Lecture Material Food and Farm Management: PEMANFAATAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH DAN UJI KINERJA INSTALASI BIODIGESTER LIMBAH CAIR PABRIK TAHU (STUDI KASUS PABRIK TAHU SARI BUMI SUMEDANG)

Pabrik tahu Sari Bumi Sumedang dalam kegiatan produksinya akan menghasilkan limbah cair pabrik tahu yang cukup besar namun belum dimanfaatkan sebagai penghasil gas bio, bahkan pada kenyataannya menimbulkan masalah pencemaran lingkungan dikarenakan langsung dibuang ke sungai. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan IPAL yang terdapat di lingkungan pabrik tahu Sari Bumi Sumedang kemudian melakukan uji kinerja terhadap instalasi biodigester tersebut dalam pemanfaatan limbah cair pabrik tahu Sari Bumi Sumedang sebagai penghasil gas bio. Dalam penelitian ini, Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yang terdapat di Pabrik tahu Sari Bumi Sumedang dimanfaatkan sebagai komponen bak penampungan limbah, digester dan bak pengeluaran dalam instalasi biodigester.

Instalasi biodigester yang telah dibangun memiliki spesifikasi sebagai berikut: volume bak penampungan limbah 2,99 m³, volume total digester 57,77 m³ dengan volume basah 47,57 m³, volume bak pengeluaran 29,02 m³ dan volume tempat penampung gas bio 1,42 m³. Hasil uji kinerja menunjukkan bahwa temperatur dalam digester sekitar 31,96 ºC, tingkat keasaman (pH) bahan berkisar pada 5,36 – 7,10, persentase volatil solid adalah 0,12%, produksi gas bio mencapai 2,7 m³/hari dan limbah cair pabrik tahu Sari Bumi Sumedang yang telah diproses dalam instalasi biodigester memiliki nilai COD sebesar 191,66 mg/l dan BOD sebesar 115 mg/l dimana kedua nilai tersebut telah memenuhi baku mutu yang aman. Penggunaan instalasi biodigester dapat membantu mengatasi masalah pencemaran lingkungan dengan memproses limbah cair pabrik tahu yang dihasilkan untuk memproduksi gas bio yang dapat dimanfaatkan sebagai alternatif bahan bakar.

Kebutuhan energi terus meningkat sejalan dengan berkembangnya penduduk dunia, dimana sampai saat ini minyak bumi dan gas alam merupakan sumber energi utama yang digunakan, namun persediaannya semakin terbatas karena kedua sumber energi ini termasuk jenis energi yang tidak dapat diperbaharui. Krisis energi yang terjadi sejak tahun 1969 menyebabkan energi menjadi masalah yang sangat penting. Negara-negara di dunia berlomba mencari terobosan baru dalam menghasilkan energi alternatif sebagai pengganti minyak bumi dan gas alam yang murah, mudah, dapat diperbaharui dan ramah lingkungan. Salah satu energi alternatif yang dihasilkan adalah gas bio (Meynell, 1976).

            Gas bio merupakan campuran gas-gas dari biomassa yang dihasilkan dengan

mendayagunakan bakteri melalui proses fermentasi bahan organik dalam keadaan tanpa

 oksigen (anaerob), dalam keadaan hangat, basah dan kurang udara, bakteri akan mencerna

bahan organik yang akan menghasilkan gas metana.

           Bahan baku yang dapat digunakan sebagai penghasil gas bio adalah limbah

(kotoran manusia dan hewan, sampah organik dan limbah cair yang dapat diuraikan

oleh bakteri) yangmempunyai kandungan bahanorganik lebih dari 2%. Limbah yang

bisa digunakan sebagai bahan gas bio adalah limbah cair pabrik tahu.

Tahu merupakan produk olahan kedelai yang dikenal dan digemari di Indonesia. Selain harga yang murah dan terjangkau oleh semua lapisan masyarakat, tahu memiliki nilai kandungan protein yang tinggi 7,80% (Direktorat Gizi, 1979). Menurut Suhadi Hardjo (1964) tahu merupakan hasil pengendapan sari kedelai yang mengandung protein terdispersi yang diperoleh dengan cara ekstraksi melalui perebusan, penggilingan dan diikuti dengan penggumpalan disertai pemanasan.

Bakteri ini terdapat di rawa-rawa, lumpur sungai, sumber air panas (hot spring) dan perut hewan herbivora seperti sapi dan domba. Hewan-hewan ini tidak dapat memproses rumput yang dimakan bila tidak ada bakteri anaerobik yang memecah selulosa di dalam rumput menjadi molekul yang dapat diserap oleh perut hewan tersebut (Meynell, 1976).

Karakteristik dari gas metana adalah mudah terbakar (Lapp and Robertson, 1981) dan dapat mengakibatkan ledakan (Meynell, 1976). Kandungan gas metana dengan oksigen dalam udara akan menentukan pada kandungan berapa campuran yang mudah meledak dapat dibentuk. Pada Lower Explosive Limit (LEL) 5,40% metana dan Upper Explosive Limit (UEL) 13,90% basis volume dimana di bawah 5,40% tidak cukup metana sedangkan, di atas 14% terlalu sedikit oksigen untuk menyebabkan ledakan. Percikan api dan korek api sudah cukup panas untuk menyebabkan ledakan (Meynell, 1976).

