PENGARUH PENGADUKAN PADA DIGESTER BIOGAS
1
PENGARUH PENGADUKAN PADA DIGESTER BIOGAS YANG
MENGGUNAKAN FESES SAPI MADURA SEBAGAI SUBSTRAT
TERHADAP PRODUKSI METAN HARIAN, VOLATILE SOLID
REDUCTION DAN pH
JURNAL
Oleh
ERICKA YULI HARDHANI
FAKULTAS PETERNAKAN DAN PERTANIAN
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2014
2
PENGARUH PENGADUKAN PADA DIGESTER BIOGAS YANG
MENGGUNAKAN FESES SAPI MADURA SEBAGAI SUBSTRAT
TERHADAP PRODUKSI METAN, VOLATILE SOLID REDUCTION DAN
pH
(The Effect of Steering on Biogas Digester Using Madura Cattle Dung as
Substrate on Methane Production, Volatile Solid Reduction and pH)
E. Y. Hardhani, A. Purnomoadi dan Sutaryo
Fakultas Peternakan dan Pertanian Universitas Diponegoro, Semarang
ABSTRACT
The livestock industries produce dung which causes an environmental
pollution if not handled properly. Therefore, it should be processed to reduce these
negative impacts. One of them is treating dung in anaerobic digestion (AD) to
produce biogas. Biogas production is influenced by several factors, including the
volatile solid content, mixing and pH value. The aim of this study was to
determine the effect of mixing in the digester treating dung of Madura cattle
raised under high feeding quality on the methane production, volatile solid
reduction and pH of the slurry. The results of this research showed that the use of
steering on biogas digester continuously fed type did not provide a positive effect
on the methane production, volatile solid reduction and pH value of the slurry.
Keywords: Steering, Madura cattle dung, Methane production, Volatile solid
reduction, pH
ABSTRAK
Industri peternakan menghasilkan produk samping berupa feses ternak yang
apabila dibiarkan akan menimbulkan dampak negatif berupa pencemaran
lingkungan. Oleh karena itu, perlu adanya pengolahan feses ternak untuk
mengurangi dampak negatif tersebut yang salah satunya adalah dengan pembuatan
biogas. Produksi biogas dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah
jumlah bahan organik yang terkandung dalam bahan isian, pengadukan dan nilai
pH. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh pengadukan pada
digester feses sapi Madura yang dipelihara dengan pakan berkualitas tinggi
terhadap produksi metan, nilai kecernaan bahan organik dan pH slurry. Hasil
penelitian ini menunjukkan bahwa pengadukan pada digester biogas tipe kontinyu
tidak memberikan perbedaan nyata terhadap produksi metan, volatile solid
reduction (VS Reduction) dan pH slurry.
Kata kunci : Pengadukan, Feses sapi Madura, Produksi metan, VS reduction, pH
3
PENDAHULUAN
Industri peternakan menghasilkan produk samping berupa feses ternak, yang
apabila dibiarkan akan mengganggu lingkungan karena dapat menyebabkan
pencemaran seperti bau tidak sedap, timbulnya bibit penyakit dan pencemaran air
disekitar lingkungan peternakan. Oleh karena itu, penting dilakukannya
pengolahan limbah peternakan untuk mengurangi dampak negatif dari limbah
tersebut dan memanfaatkannya dengan mengolahnya menjadi biogas, pupuk padat
atau pupuk cair. Dewasa ini, penggunaan pengadukan pada digester biogas untuk
mengoptimalkan produksi metan di Indonesia belum banyak diketahui, salah
satunya dikarenakan kurangnya pengetahuan cara mengolah limbah menjadi
biogas agar produksi metan yang dihasilkan dapat optimal.
Biogas adalah gas hasil produk fermentasi dari bahan-bahan organik dengan
bantuan bakteri anaerob, seperti limbah kotoran ternak. Menurut Hambali (2007),
biogas didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik
(seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan sayur) difermentasi
atau mengalami proses metanisasi.
Pengadukan sangat penting dilakukan dalam pembuatan biogas, untuk
menghindari pembentukan endapan pada digester yang dapat menghambat
produksi biogas. Selain itu, pengadukan menyebabkan proses berjalan lebih cepat,
karena kontak antara substrat dengan mikroorganisme menjadi lebih efektif
(Anggakara et al., 2013).
Volatile solid reduction (VS reduction) adalah jumlah padatan dalam bahan
yang menguap pada pembakaran di atas suhu 600 ºC. Padatan yang menguap
berasal dari kandungan organik substrat. Selama pendegradasian bahan akan
dihasilkan garam-garam mineral yang tidak mudah menguap, sehingga jumlah
kecernaan bahan organik mengalami penurunan (Yulistiawati, 2008). Kisaran pH
biogas yang optimal adalah 6,0-8,0. derajat keasaman bahan isian pada umumnya
bersifat asam sampai dengan pH netral (mendekati 7). Hal yang sama juga
dikemukakan Igoni et al. (2008), bahwa proses anaerobic digestion berlangsung
pada kisaran pH 6 – 8 dengan pH optimal sekitar 7.
