 + 4H2O No. Tipe Digester Produksi Metan Liter/hari Mol CH4 yang dibakar Mol CH4 yang dibakar 1 tahun 1 Tipe 1 267 0,0120 4,4 2 Tipe 2 395 0,0177 6,5 3 Tipe 3 522 0,0234 8,5 4 Tipe 4 650 0,0291 10,6 30
RAB No. Tipe Digest er Volum e Digest er Produ ksi Biogas Setara Dengan Minyak Tanah Harga Minyak Biaya yg dikeluarkan untuk membeli minyak Biaya yg dikeluarkan untuk membeli minyak Harga Anaerobic Digester Uang yang dihemat Per tahun m3 liter/h ari 1 Tipe 1 3 445 0,28 2 Tipe 2 4,1 658 0,41 3 Tipe 3 5,2 870 0,54 4 Tipe 4 8 1083 0,67 liter Per liter Per hari 10 Tahun 10.000 10.000 10.000 10.000 2.760 4.077 5.396 6.715 10.074.659 14.882.279 19.696.676 24.511.073 6.600.000 8.050.000 10.720.000 14.640.000 347.466 683.228 897.668 987.107 31
KESIMPULAN Volume digester yang effisien sesuai dengan limbah yang dihasilkan dari tiap kelurga yaitu: - tipe 1 = 3 m3 - tipe 2 = 4,1 m3 - tipe 3 = 5,2 m3 - tipe 4 = 8 m3 Biaya pembuatan digester: - Tipe 1 = Volume digester 3 m3 dengan Harga 6.600.000,- - Tipe 2 = Volume digester 4,1 m3 dengan harga 8.050.000,- - Tipe 3 = Volume digester 5,2 m3 dengan harga 10.720.000 - Tipe 4 = Volume digester 8 m3 dengan harga 14.640.000,- Penggunaan anaerobic digester dapat menghemat uang jika dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar lain yaitu minyak tanah. - Tipe 1 = Hemat biaya 347.466 per tahun - Tipe 2 = Hemat biaya 683.228 per tahun - Tipe 3 = Hemat biaya 897.668 per tahun - Tipe 4 = Hemat biaya 987.107 per tahun 32
SARAN Desain anaerobic digester ini belum dilakukan pemurnian gas metan sehingga diperlukan perencanaan lebih lanjut untuk purifikasi gas metan dalam biogas yang dihasilkan sehingga hanya gas metan murni yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar (alternatif energi). Desain anaerobic digester ini mengolah blackwater, kotoran sapi, dan sebagian greywater. Maka perlu perencanaan lebih lanjut untuk mengolah greywater yang belum terolah dalam anaerobic digester. 33
TERIMA KASIH 34