Tahapan untuk terbentuknya gas bio dari proses fermentasi anaerob dapat dipisahkan menjadi tiga seperti dapat dilihat pada Gambar 2.1 tahap pertama adalah tahap hidrolisis. Tahap kedua adalah tahap pengasaman. Tahap ketiga adalah tahap pembentukan gas metana.
Gas bio adalah gas yang mudah terbakar yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob. Terdapat tiga jenis bahan baku yang dapat digunakan sebagai bahan baku gas bio yakni kotoran manusia dan hewan, sampah organik dan limbah cair.

Kotoran Manusia dan Hewan

Sebagai bahan baku gas bio, ketersediaan kotoran hewan di Indonesia melimpah. Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran sebanyak 10 – 30 kg dan seekor ayam menghasilkan kotoran 25 g per hari. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 10 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter gas bio (Erliza, 2008).

Pembuatan gas bio dari kotoran hewan manusia dan hewan dapat dilakukan di dalam digester tanpa penambahan mikroorganisme pendegradasi secara khusus. Umumnya di dalam kotoran hewan sudah banyak mengandung mikroorganisme yang dapat mengubah limbah organik sampai menjadi gas bio.

Sampah Organik Padat

Secara garis besar, sampah dibedakan menjadi tiga jenis yaitu anorganik, organik dan khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, pabrik atau kegiatan lainnya (misalnya sampah dapur, sisa sayuran, kulit buah, buah busuk, kertas, daun-daunan, jerami dan sekam). Sampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses alami.

Berdasarkan hasil penelitian, pembuatan gas bio dari sampah organik menghasilkan gas bio dengan komposisi metana 51,33 – 58,18% dan gas CO₂ 41,82 – 48,67% (Erliza, 2008).

Limbah Organik Cair

Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu proses yang sudah tidak dipergunakan lagi. Kegiatan-kegiatan yang berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara lain kegiatan industri, rumah tangga, peternakan dan pertanian.

Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku gas bio, hanya limbah cair organik yang dapat digunakan sebagai bahan baku gas bio. Limbah cair tersebut antara lain urine hewan ternak, limbah cair rumah tangga dan limbah cair pabrik seperti pabrik tahu, tempe, tapioka, brem dan rumah potong hewan. Pengolahan limbah cair untuk gas bio dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dalam digester anaerob.

Berdasarkan penelitian Dewats dan Lembaga Pengembangan Teknologi Pedesaan (LPTP), produksi tahu berkapasitas 350 kg kedelai per hari dapat menghasilkan 5.250 liter gas bio dimana untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar satu keluarga dengan 4 – 5 orang diperlukan 1.200 hingga 2.000 liter gas bio per hari. Gas bio dapat menggantikan penggunaan bahan bakar dalam kegiatan rumah tangga seperti untuk memasak, menyalakan lampu dan penghangat ruangan atau gasolec.

Faktor yang Berpengaruh pada Proses Anaerobik

Aktivitas metabolisme mikroorganisme penghasil metana tergantung pada beberapa faktor yakni:

Temperatur

Gas metana dapat diproduksi pada dua kisaran temperatur yakni kisaran temperatur normal pada 29 – 40 ^oC dan kisaran temperatur thermophilic pada 49 – 60 ^oC. Walaupun demikian, kisaran temperatur thermophilic jarang digunakan karena sebagian besar bahan sudah dicerna dengan baik pada kisaran temperatur normal, selain itu bakteri thermophilic mudah mati jika terjadi perubahan temperatur dan keluarannya (sludge) memiliki kualitas yang rendah untuk pupuk, berbau dan tidak ekonomis untuk mempertahankan pada temperatur yang tinggi, khususnya pada iklim dingin (Fry, 1973).

Bakteri memproduksi gas metana dengan stabil dalam digester pada kisaran temperatur 32 – 35 ^oC. Kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan produksi metana di dalam digester (Fry, 1973).

Massa bahan yang sama akan diurakan dua kali lebih cepat pada temperatur 35 °C dibanding pada 15 °C seperti terlihat pada Gambar 2.2. Pada Gambar 2.3 dapat dilihat perbedaan jumlah gas yang diproduksi ketika digester dipertahankan pada temperatur 15 °C dibanding dipertahankan pada 35 °C (Fry, 1973).

Pada proses pembentukan metana perubahan temperatur berpengaruh terhadap produksi metana, yang mana melebihi batas temperatur yang diijinkan. Untuk bakteri psychrophilic selang perubahan temperatur yang diijinkan berkisar antara 2 ^oC/jam, bakteri mesophilic 1 ^oC/jam dan bakteri thermophilic 0,5 ^oC/jam. Walaupun demikian perubahan temperatur antara siang dan malam tidak menjadi masalah besar untuk aktivitas bakteri tersebut (Sufyandi, 2001).

Temperatur dalam digester diupayakan tetap stabil apabila temperatur optimal tersebut belum dicapai, panas pada bahan yang masuk ke dalam digester dapat digunakan untuk meningkatkan temperatur pada digester mencapai temperatur optimal.

Ketersediaan Unsur Hara

Protein, karbohidrat dan lipida merupakan komponen-komponen penting yang dibutuhkan dalam proses hidrolisis dan fermentasi untuk memproduksi gas metana. Nutrisi-nutrisi makro tersebut termasuk karbon, nitrogen, sulfur dan fosfor harus selalu tesedia pada bahan yang akan dicerna oleh bakteri anaerobik dalam digester (Donald, 1983).