4
Penelitian ini bertujuan untuk menguji pengaruh pengadukan terhadap
jumlah produksi metan, VS reduction dan nilai pH slurry dari pembuatan biogas
dengan campuran feses sapi Madura dan air.
Manfaat yang diperoleh dari kegiatan penelitian ini adalah sebagai acuan
teknologi
pengadukan
untuk
diterapkan
pada
petani
peternak
dengan
memanfaatkan limbahnya untuk menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif, mengurangi pencemaran lingkungan dan sebagai ilmu pengetahuan
tentang pengolahan limbah untuk masyarakat luas.
MATERI DAN METODE
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober - Desember 2013. Lokasi
pembuatan biogas, penghitungan total produksi metan, pengujian nilai VS
reduction dan pH dilakukan di Fakultas Peternakan dan Pertanian Universitas
Diponegoro, Semarang.
Materi yang digunakan dalam penelitian ini adalah feses sapi Madura yang
diberi pakan 2 (dua) kali hidup pokok sebagai bahan utama dan air sebagai bahan
pengencer pada bahan isian digester biogas. Selain itu, larutan NaOH 4% (w/w)
juga digunakan untuk menangkap CO2 dari gas yang dikeluarkan sehingga gas
metan yang dihasilkan dapat diukur. Peralatan yang digunakan yaitu
rangkaian digester, rangkaian alat pengukur produksi
2 unit
metan, oven, tanur,
timbangan digital merk Electronic Price Computing Scale dan Electronic Kitchen
Scale SF-400, pH meter (Hanna Instruments), timbangan analitik, freezer,
refrigerator, thermo-hygrometer, corong, sendok plastik dan gelas beker.
Metode
penelitian
yang
digunakan
dalam
penelitian
ini
adalah
eksperimental. Prosedur penelitian meliputi penyiapan materi, adaptasi, penelitian
utama dan koleksi data. Penyiapan materi yang dilakukan meliputi penyiapan alatalat dan bahan yang akan digunakan, penyiapan starter, perangkaian digester
biogas dan perangkaian alat pengukur produksi gas. Adaptasi dilakukan dengan
cara mengisi digester dengan starter sebanyak 80% volume digester. Kemudian
dilakukan pengisian substrat dan pengeluaran slurry setiap harinya. Jumlah
5
substrat yang dimasukkan ke dalam digester setiap harinya sesuai dengan
perhitungan volume digester aktif dibagi dengan waktu 1 HRT (Hydraulic
Retention Time) selama 25 hari yaitu sebesar 224 g. Digester dengan dan tanpa
pengadukan kemudian diisi dengan bahan isian yang berupa feses sapi Madura
dan air dengan perbandingan 1:1 lalu diaduk secara merata sehingga homogen.
Pengisian substrat dilakukan secara kontinyu setiap harinya dengan mengeluarkan
slurry dan memasukkan substrat dengan jumlah yang sama selama 2 HRT atau 50
hari dimana 1 HRT yaitu selama 25 hari. Selama dilakukan pengamatan produksi
metan, dilakukan pula pengambilan sampel slurry untuk pengujian nilai VS
reduction dan pH.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Pengadukan terhadap Produksi Metan Harian
Perlakuan pengadukan dan tanpa pengadukan yang dilakukan pada digester
biogas dengan feses sapi Madura sebagai substrat selama 2 HRT disajikan pada
Produksi Metan Harian (ml/ l volume digester aktif)
Ilustrasi 1.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Tanpa Pengadukan
Dengan Pengadukan
Hari ke-
Ilustrasi 1. Produksi Metan Harian Selama 2 HRT
Ilustrasi 1 menunjukkan bahwa pada produksi metan harian tanpa
dilakukan pengadukan menghasilkan produksi metan lebih rendah daripada
6
perlakuan pengadukan. Rentang produksi metan pada digeser tanpa pengadukan
menunjukkan nilai sebesar 50-980,36 ml/ l volume digester aktif dan pada
digester dengan pengadukan memiliki rentang nilai sebesar 117,86-980,36 ml/ l
volume digester aktif, dengan nilai rata-rata produksi metan sebesar 613,89 ml/ l
volume digester aktif dan 667,07 ml/ l volume digester aktif. Ilustrasi 1
menunjukkan bahwa produksi metan pada kedua digester cukup fluktuatif, hal ini
dimungkinkan karena adanya perubahan suhu lingkungan. Suhu lingkungan yang
rendah
menyebabkan produksi metan rendah, begitu pula sebaliknya. Suhu
lingkungan yang tinggi akan menyebabkan produksi metan meningkat. Hal ini
sesuai dengan pendapat Saragih (2010) yang menyatakan bahwa suhu lingkungan
menentukan aktif atau tidaknya bakteri pembentukan biogas.
Analisis uji-t menunjukkan hasil yang tidak berpengaruh nyata P > 0,05.
Hasil analisis uji-t yang tidak berpengaruh nyata memberi arti bahwa antara kedua
digester biogas memiliki aktivitas yang hampir sama. Hal ini dapat disebabkan
pada digester tanpa pengadukan tidak terjadi pengendapan pada lapisan bawah
digester sehingga tidak ada gas yang terperangkap dan kekentalan tidak berubah
karena tidak ada buih. Perlakuan pengadukan pada digester biogas dilakukan agar
bahan organik dalam digester dapat homogen dan lebih mudah dicerna oleh
mikroorganisme karena terjadi kontak langsung antara bahan organik pada setiap
bagian dalam digester secara merata. Apabila bahan organik dalam digester
homogen, maka mikroorganisme akan lebih mudah dalam memanfaatkan bahan
organik sebagai nutrien untuk menghasilkan metan sehingga produksi metan yang
dihasilkan dapat optimal. Selain itu, pengadukan juga dapat menciptakan kondisi
yang baik bagi pertumbuhan mikroorganisme perombak. Pengadukan membuat
kondisi menjadi baik bagi pertumbuhan mikroorganisme karena dengan
pengadukan lebih memungkinkan terjadinya kontak antara mikroorganisme
dengan penyediaan makanan, sehingga produksi biogas dapat meningkat
(Veenstra, 1985).
7
Pengaruh Pegadukan terhadap VS Reduction
Perlakuan pengadukan selama 7 minggu yang dilakukan pada digester
VS Reduction (%)
biogas terhadap nilai VS reduction disajikan pada Ilustrasi 2.
70
60
50
40
30
20
10
0
Tanpa
Pengadukan
Dengan
Pengadukan
1 2 3 4 5 6 7
40
30
20
10
0
40.15
31.53
2
2
ga
ad
du
uk
ka
n
an
1
1
De
n
ga
n
Pe
n
Pe
ng
pa
Ta
n
VS Reduction (%)
Minggu ke-
A
B
Ilustrasi 2. Rata-rata VS Reduction Selama 7 Minggu (A) dan Perubahaan
VS Reduction Tanpa Pengadukan dan Dengan Pengadukan
Selama 7 Minggu (B)
Berdasarkan Ilustrasi 2.A dapat diketahui bahwa persentase VS reduction
8
pada digester tanpa pengadukan lebih rendah daripada pada digester dengan
perlakuan pengadukan. Rentang persentase VS reduction pada digester tanpa
pengadukan dan pengadukan sebesar 14,97% - 44,57% dan 19,17% - 59,58%.
Penggunaan pengadukan berfungsi untuk mendapatkan campuran substrat yang
homogen sehingga tidak terjadi pengendapan bahan isian pada digester. Sehingga
memberikan kondisi yang optimal bagi mikroorganisme dalam digester untuk
lebih cepat dan mudah mencerna bahan organik dan merubahnya menjadi metan.
Hal ini sesuai dengan pendapat Anggakara et al. (2013) yang menyatakan bahwa
pengadukan menyebabkan proses berjalan lebih cepat, dimana kontak antara
substrat dengan mikroorganisme menjadi lebih efektif.
Nilai VS reduction pada kedua digester secara statistik menunjukkan hasil
yang tidak berbeda nyata (P>0,05). Hal ini menunjukkan alat pengaduk yang
digunakan belum optimal. Alat pengaduk yang digunakan terbuat dari besi yang
membentuk sudut 30º pada bagian ujung bawah dan berputar dengan kekuatan
sebesar 60 revolution per minute (rpm). Alat pengaduk tersebut memungkinkan
pengadukan tidak terjadi secara merata karena besi yang digunakan kurang kokoh
untuk mengaduk bahan isian dalam digester sehingga bahan isian digester kurang
homogen dan tidak semua bagian dalam digester teraduk. Hal tersebut
menyebabkan kondisi pada kedua digester tersebut tidak menyebabkan banyak
perbedaan. Selain itu, perbedaan yang tidak nyata tersebut dimungkinkan karena
variasi substrat (standar deviasi) yang terlalu tinggi akibat rentang nilai VS
reduction yang fluktuatif.
Ilustrasi 2.B menunjukkan nilai VS reduction pada kedua digester cenderung
menurun tiap minggunya. Menurunnya nilai VS reduction dapat disebabkan
karena pada bulan November – Desember terjadi penurunan suhu lingkungan
yang menyebabkan aktivitas mikroorganisme dalam digester terganggu dan
mengakibatkan nilai VS reduction menurun.
9
Produksi Metan (ml/ l volume digester aktif)
900
f(x) = 10.55x + 237.29
R² = 0.65
800
700
R² = 0.03
600
Tanpa Pengadukan
Linear (Tanpa Pengadukan)
Dengan Pengadukan
Linear (Dengan Pengadukan)
500
400
300
10
20
30
40
50
60
70
Volatile Solid Reduction (%)
Ilustasi 3. Hubungan Bahan VS Reduction Terhadap Produksi Metan
Ilustrasi 3 menunjukkan hubungan antara nilai VS reduction dengan
produksi metan pada digester tanpa pengadukan sangat lemah. Nilai VS reduction
yang dihasilkan tidak banyak memberi pengaruh terhadap jumlah produksi gas
yang dihasilkan. Nilai korelasi 0–0,25 memiliki korelasi yang sangat lemah
(Sarwono, 2011).