Jumlah nutrisi harus lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri pengurai, apabila terjadi kekurangan nutrisi menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan glukosa, buangan industri dan sisa-sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. Walaupun demikian, kekurangan nutrisi bukan merupakan masalah bagi mayoritas bahan yang digunakan sebagai bahan baku gas bio karena biasanya bahan memberikan jumlah nutrisi yang mencukupi (Gunerson and Stuckey, 1986).

Lama Proses

Lama proses bahan dalam biodigester tipe aliran kontinyu, bahan akan bergerak dari inlet menuju outlet selama waktu tertentu akibat terdorong bahan baru yang dimasukkan, setelah itu bahan akan keluar dengan sendirinya. Misalnya lama proses atau pengisian bahan ditetapkan selama 30 hari, maka bahan akan berada di dalam biodigester atau menuju outlet selama 30 hari.

Setiap bahan mempunyai lama proses tertentu. Apabila terlalu banyak volume bahan yang dimasukkan (overload) maka akibatnya lama pengisian menjadi terlalu singkat. Bahan akan terdorong keluar sedangkan gas masih diproduksi dalam jumlah yang cukup banyak.

Derajat Keasaman (pH)

Untuk menjaga agar bakteri dapat mencerna bahan dengan baik maka pH yang dibutuhkan berada dalam kisaran 6,60 – 7,60 dan kisaran optimumnya adalah 7 – 7,20 (Donald, 1983).

Proses pembentukan gas metana dalam digester dimulai dengan membibitkan bakteri metana. Pada awalnya proses pencernaan bakteri akan menghasilkan gas karbondioksida dan pH akan turun hingga mencapai 6,20 (pH di bawah 6,20 akan mengakibatkan bahan mempunyai sifat toksik (racun) terhadap bakteri). Setelah 10 hari, pH mulai naik dan kemudian stabil pada 7 – 8 (Robert, 1983).

Derajat keasaman bahan di dalam digester merupakan salah satu indikator kerja digester. Derajat keasaman dapat diukur dengan pHmeter atau kertas pH. Untuk bangunan digester yang kecil, pengukuran pH dapat diambil dari keluaran (effluent) digester atau pengambilan sampel dapat diambil di permukaan digester apabila telah terpasang tempat khusus pengambilan sampel (Fry, 1973).

Rasio Karbon Nitrogen

Mikroorganisme membutuhkan nitrogen dan karbon untuk proses asimilasi pada struktur selnya (http://www.gtz.de/de/dokumente/en-biogas-volume1.pdf). Karbon digunakan sebagai energi sedangkan nitrogen digunakan untuk membangun struktur sel. Bakteri penghasil gas metana menggunakan karbon 30 kali lebih cepat daripada nitrogen (Fry, 1973).

Proses anaerobik akan optimal bila diberikan bahan makanan yang mengandung karbon dan nitrogen secara bersamaan. C/N ratio menunjukkan perbandingan jumlah dari kedua elemen tersebut. Pada bahan yang memiliki jumlah karbon 15 kali dari jumlah nitrogen akan memiliki C/N ratio 15/1 (Fry, 1973).

Bahan sebaiknya memiliki nilai C/N ratio 30:1 dikarenakan nilai ini merupakan nilai terbaik bagi pencernaan bakteri penghasil gas metana (Robert, 1983). Bila terlalu banyak karbon, nitrogen akan habis terlebih dahulu. Hal ini akan menyebabkan proses berjalan dengan lambat. Bila nitrogen terlalu banyak (C/N ratio rendah; misalnya 30/15), maka karbon habis lebih dulu dan proses fermentasi berhenti (Fry, 1973). Pencampuran limbah pertanian dengan kotoran ternak akan merubah C/N ratio untuk produksi gas yang lebih baik (Dissanayake, 1977).

Kandungan Padatan dan Pencampuran Substrat

Pencampuran bahan dalam digester sangat penting bagi menciptakan performa yang optimal dalam digester (Donald, 1983). Pencampuran bahan ini diperlukan untuk menciptakan keseragaman temperatur, mempercepat penyebaran bahan ke seluruh volume digester, memperkecil bentukan endapan padatan, memperkecil pembentukan buih dan mempersingkat pemecahan pada sistem pencernaan (Donald, 1983).

Walaupun tidak ada informasi yang pasti, mobilitas bakteri metanogenesis di dalam bahan secara berangsur-angsur dihalangi oleh peningkatan kandungan padatan yang berakibat terhambatnya pembentukan gas bio. Selain itu, yang terpenting untuk proses fermentasi yang baik diperlukan pencampuran bahan yang baik akan menjamin proses fermentasi yang stabil di dalam pencerna (Sufyandi, 2001). Hal yang paling penting dalam pencampuran bahan adalah:

- Menghilangkan unsur-unsur hasil metabolisme berupa gas (metabolites) yang dihasilkan oleh bakteri metanogen;

- Mencampurkan bahan segar dengan populasi bakteri agar proses fermentasi merata;

- Menyeragamkan temperatur di seluruh bagian pencerna;

- Menyeragamkan kerapatan sebaran populasi bakteri; dan

- Mencegah ruang kosong pada campuran bahan.

Faktor-faktor Penghambat

Kehadiran logam berat, antibiotik (bacitracin, flavomysin, lasalocid, monensin, spiramicyn) dan deterjen yang digunakan pada peternakan hewan dapat menghambat proses produksi gas metana oleh bakteri (http://www. gtz.de/de/dokumente/en-biogas-volume1.pdf). Konsentrasi maksimum unsur-unsur penghambat (inhibitor) yang diijinkan dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Daftar Batas Konsentrasi yang Diijinkan untuk Berbagai Unsur Penghambat

Unsur Penghambat	Konsentrasi Maksimum (mg/liter)
Copper	100
Kromium	200
Nikel	200 – 500
Amonia	1.500 – 3.000
Sodium	3.500 – 5.500
Potasium	2.500 – 4.500
Kalsium	2.500 – 4.500

Sumber: Ariane, 1979.