Hubungan antara nilai VS reduction dengan jumlah produksi metan yang
sangat lemah dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Salah satunya adalah subtrat
yang dimasukkan tidak bercampur merata didalam digester sehingga nutrien atau
bahan
organik
didalamnya
tidak
dapat
berkontak
langsung
dengan
mikroorganisme. Mikroorganisme yang tidak mendapat cukup nutrien, tidak akan
dapat menghasilkan gas metan secara optimal. Selain itu, dapat juga disebabkan
oleh jumlah mikroorganisme yang lebih sedikit daripada jumlah bahan organik
substrat didalam digester, sehingga mikroorganisme tidak sanggup mencerna
semua bahan organik. Apabila mikroorganisme terlalu banyak dibandingkan
makanannya maka produksi biogas tidak akan meningkat, begitu juga sebaliknya
Anggakara et al. (2013).
Ilustrasi 3 menunjukkan pula bahwa hubungan nilai VS reduction pada
perlakuan pengadukan terhadap jumlah produksi gas metan memiliki hubungan
10
yang sangat kuat, seperti yang ditunjukkan oleh Sarwono (2011) yaitu sebesar >
0,75 – 0,99. Hubungan antara nilai VS reduction dengan jumlah produksi metan
yang sangat kuat ini disebabkan adanya perlakuan pengadukan pada digester yang
dapat memungkinkan terjadinya kontak langsung antara mikroorganisme dan
bahan organik menjadi lebih efektif sehingga nilai yang dihasilkan menjadi tinggi.
Semakin banyak bahan organik yang dapat dicerna oleh mikroorganisme maka
semakin banyak pula produksi gas metan yang dihasilkan. Pengadukan juga dapat
mencegah terjadinya buih pada permukaan digester yang dapat menyebabkan
terhalangnya gas yang akan keluar dari digester. Pengadukan sangat penting
dilakukan dalam pembuatan biogas, untuk menghindari pembentukan scum
(pengendapan) pada digester yang dapat menghambat produksi biogas Anggakara
et al. (2013).
Pengaruh Pengadukan terhadap pH Slurry
Hasil pengukuran pH slurry pada digester biogas dengan pengadukan dan
tanpa pengadukan disajikan pada Ilustrasi 4.
Ilustrasi 5. Nilai Rata-rata pH Slurry Selama 2 HRT
Ilustrasi 5. Menunjukkan nilai pH slurry pada digester tanpa pengadukan
memiliki nilai rataan pH sebesar 6,86 dan pada perlakuan pengadukan sebesar
6,89. Kisaran nilai pH tersebut termasuk dalam kisaran pH yang ideal. Hal ini
sesuai dengan pendapat Igoni et al. (2008) yang menyatakan bahwa proses
11
perombakan secara anaerobik terjadi pada kisaran pH 6-8 dengan pH optimal
sebesar 7. Berdasarkan analisis uji-t menunjukkan nilai P > 0,05 yang memberi
arti bahwa tidak ada perbedaan yang nyata terhadap kedua nilai pH. pH masingmasing digester berada pada kisaran pH baik untuk pertumbuhan mikroorganisme
anaerobik dalam menghasilkan biogas terutama gas metan. Kondisi pH diatas
menunjukkan adanya kemampuan mikroorganisme yang ada pada kedua digester
untuk mengonversi semua asam organik. Nilai pH yang terlalu tinggi atau terlalu
rendah harus dihindari karena akan menyebabkan kematian mikroorganisme.
Apabila pH terlalu tinggi memnyebabkan produk akhir yang dihasilkan adalah
CO2 yang bersifat racun bagi mikroorganisme. Hal ini sesuai dengan pendapat
Igoni et al. (2008), bahwa proses anaerobic digestion berlangsung pada kisaran
pH 6 – 8 dengan pH optimal ± 7.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ini dapat disimpulkan bahwa
pengadukan pada digester biogas tipe kontinyu tidak memberikan pengaruh
terhadap produksi metan, nilai VS reduction dan pH slurry.
DAFTAR PUSTAKA
Anggakara. P., Sudarno, dan I.W. Wardhana. 2013. Pengaruh Pengenceran dan
Pengadukan Terhadap Produksi Biogas Pada Limbah Industri Kecil
Pengasapan Ikan Dengan Menggunakan Ekstrak Rumen Sapi Sebagai
Starter. Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro,
Semarang. Jurnal Teknik Lingkungan 2(3): 1-7.
Hambali, E. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia Pustaka.
Igoni, A.H., M.J. Ayotamuno, C.L. Eze, S.O.T. Ogaji, and S.D. Probert. 2008.
Designs of anaerobic digesters for producing biogas from municipal solidwaste. Applied Energy 85: 430 – 438.
12
Saragih, B.R. 2010. Analisis Potensi Biogas untuk Menghasilkan Energi Listrik
dan Termal pada Gedung Komersil di Daerah Perkotaan. Universitas
Indonesia, Jakarta. (Skripsi Sarjana Teknik).
Sarwono, J. 2011. Mengenal SPSS 20: Aplikasi Riset Eksperimental. Jakarta: Elex
Media Komputindo.
Veenstra, G. and C. Polpraset. 1985. Wastewater Treatment. IHE, Delf.
Yulistiawati, E. 2008. Pengaruh Suhu dan C/N Rasio terhadap Produksi Biogas
Berbahan Baku Sampah Organik Sayuran. Departemen Teknologi Industri
Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor: Bogor.
(Skripsi Sarjana Pertanian).
PENGARUH PENGADUKAN PADA DIGESTER BIOGAS YANG
MENGGUNAKAN FESES SAPI MADURA SEBAGAI SUBSTRAT
TERHADAP PRODUKSI METAN HARIAN, VOLATILE SOLID
REDUCTION DAN pH
JURNAL
Oleh
ERICKA YULI HARDHANI
FAKULTAS PETERNAKAN DAN PERTANIAN
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2014
2
PENGARUH PENGADUKAN PADA DIGESTER BIOGAS YANG
MENGGUNAKAN FESES SAPI MADURA SEBAGAI SUBSTRAT
TERHADAP PRODUKSI METAN, VOLATILE SOLID REDUCTION DAN
pH
(The Effect of Steering on Biogas Digester Using Madura Cattle Dung as
Substrate on Methane Production, Volatile Solid Reduction and pH)
E. Y. Hardhani, A. Purnomoadi dan Sutaryo
Fakultas Peternakan dan Pertanian Universitas Diponegoro, Semarang
ABSTRACT
The livestock industries produce dung which causes an environmental
pollution if not handled properly. Therefore, it should be processed to reduce these
negative impacts. One of them is treating dung in anaerobic digestion (AD) to
produce biogas. Biogas production is influenced by several factors, including the
volatile solid content, mixing and pH value. The aim of this study was to
determine the effect of mixing in the digester treating dung of Madura cattle
raised under high feeding quality on the methane production, volatile solid
reduction and pH of the slurry. The results of this research showed that the use of
steering on biogas digester continuously fed type did not provide a positive effect
on the methane production, volatile solid reduction and pH value of the slurry.
Keywords: Steering, Madura cattle dung, Methane production, Volatile solid
reduction, pH
ABSTRAK
Industri peternakan menghasilkan produk samping berupa feses ternak yang
apabila dibiarkan akan menimbulkan dampak negatif berupa pencemaran
lingkungan. Oleh karena itu, perlu adanya pengolahan feses ternak untuk
mengurangi dampak negatif tersebut yang salah satunya adalah dengan pembuatan
biogas. Produksi biogas dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah
jumlah bahan organik yang terkandung dalam bahan isian, pengadukan dan nilai
pH. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh pengadukan pada
digester feses sapi Madura yang dipelihara dengan pakan berkualitas tinggi
terhadap produksi metan, nilai kecernaan bahan organik dan pH slurry. Hasil
penelitian ini menunjukkan bahwa pengadukan pada digester biogas tipe kontinyu
tidak memberikan perbedaan nyata terhadap produksi metan, volatile solid
reduction (VS Reduction) dan pH slurry.
Kata kunci : Pengadukan, Feses sapi Madura, Produksi metan, VS reduction, pH
3
PENDAHULUAN
Industri peternakan menghasilkan produk samping berupa feses ternak, yang
apabila dibiarkan akan mengganggu lingkungan karena dapat menyebabkan
pencemaran seperti bau tidak sedap, timbulnya bibit penyakit dan pencemaran air
disekitar lingkungan peternakan. Oleh karena itu, penting dilakukannya
pengolahan limbah peternakan untuk mengurangi dampak negatif dari limbah
tersebut dan memanfaatkannya dengan mengolahnya menjadi biogas, pupuk padat
atau pupuk cair. Dewasa ini, penggunaan pengadukan pada digester biogas untuk
mengoptimalkan produksi metan di Indonesia belum banyak diketahui, salah
satunya dikarenakan kurangnya pengetahuan cara mengolah limbah menjadi
biogas agar produksi metan yang dihasilkan dapat optimal.
Biogas adalah gas hasil produk fermentasi dari bahan-bahan organik dengan
bantuan bakteri anaerob, seperti limbah kotoran ternak. Menurut Hambali (2007),
biogas didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik
(seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan sayur) difermentasi
atau mengalami proses metanisasi.
Pengadukan sangat penting dilakukan dalam pembuatan biogas, untuk
menghindari pembentukan endapan pada digester yang dapat menghambat
produksi biogas. Selain itu, pengadukan menyebabkan proses berjalan lebih cepat,
karena kontak antara substrat dengan mikroorganisme menjadi lebih efektif
(Anggakara et al., 2013).
Volatile solid reduction (VS reduction) adalah jumlah padatan dalam bahan
yang menguap pada pembakaran di atas suhu 600 ºC. Padatan yang menguap
berasal dari kandungan organik substrat. Selama pendegradasian bahan akan
dihasilkan garam-garam mineral yang tidak mudah menguap, sehingga jumlah
kecernaan bahan organik mengalami penurunan (Yulistiawati, 2008). Kisaran pH
biogas yang optimal adalah 6,0-8,0. derajat keasaman bahan isian pada umumnya
bersifat asam sampai dengan pH netral (mendekati 7). Hal yang sama juga
dikemukakan Igoni et al. (2008), bahwa proses anaerobic digestion berlangsung
pada kisaran pH 6 – 8 dengan pH optimal sekitar 7.
4
Penelitian ini bertujuan untuk menguji pengaruh pengadukan terhadap
jumlah produksi metan, VS reduction dan nilai pH slurry dari pembuatan biogas
dengan campuran feses sapi Madura dan air.