Pemanfaatan Gas Bio

Gas bio merupakan jawaban terhadap permasalahan energi yang terjadi pada saat ini dimana kita mengetahui bahwa minyak bumi dan gas alam yang merupakan sumber energi utama dunia, persediaanya dari waktu ke waktu semakin menipis dikarenakan kedua sumber energi ini termasuk jenis energi yang tidak dapat diperbaharui. Gas bio merupakan energi yang mudah, murah dan dapat diperbaharui untuk digunakan sebagai energi pengganti minyak bumi dan gas alam.

Dalam pemanfaatannya, gas bio telah digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak tanah dan LPG dalam kegiatan rumah tangga yang biasanya digunakan untuk memasak, menyalakan lampu dan penghangat ruangan atau gasolec. Selain itu, dapat digunakan pula untuk menjalankan generator untuk menghasilkan listrik dan menggerakkan motor bakar.

Dalam hal menjaga kelestarian lingkungan, gas bio telah mengambil bagian penting dimana limbah yang dihasilkan oleh kegiatan rumah tangga, industri, pertanian dan peternakan yang biasanya dibuang secara langsung ke lingkungan seperti ke sungai yang nantinya akan menjadi polutan bagi lingkungan itu sendiri namun setelah dimanfaatkan sebagai bahan penghasil gas bio, limbah tersebut tidak lagi menjadi polutan bagi lingkungan dan bahkan menjadi sumber energi bahan bakar alternatif. Pada Tabel 2.3 di bawah ini dapat dilihat kesetaraan gas bio dengan sumber energi bahan bakar lainnya.

Tabel 2.3  Kesetaraan 1.000 Liter Gas Bio dengan Sumber Energi Lain

Sumber Energi	Kuantitas
Elpiji	0,46 kg
Minyak tanah	0,62 liter
Minyak solar	0,52 liter
Bensin	0,80 liter
Kayu bakar	3,50 kg

Sumber: Dit. Pengolahan Hasil Pertanian, Ditjen PPHP (Deptan, 2006).

Nilai kalori gas bio tergantung pada komposisi metana, karbondioksida dan kandungan air di dalam gas. Gas mengandung banyak kandungan air akibat dari temperatur pada saat proses, kandungan air pada bahan dapat menguap dan bercampur dengan metana. Pada gas bio dengan kisaran normal yaitu 60% – 70% metana dan 30% – 40% karbondioksida, nilai kalori antara 20 – 26 J/cm³. Nilai kalori bersih dapat dihitung dari persentase metana seperti berikut (Meynel, 1976):

Q = k × m (1)

Dimana: Q = nilai kalor bersih (J/cm³)

k = konstanta gas bio (0,33)

m = persentase metana (%)

Tipe Digester Gas Bio

Terdapat dua tipe digester yang secara umum digunakan untuk memproduksi gas metana. Masing-masing tipe memiliki kelebihan dan kekurangan.

Tipe Batch

Pada tipe Batch, bahan organik dimasukkan ke dalam digester kemudian digester tersebut ditutup selama durasi waktu tertentu dan nantinya bahan organik tersebut akan mengalami proses fermentasi kemudian akan dihasilkan gas metana. Ketika gas metana yang diproduksi habis, bahan terproses di dalam digester dikeluarkan dan diganti dengan bahan organik yang baru (Fry, 1973). Isi dari digester biasanya dihangatkan dan dipertahankan temperaturnya. Selain itu, kadangkala diaduk untuk melepaskan gelembung-gelembung gas dari sludge (Sufyandi, 2003).

Keuntungan dati tipe Batch yaitu dapat digunakan ketika bahan tersedia pada waktu-waktu tertentu dan bila memiliki kandungan padatan tinggi (25%). Bila bahan berserat atau sulit untuk diproses, tipe Batch akan lebih cocok dibanding tipe aliran kontinyu (continuos flow) karena lama proses dapat ditingkatkan dengan mudah. Bila proses terjadi kesalahan, misalnya karena bahan beracun, proses dapat dihentikan dan dimulai dengan yang baru (Meynell, 1976). Kelemahan dari tipe ini adalah gas metana yang dihasilkan tidak konstan atau stabil (Donald, 1983). Kelemahan ini dapat diatasi dengan membangun lebih dari satu digester yang kemudian tempat penyimpanan gas metananya dikonstruksi dalam satu ruangan (Fry, 1973).

Tipe Aliran Kontinyu (Continuos Flow)

Pada tipe aliran kontinyu bahan dimasukkan ke dalam digester secara teratur pada satu ujung dan setelah melalui jarak tertentu, keluar di ujung yang lain (Gambar 2.5). Tipe ini dapat memproduksi gas metana dengan efisien ketika bahan organik yang dimasukkan ke dalam digester teratur dan mudah untuk dicerna seperti limbah pertanian, peternakan, ganggang laut, dan alga (Fry, 1973).

Keuntungan dari tepi ini adalah gas metana yang dihasilkan stabil tidak seperti yang terjadi pada tipe Batch (Donald, 1983).