Manfaat yang diperoleh dari kegiatan penelitian ini adalah sebagai acuan
teknologi
pengadukan
untuk
diterapkan
pada
petani
peternak
dengan
memanfaatkan limbahnya untuk menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif, mengurangi pencemaran lingkungan dan sebagai ilmu pengetahuan
tentang pengolahan limbah untuk masyarakat luas.
MATERI DAN METODE
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober - Desember 2013. Lokasi
pembuatan biogas, penghitungan total produksi metan, pengujian nilai VS
reduction dan pH dilakukan di Fakultas Peternakan dan Pertanian Universitas
Diponegoro, Semarang.
Materi yang digunakan dalam penelitian ini adalah feses sapi Madura yang
diberi pakan 2 (dua) kali hidup pokok sebagai bahan utama dan air sebagai bahan
pengencer pada bahan isian digester biogas. Selain itu, larutan NaOH 4% (w/w)
juga digunakan untuk menangkap CO2 dari gas yang dikeluarkan sehingga gas
metan yang dihasilkan dapat diukur. Peralatan yang digunakan yaitu
rangkaian digester, rangkaian alat pengukur produksi
2 unit
metan, oven, tanur,
timbangan digital merk Electronic Price Computing Scale dan Electronic Kitchen
Scale SF-400, pH meter (Hanna Instruments), timbangan analitik, freezer,
refrigerator, thermo-hygrometer, corong, sendok plastik dan gelas beker.
Metode
penelitian
yang
digunakan
dalam
penelitian
ini
adalah
eksperimental. Prosedur penelitian meliputi penyiapan materi, adaptasi, penelitian
utama dan koleksi data. Penyiapan materi yang dilakukan meliputi penyiapan alatalat dan bahan yang akan digunakan, penyiapan starter, perangkaian digester
biogas dan perangkaian alat pengukur produksi gas. Adaptasi dilakukan dengan
cara mengisi digester dengan starter sebanyak 80% volume digester. Kemudian
dilakukan pengisian substrat dan pengeluaran slurry setiap harinya. Jumlah
5
substrat yang dimasukkan ke dalam digester setiap harinya sesuai dengan
perhitungan volume digester aktif dibagi dengan waktu 1 HRT (Hydraulic
Retention Time) selama 25 hari yaitu sebesar 224 g. Digester dengan dan tanpa
pengadukan kemudian diisi dengan bahan isian yang berupa feses sapi Madura
dan air dengan perbandingan 1:1 lalu diaduk secara merata sehingga homogen.
Pengisian substrat dilakukan secara kontinyu setiap harinya dengan mengeluarkan
slurry dan memasukkan substrat dengan jumlah yang sama selama 2 HRT atau 50
hari dimana 1 HRT yaitu selama 25 hari. Selama dilakukan pengamatan produksi
metan, dilakukan pula pengambilan sampel slurry untuk pengujian nilai VS
reduction dan pH.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Pengadukan terhadap Produksi Metan Harian
Perlakuan pengadukan dan tanpa pengadukan yang dilakukan pada digester
biogas dengan feses sapi Madura sebagai substrat selama 2 HRT disajikan pada
Produksi Metan Harian (ml/ l volume digester aktif)
Ilustrasi 1.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Tanpa Pengadukan
Dengan Pengadukan
Hari ke-
Ilustrasi 1. Produksi Metan Harian Selama 2 HRT
Ilustrasi 1 menunjukkan bahwa pada produksi metan harian tanpa
dilakukan pengadukan menghasilkan produksi metan lebih rendah daripada
6
perlakuan pengadukan. Rentang produksi metan pada digeser tanpa pengadukan
menunjukkan nilai sebesar 50-980,36 ml/ l volume digester aktif dan pada
digester dengan pengadukan memiliki rentang nilai sebesar 117,86-980,36 ml/ l
volume digester aktif, dengan nilai rata-rata produksi metan sebesar 613,89 ml/ l
volume digester aktif dan 667,07 ml/ l volume digester aktif. Ilustrasi 1
menunjukkan bahwa produksi metan pada kedua digester cukup fluktuatif, hal ini
dimungkinkan karena adanya perubahan suhu lingkungan. Suhu lingkungan yang
rendah
menyebabkan produksi metan rendah, begitu pula sebaliknya. Suhu
lingkungan yang tinggi akan menyebabkan produksi metan meningkat. Hal ini
sesuai dengan pendapat Saragih (2010) yang menyatakan bahwa suhu lingkungan
menentukan aktif atau tidaknya bakteri pembentukan biogas.
Analisis uji-t menunjukkan hasil yang tidak berpengaruh nyata P > 0,05.
Hasil analisis uji-t yang tidak berpengaruh nyata memberi arti bahwa antara kedua
digester biogas memiliki aktivitas yang hampir sama. Hal ini dapat disebabkan
pada digester tanpa pengadukan tidak terjadi pengendapan pada lapisan bawah
digester sehingga tidak ada gas yang terperangkap dan kekentalan tidak berubah
karena tidak ada buih. Perlakuan pengadukan pada digester biogas dilakukan agar
bahan organik dalam digester dapat homogen dan lebih mudah dicerna oleh
mikroorganisme karena terjadi kontak langsung antara bahan organik pada setiap
bagian dalam digester secara merata. Apabila bahan organik dalam digester
homogen, maka mikroorganisme akan lebih mudah dalam memanfaatkan bahan
organik sebagai nutrien untuk menghasilkan metan sehingga produksi metan yang
dihasilkan dapat optimal. Selain itu, pengadukan juga dapat menciptakan kondisi
yang baik bagi pertumbuhan mikroorganisme perombak. Pengadukan membuat
kondisi menjadi baik bagi pertumbuhan mikroorganisme karena dengan
pengadukan lebih memungkinkan terjadinya kontak antara mikroorganisme
dengan penyediaan makanan, sehingga produksi biogas dapat meningkat
(Veenstra, 1985).
7
Pengaruh Pegadukan terhadap VS Reduction
Perlakuan pengadukan selama 7 minggu yang dilakukan pada digester
VS Reduction (%)
biogas terhadap nilai VS reduction disajikan pada Ilustrasi 2.
70
60
50
40
30
20
10
0
Tanpa
Pengadukan
Dengan
Pengadukan
1 2 3 4 5 6 7
40
30
20
10
0
40.15
31.53
2
2
ga
ad
du
uk
ka
n
an
1
1
De
n
ga
n
Pe
n
Pe
ng
pa
Ta
n
VS Reduction (%)
Minggu ke-
A
B
Ilustrasi 2. Rata-rata VS Reduction Selama 7 Minggu (A) dan Perubahaan
VS Reduction Tanpa Pengadukan dan Dengan Pengadukan
Selama 7 Minggu (B)
Berdasarkan Ilustrasi 2.A dapat diketahui bahwa persentase VS reduction
8
pada digester tanpa pengadukan lebih rendah daripada pada digester dengan
perlakuan pengadukan. Rentang persentase VS reduction pada digester tanpa
pengadukan dan pengadukan sebesar 14,97% - 44,57% dan 19,17% - 59,58%.
Penggunaan pengadukan berfungsi untuk mendapatkan campuran substrat yang
homogen sehingga tidak terjadi pengendapan bahan isian pada digester. Sehingga
memberikan kondisi yang optimal bagi mikroorganisme dalam digester untuk
lebih cepat dan mudah mencerna bahan organik dan merubahnya menjadi metan.
Hal ini sesuai dengan pendapat Anggakara et al. (2013) yang menyatakan bahwa
pengadukan menyebabkan proses berjalan lebih cepat, dimana kontak antara
substrat dengan mikroorganisme menjadi lebih efektif.
Nilai VS reduction pada kedua digester secara statistik menunjukkan hasil
yang tidak berbeda nyata (P>0,05). Hal ini menunjukkan alat pengaduk yang
digunakan belum optimal. Alat pengaduk yang digunakan terbuat dari besi yang
membentuk sudut 30º pada bagian ujung bawah dan berputar dengan kekuatan
sebesar 60 revolution per minute (rpm). Alat pengaduk tersebut memungkinkan
pengadukan tidak terjadi secara merata karena besi yang digunakan kurang kokoh
untuk mengaduk bahan isian dalam digester sehingga bahan isian digester kurang
homogen dan tidak semua bagian dalam digester teraduk. Hal tersebut
menyebabkan kondisi pada kedua digester tersebut tidak menyebabkan banyak
perbedaan. Selain itu, perbedaan yang tidak nyata tersebut dimungkinkan karena
variasi substrat (standar deviasi) yang terlalu tinggi akibat rentang nilai VS
reduction yang fluktuatif.
Ilustrasi 2.B menunjukkan nilai VS reduction pada kedua digester cenderung
menurun tiap minggunya. Menurunnya nilai VS reduction dapat disebabkan
karena pada bulan November – Desember terjadi penurunan suhu lingkungan
yang menyebabkan aktivitas mikroorganisme dalam digester terganggu dan
mengakibatkan nilai VS reduction menurun.
9
Produksi Metan (ml/ l volume digester aktif)
900
f(x) = 10.55x + 237.29
R² = 0.65
800
700
R² = 0.03
600
Tanpa Pengadukan
Linear (Tanpa Pengadukan)
Dengan Pengadukan
Linear (Dengan Pengadukan)
500
400
300
10
20
30
40
50
60
70
Volatile Solid Reduction (%)
Ilustasi 3. Hubungan Bahan VS Reduction Terhadap Produksi Metan
Ilustrasi 3 menunjukkan hubungan antara nilai VS reduction dengan
produksi metan pada digester tanpa pengadukan sangat lemah. Nilai VS reduction
yang dihasilkan tidak banyak memberi pengaruh terhadap jumlah produksi gas
yang dihasilkan. Nilai korelasi 0–0,25 memiliki korelasi yang sangat lemah
(Sarwono, 2011).