Sludge masuk Sludge keluar

Jarak (L)

Gambar 2.5 Digester Tipe Aliran Kontinyu (Meynell, 1976)

Selain 2 tipe digester di atas, terdapat beberapa jenis digester gas bio yang biasa digunakan. Digester ini dibuat dengan bahan dasar batu bata dan semen yaitu Fixed dome dan Floating Drum (Sufyandi, 2001).

Digester Fixed Dome disebut juga digester Cina karena digester ini dibuat pertama kali di Cina sekitar tahun 1930, kemudian sejak saat itu digester ini berkembang dengan berbagai model. Digester ini memiliki dua bagian yaitu ruang pencerna bahan gas yang dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karena menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap. Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah (http://www.dikti.org/?q=node/99). Digester dibangun di bawah tanah dengan tujuan untuk melindungi dari temperatur yang rendah pada malam hari dan pada musim dingin dan juga temperatur yang tinggi pada musim panas. Dengan stabilnya temperatur dalam ruang pencerna akan memberikan pengaruh yang positif bagi aktivitas bakteri (http://www.gtz.de/de/dokumente/en-biogas-volume2.pdf ).

Keuntungan dari digester ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunaka digester terapung (Floating Dome) karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah (http://www.dikti.org/?q=node/99). Selain itu, umur pakai digester ini panjang yakni 20 tahun lebih (http://www.gtz.de/de/dokumente/en- biogas-volume2.pdf).

Digester Floating Dome pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan digester

India

. Memiliki bagian digester yang sama dengan digester Fixed Dome, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan (http://www.dikti.org/?q=node/99).

Keuntungan dari digester Floating Dome adalah tekanan gas yang dihasilkan konstan, dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan dengan melihat posisi dari drum. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal dan memerlukan perawatan yang intensif. Selain itu, umur drumnya pendek yakni kurang dari 15 tahun (pada iklim tropis memiliki umur 5 tahun). Bila substratnya mengandung bahan berserat akan menyebabkan pengeluaran gas terhambat karena pembentukan buih yang banyak (http://www.gtz.de/de /dokumente/en-biogas-volume2.pdf).

Karakteristik Plastik Polyethilen

Plastik ialah salah satu bahan baku yang diperoleh melalui proses sintesis dari berbagai bahan mentah yaitu minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Plastik juga dapat dinamakan bahan organik karena terdiri dari persenyawaan-persenyawaan karbon, kecuali plastik silikon yang mengandung silicium sebagai pengganti karbon (http://okasatria.blogspot.com/2008/mengenal-plastic-molding-mold-plastik.html).

Dalam perkembangannya, plastik merupakan salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Hal ini disebabkan bahan plastik mempunyai beberapa keunggulan yaitu ringan, mudah dibentuk, anti karat dan tahan terhadap bahan kimia, mempunyai sifat isolasi listrik yang tinggi, dapat dibuat berwarna maupun transparan dan biaya proses yang lebih murah. Namun begitu daya guna plastik juga terbatas karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah. Keanekaragaman jenis plastik memberikan banyak pilihan dalam penggunaannya dan cara pembuatannya (http://www.mesinuninus.files.wordpress. com/2208/02/sifat-karaktersitik-material-plastik.pdf). Salah satu jenis dari plastik adalah polyethilen.

Polyethilen terbentuk dari karbon dan hidrogen. Terdiri dari tiga bentuk yaitu Low Density Polyethylene (LDPE) yang berdensitas rendah dan relatif fleksibel, High Density Polyethylene (HDPE) berdensitas tinggi dan relatif kaku dan Polyetylene Terephtalate (PET) (http://irniaryani.wordpress.com/2008/10/20/125/). Karakteristik dari plastik polyethilen dapat dilihat pada Tabel 2.4 di bawah ini.

Tabel 2.4 Karakteristik Plastik Polyethilen

Sifat Bahan	Satuan	*Low Density Polyethilene*
Berat jenis^*	mg/m³	0.92
Kristalinitas ^*	v/o	Hampir nol
Muai panas^*	^oC ^-1	180 x 10^-6
Kekuatan tarik ^*	MN/m²	5 – 15
Kekakuan dalam flexure ^**	MN/m²	75,845 – 186,165
Pemanjangan total ^**	%	400 – 650
Index cair ^**	g/10 menit	0,2 – 30
Titik cair dari kristal ^**	^oC	108 – 120
Temperatur kerapuhan ^**	^oC	- 80 – -55
Kapasitas kalor ^**	kal/^oC/gm	0,5 – 0,55
Daya hantar panas ^**	kal/cm².s/^oC x 10^-4	6 – 8
Ketahanan panas terhadap pemakaian terus-menerus ^*	^oC	55 – 80
Daya tahan 10 menit ^*	^oC	80 – 85

Sumber: ^* Van Vlack, 1994

^**Raff and Allison, 1956

2.8 Aspek Ergonomi

Ergonomi adalah suatu cabang ilmu sistematis untuk memenfaatkan informasi-informsi mengenai kemampuan dan keterbatasan manusia untuk merancang sistem kerja, sehingga manusia dapat hidup dan bekerja dalam sistem yang baik, efektif, aman dan nyaman (http://www.widyo.staff.gunadarma.ac.id/files/

623/keITS+(edit).doc).

Maksud dan tujuan ergonomi diarahkan pada upaya memperbaiki performance kerja manusia dan mampu memperbaiki pendayagunaan SDM serta meminimalisir kerusakan alat atau peralatan yang disebabkan oleh kesalahan manusia (Human Error). Sedangkan pendekatan khusus ergonomi merupakan aplikasi sistematis dari segala informasi yang relevan berkaitan dengan karakteristik dan perilaku manusia dalam perencanaan peralatan, fasilitas dan lingkungan kerja yang dipakai (http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-makalah-tentang/ergonomi). Aplikasi atau penerapan ergonomi (Pusat Kesehatan Kerja Departemen Kesehatan RI):

1. Posisi kerja

Posisi kerja terdiri dari posisi duduk dan posisi berdiri, posisi duduk dimana kaki tidak terbebani dengan berat tubuh dan posisi stabil selama bekerja. Sedangkan posisi berdiri dimana posisi tulang belakang vertikal dan berat badan tertumpu secara seimbang pada dua kaki.

2. Proses kerja

Para pekerja dapat menjangkau peralatan kerja sesuai dengan posisi waktu bekerja dan sesuai dengan ukuran anthropometrinya. Harus dibedakan ukuran anthropometri barat dan timur.

3. Tata letak tempat kerja

Display harus jelas terlihat pada waktu melakukan aktivitas kerja. Sedangkan simbol yang berlaku secara internasional lebih banyak digunakan daripada kata-kata.

4. Mengangkat beban

Bermacam-macam cara dalam mengangkat beban yakni, dengan kepala, bahu, tangan, punggung dan sebagainya. Beban yang terlalu berat dapat menimbulkan cedera tulang punggung, jaringan otot dan persendian akibat gerakan yang berlebihan.

Observasi Kebutuhan Instalasi Biodigester Limbah Cair Pabrik Tahu dan Informasi Kebutuhan Bahan Bakar

Observasi kebutuhan biodigester limbah cair pabrik tahu dan informasi kebutuhan bahan bakar untuk memasak dilakukan dengan wawancara dengan pengusaha dan pekerja di pabrik tahu Sari Bumi Sumedang dimana hal ini dilakukan untuk mengetahui kebutuhan biodigester, yaitu dengan mengetahui jumlah produksi tahu yang diproduksi, jumlah limbah cair yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu, kebutuhan konsumsi minyak tanah atau LPG dalam kegiatan rumah tangga. Harapan pengusaha dan pekerja pabrik tahu apabila instalasi biodigester telah dibangun dalam menggantikan bahan bakar konvensional (minyak tanah dan LPG) dan ketersediaan lahan bagi penempatan instalasi biodigester.

Pengujian Pendahuluan

Pada tahap ini dilakukan pengukuran temperatur lingkungan di sekitar instalasi biodigester yang akan dibangun. Temperatur akan mempengaruhi pertumbuhan bakteri dan produksi metana di dalam digester. Juga dilakukan pengukuran TS dan VS untuk mengetahui kandungan nutrisi limbah cair pabrik tahu tersebut.

Limbah cair pabrik tahu dialirkan ke dalam IPAL Sari Bumi Sumedang, yang mulanya hanya digunakan sebagai pembersih limbah cair tahu dari zat-zat polutan sebelum dibuang ke sungai yang berada di samping pabrik tahu Sari Bumi Sumedang. Fungsi IPAL ini ditambah bukan hanya sebagai pembersih limbah cair tahu dari zat-zat polutan, digunakan pula sebagai tempat proses fermentasi limbah cair tersebut untuk menghasilkan gas bio dengan cara memanfaatkan IPAL tersebut menjadi bak penampungan, digester dan bak pengeluaran pada instalasi biodigester.

Analisis Teknik Instalasi Biodigester

Analisis teknik dilakukan untuk menghitung ukuran dimensi dari komponen-komponen instalasi biodigester. Selain itu tata letak dan anthropometri dari instalasi biodigester perlu dipertimbangkan untuk kenyamanan kerja operator.

Pembangunan Biodigester

Tahap ini adalah pembangunan instalasi biodigester yang dilakukan di pabrik tahu Sari Bumi Sumedang.

Pengujian di Lokasi

Pengujian dilakukan di pabrik tahu Sari Bumi Sumedang terhadap kinerja dari instalasi biodigetser yang meliputi pengukuran temperatur pada bak penampungan limbah, digester dan bak pengeluaran, pengukuran tingkat keasaman (pH) pada bahan, pengukuran tekanan pada penampung gas bio, pengukuran volume gas yang dihasilkan pada penampung gas bio dan pengujian aplikasi memasak. Pengukuran temperatur dan pH dilakukan pada inlet, outlet dan tiga lubang sampel pada digester. Tiap lubang sampel memiliki jarak tertentu sesuai dengan yang terdapat pada IPAL yakni jarak dari inlet ke lubang pertama adalah 0,70 m, jarak lubang pertama ke lubang kedua adalah 5,60 m, jarak lubang kedua ke lubang ketiga adalah 1,60 m dan jarak lubang ketiga ke outlet adalah 1,10 m sehingga pada lubang pertama akan didapat untuk sampel bahan yang telah diproses selama 2 hari, lubang kedua 3 hari dan lubang ketiga 4 hari.

Temperatur

Temperatur merupakan faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri dan bakteri yang bekerja berpengaruh pada produksi gas metana. Pengukuran temperatur dilakukan dengan menggunakan termometer digital.

Tingkat Keasaman (pH)

Bila proses fermentasi berlangsung dalam keadaan normal dan anaerobik, derajat keasaman berkisar 6,60 – 7,60. Bila derajat keasaman lebih kecil dari 6,20 maka bahan akan mempunyai sifat toksik (racun) terhadap bakteri metanogenik yang nantinya akan menghambat proses fermentasi. Pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan pHmeter digital.