Hubungan antara nilai VS reduction dengan jumlah produksi metan yang
sangat lemah dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Salah satunya adalah subtrat
yang dimasukkan tidak bercampur merata didalam digester sehingga nutrien atau
bahan
organik
didalamnya
tidak
dapat
berkontak
langsung
dengan
mikroorganisme. Mikroorganisme yang tidak mendapat cukup nutrien, tidak akan
dapat menghasilkan gas metan secara optimal. Selain itu, dapat juga disebabkan
oleh jumlah mikroorganisme yang lebih sedikit daripada jumlah bahan organik
substrat didalam digester, sehingga mikroorganisme tidak sanggup mencerna
semua bahan organik. Apabila mikroorganisme terlalu banyak dibandingkan
makanannya maka produksi biogas tidak akan meningkat, begitu juga sebaliknya
Anggakara et al. (2013).
Ilustrasi 3 menunjukkan pula bahwa hubungan nilai VS reduction pada
perlakuan pengadukan terhadap jumlah produksi gas metan memiliki hubungan
10
yang sangat kuat, seperti yang ditunjukkan oleh Sarwono (2011) yaitu sebesar >
0,75 – 0,99. Hubungan antara nilai VS reduction dengan jumlah produksi metan
yang sangat kuat ini disebabkan adanya perlakuan pengadukan pada digester yang
dapat memungkinkan terjadinya kontak langsung antara mikroorganisme dan
bahan organik menjadi lebih efektif sehingga nilai yang dihasilkan menjadi tinggi.
Semakin banyak bahan organik yang dapat dicerna oleh mikroorganisme maka
semakin banyak pula produksi gas metan yang dihasilkan. Pengadukan juga dapat
mencegah terjadinya buih pada permukaan digester yang dapat menyebabkan
terhalangnya gas yang akan keluar dari digester. Pengadukan sangat penting
dilakukan dalam pembuatan biogas, untuk menghindari pembentukan scum
(pengendapan) pada digester yang dapat menghambat produksi biogas Anggakara
et al. (2013).
Pengaruh Pengadukan terhadap pH Slurry
Hasil pengukuran pH slurry pada digester biogas dengan pengadukan dan
tanpa pengadukan disajikan pada Ilustrasi 4.
Ilustrasi 5. Nilai Rata-rata pH Slurry Selama 2 HRT
Ilustrasi 5. Menunjukkan nilai pH slurry pada digester tanpa pengadukan
memiliki nilai rataan pH sebesar 6,86 dan pada perlakuan pengadukan sebesar
6,89. Kisaran nilai pH tersebut termasuk dalam kisaran pH yang ideal. Hal ini
sesuai dengan pendapat Igoni et al. (2008) yang menyatakan bahwa proses
11
perombakan secara anaerobik terjadi pada kisaran pH 6-8 dengan pH optimal
sebesar 7. Berdasarkan analisis uji-t menunjukkan nilai P > 0,05 yang memberi
arti bahwa tidak ada perbedaan yang nyata terhadap kedua nilai pH. pH masingmasing digester berada pada kisaran pH baik untuk pertumbuhan mikroorganisme
anaerobik dalam menghasilkan biogas terutama gas metan. Kondisi pH diatas
menunjukkan adanya kemampuan mikroorganisme yang ada pada kedua digester
untuk mengonversi semua asam organik. Nilai pH yang terlalu tinggi atau terlalu
rendah harus dihindari karena akan menyebabkan kematian mikroorganisme.
Apabila pH terlalu tinggi memnyebabkan produk akhir yang dihasilkan adalah
CO2 yang bersifat racun bagi mikroorganisme. Hal ini sesuai dengan pendapat
Igoni et al. (2008), bahwa proses anaerobic digestion berlangsung pada kisaran
pH 6 – 8 dengan pH optimal ± 7.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ini dapat disimpulkan bahwa
pengadukan pada digester biogas tipe kontinyu tidak memberikan pengaruh
terhadap produksi metan, nilai VS reduction dan pH slurry.
DAFTAR PUSTAKA
Anggakara. P., Sudarno, dan I.W. Wardhana. 2013. Pengaruh Pengenceran dan
Pengadukan Terhadap Produksi Biogas Pada Limbah Industri Kecil
Pengasapan Ikan Dengan Menggunakan Ekstrak Rumen Sapi Sebagai
Starter. Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro,
Semarang. Jurnal Teknik Lingkungan 2(3): 1-7.
Hambali, E. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia Pustaka.
Igoni, A.H., M.J. Ayotamuno, C.L. Eze, S.O.T. Ogaji, and S.D. Probert. 2008.
Designs of anaerobic digesters for producing biogas from municipal solidwaste. Applied Energy 85: 430 – 438.
12
Saragih, B.R. 2010. Analisis Potensi Biogas untuk Menghasilkan Energi Listrik
dan Termal pada Gedung Komersil di Daerah Perkotaan. Universitas
Indonesia, Jakarta. (Skripsi Sarjana Teknik).
Sarwono, J. 2011. Mengenal SPSS 20: Aplikasi Riset Eksperimental. Jakarta: Elex
Media Komputindo.
Veenstra, G. and C. Polpraset. 1985. Wastewater Treatment. IHE, Delf.
Yulistiawati, E. 2008. Pengaruh Suhu dan C/N Rasio terhadap Produksi Biogas
Berbahan Baku Sampah Organik Sayuran. Departemen Teknologi Industri
Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor: Bogor.
(Skripsi Sarjana Pertanian).