Tekanan Penampung Gas Bio

Perbedaan tekanan pada 2 titik dalam cairan dapat diukur dengan menggunakan alat “pengukur selisih tekanan” atau memakai manometer yang langsung dapat mengukur perbedaan tekanan (Soedradjat, 1983). Tekanan gas pada penampung diukur dengan menggunakan manometer U. Seperti terlihat pada Gambar 3.2, salah satu selang manometer dihubungkan dengan penampung gas bio sedangkan lubang satunya terbuka terhadap tekanan udara luar.

Volume Gas yang Dihasilkan

Alat ukur meteran dan manometer U digunakan untuk mengukur produksi gas bio pada penyimpan gas. Penyimpan gas memiliki pemberat pada puncaknya, sehingga memudahkan dalam menghitung tinggi yang dihasilkan oleh akumulasi gas pada plastik penampung. Volume penampung gas dapat dihitung menggunakan rumus volume silinder.

V = π × r² × t (3)

Dimana: V = volume penampung gas berbentuk silinder (m³)

π = 3,14

r = jari-jari penampung gas (m)

t = tinggi penampung gas (m)

Volume gas yang diproduksi diukur setelah digester terisi penuh dan aliran bahan berjalan tiap hari selama 5 hari. Volume gas dihitung dengan cara menghitung volume yang dapat dibentuk gas pada penyimpan sementara per hari dan diukur tekanannya. Pengukuran dilakukan setiap 4 jam, yaitu dari pukul 09.00 sampai pukul 17.00.

Selanjutnya dapat dihitung massa gas yang dihasilkan melalui persamaan berikut:

m = ρ_gasbio x V (4)

Dimana: m = massa (kg)

V = volume penampung gas bio (m³)

ρ_gasbio = massa jenis gas bio (kg/m³)

Pengujian Aplikasi

Gas bio yang dihasilkan diujicobakan untuk memasak air dan nasi dengan menggunakan kompor gas bio dan alat masak yang biasa digunakan. Pada pengujian ini dilakukan penghitungan volume, massa gas dan waktu yang digunakan untuk memasak.

Pengujian di Laboratorium

Tahap berikutnya adalah pengujian yang dilakukan di laboratorium. Adapun parameter-parameter yang dilakukan pengujian adalah Total solid dan Volatil solid, jumlah koloni bakteri, COD dan BOD dan kandungan gas bio. Sampel Total Solid dan Volatil Solid dan jumlah koloni bakteri yang nantinya dilakukan pengujian di laboratorium diambil pada inlet, outlet dan tiga lubang sampel pada digester. Sedangkan sampel untuk pengujian COD dan BOD diambil pada inlet dan outlet. Tiap lubang sampel memiliki jarak tertentu sesuai dengan yang terdapat pada IPAL yakni jarak dari inlet ke lubang pertama adalah 0,70 m, jarak lubang pertama ke lubang kedua adalah 5,60 m, jarak lubang kedua ke lubang ketiga adalah 1,60 m dan jarak lubang ketiga ke outlet adalah 1,10 m sehingga pada lubang pertama akan didapat untuk sampel bahan yang telah diproses selama 2 hari, lubang kedua 3 hari dan lubang ketiga 4 hari.

Total Solid dan Volatil Solid

Pengukuran Total Solid dan Volatil Solid dilakukan di Laboratorium Kimia Pangan Jurusan Teknologi Industri Pangan Fakultas Teknologi Industri Pertanian Universitas Padjadjaran.

Volatil solid (VS) didapatkan dengan menghitung berat dari bahan organik yang terbakar ketika bahan kering dipanaskan sekitar 600 ^oC. Penghitungan ini merupakan cara untuk mengetahui bahan organik dan dapat dianggap sebagai jumlah padatan yang dapat dikonversikan oleh bakteri (Fry, 1973).

Jumlah volatil solid (VS) yang terproses menunjukkan jumlah bahan organik yang terdekomposisi dan gas yang diproduksi. Untuk mendapatkan volatil solid (VS), bahan harus dikeringkan dahulu untuk mendapatkan Total solid. Total Solid sendiri merupakan gabungan dari volatil solid (VS) atau bahan yang dapat diproses dan fixed solid atau bahan yang tidak dapat diproses (Fry, 1973). Pengeringan dilakukan dua tahap pertama pengeringan oleh oven kompor minyak tanah (60 – 80 ^oC) kemudian dengan menggunakan oven (105 ^oC).

Menurut Singh dalam Dissanayake (1977), kandungan padatan optimal adalah antara 7 – 9%.

Total Solid = (Berat Bahan Kering / Berat Bahan Basah) x 100% (5)

Volatil Solid = (Berat Bahan Kering (600 ^oC) / Berat Bahan Basah) x 100% (6)

Koloni Bakteri

Penghitungan jumlah koloni bakteri pada penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biologi dan Bioteknologi Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran dengan menggunakan metode hitungan cawan. Prinsip dari metode hitungan cawan adalah jika sel jasad renik yang masih hidup ditumbuhkan pada medium agar, maka sel jasad renik tersebut akan berkembang biak dan membentuk koloni yang dapat dilihat langsung dan dihitung dengan mata tanpa menggunakan mikroskop (Fardiaz, 1992).

COD dan BOD

Pengukuran COD dan BOD di Laboratorium Kualitas Air Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung.

Persentase Gas Metana dan Nilai Kalor Bersih Gas Bio

Pengukuran persentase gas metana dalam gas bio dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral dengan menggunakan alat GCMS. Dengan menghitung persentase gas metana dapat dihitung nilai kalor bersih gas bio pada Persamaan (1).

Analisis Ekonomi

Analisis Ekonomi investasi biodigester yang dibangun dilakukan dengan membandingkan dengan nilai kesetaraan kalor bahan bakar dengan gas bio yang dihasilkan. Analisis ini meliputi perhitungan Net Present Value (NPV) dan Benefit Cost Ratio (BCR) dari investasi yang dilakukan.

Algoritma penelitian:

Masukkan A (jumlah limbah cair tahu) dan B (jumlah kebutuhan bahan bakar);
Tampilkan A dan B;
Masukkan C (berat bahan kering pada suhu 105 °C), D (berat bahan basah), E (berat bahan kering 600 °C) dan F (temperatur);
Hitung G (total solid) = (C/D)*100;
Hitung H (volatil solid) = (E/D)*100;
Tampilkan F, G dan H dengan nama pengukuran pendahuluan;
Masukkan I (panjang bak penampung limbah), J (lebar bak penampung limbah), K (tinggi bak penampung limbah), L (panjang digester), M (lebar digester), N (tinggi digester), O (panjang bak pengeluaran), P (lebar bak pengeluaran), Q (tinggi bak pengeluaran), R (jari-jari penampung gas bio) dan S (tinggi penampung gas bio);
Hitung T (volume bak penampung digester) = I*J*K;
Hitung U (volume digester) = L*M*N;
Hitung V (volume bak pengeluaran) = O*P*Q;
Hitung W (volume penampung gas bio) =(3.14*R*R)*S;
Tampilkan T, U, V dan W dengan nama pembangunan instalasi biodigester;
Masukkan X (temperatur), Y (nilai pH), Z (tinggi fluida 1), AA (tinggi fluida 2), AB (tinggi gas dalam manometer), AC (tinggi penampung gas bio), AD (waktu untuk memasak nasi), AE (tinggi penampung terpakai (nasi)), AF (waktu untuk memasak air) dan AG (tinggi penampung terpakai (air));
Hitung AH (tekanan penampung gas bio) = 101325 + (998*9.8*(Z-AA)) - 1.18*9.8*AB;
Hitung AI (volume penampung gas bio) = (3.14*R*R)*AC;
Hitung AJ (volume masak nasi terpakai) = (3.14*R*R)*AE;
Hitung AK (volume masak air terpakai) = (3.14*R*R)*AG;
Tampilkan X, Y, AH, AD, AI, AJ, AF dan AK dengan nama pengukuran di lokasi;
Masukkan AL (nilai kandungan gas bio), AM (COD), AN (BOD), AO (jumlah koloni bakteri), AP (berat bahan kering pada suhu 105 °C) dan AQ (berat bahan kering pada 600 °C);
Hitung AR (total solid) = (AP/D)*100;
Hitung AS (volatil solid) = (AQ/D)*100;
Tampilkan AL, AM, AN, AO, AR dan AS dengan nama pengukuran di laboratorium;
Masukkan AT (biaya awal), AU (nilai rongsok), AV (umur teknis), AW (bunga modal), AX (biaya perawatan) dan AY (biaya variabel);
Hitung AZ (depresiasi) = (AT-AU)/AV;
Hitung BA (bunga modal) = (AW*AT*(AV+1))/(2*AV);
Hitung BB (biaya perawatan) = AX*AT;
Hitung BC (total biaya tetap) = AZ+BA+BB;
Hitung BD (total biaya pokok) = BC +AY;
Masukkan BE (PV pendapatan) dan BF (PV pengeluaran);
Hitung BG (Nilai NPV) = BE-BF;
Hitung BH (Nilai BCR) = BE/BF; dan
Tampilkan AZ, BA, BB, BC, BG, BH dengan nama analisis ekonomi.

Algoritma di atas menjelaskan tahapan penelitian observasi kebutuhan biodigester limbah cair pabrik tahu dan informasi kebutuhan bahan bakar sampai dengan analisis ekonomi.

Pembangunan Instalasi Biodigester

Produksi pabrik tahu Sari Bumi Sumedang setiap harinya menghasilkan 2 jenis limbah yakni limbah padat (berupa ampas tahu) dan limbah cair. Dengan melihat ketersediaan limbah cair pabrik tahu sebagai bahan gas bio yang dihasilkan setiap harinya maka biodigester yang dirancang adalah biodigester tipe aliran kontinyu dimana bahan dimasukkan secara kontinyu setiap hari.

Alur pemanfaatan limbah cair pabrik tahu yang akan diproses menjadi gas bio dimana gas bio yang dihasilkan selanjutnya akan digunakan sebagai bahan bakar dalam kegiatan rumah tangga dapat dilihat pada Gambar 4.6. Dalam instalasi biodsigester ini, IPAL yang telah dimanfaatkan berfungsi sebagai bak penampungan limbah cair industri tahu, digester dan bak pengeluaran. Limbah cair industri tahu yang dihasilkan akan dilairkan dari pabrik industri tahu melalui pipa ke inlet yang kemudian akan masuk ke dalam biodigester. Gas bio yang dihasilkan akan dialirkan ke penampung gas bio yang nantinya gas tersebut dengan tekanan tertentu memalui pipa akan mengalir ke kompor yang selanjutnya dapat digunakan untuk memasak. Limbah cair industri tahu yang telah diproses menjadi gas bio selama waktu tertentu akan keluar melalui outlet.