## Diyono Ikhsan;  Dwi Handayani;  Murni
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Email : dwihandayanimt@gmail.com

## Abstract
Production  of  biogas  and  organic  fertilizer  from  organic  waste  is  done  by  creating  a  semi-continuous digester design is a flat pipe and operate continuously or bait can be inserted periodically every day, and  its  products  can  be  taken  periodically  at  any  time.  At  the  optimum  residence  time  can  be  designed digester volume corresponding to a certain capacity, the variation ratio of the length and diameter of the pipe, whichever is best for optimum biogas
production.
Outcomes of the research is a prototype digester flat pipes that can operate semi-continuous along with its performance  test.  Design semi-continuous digester  using pralon pipe diameter  of  6  in,  with  the  length  of each digester m A = 2, B = 4 m, and C = 6 m, equipped hopper for feeding suspension, bulkhead divider so that biogas does not leak, and the stirrer tank float models. The results showed that the biogas production on day 7 to day 30, there was an increase biogas production sharply, after it approaching constant and up to 60 days  tended  to decline. In the longer digester (B  and C) there  are  fluctuations  in  the production of biogas. From the graph the relationship between the capacity of the biogas production time from day 1 to day  60  following  polynomial  equation  with  a  similar pattern,  for  the digester  with  the  equation  y  =  A  + 2,287x -0,026x2 - 8.577 (R¬2 = 0.966); digester B with the equation y = -0,026x2 2,297x + - 8.683 (R 2 = 0.963);  and  digester  C  with  equation  y  =  -0,025x2  2,232x  +  -  8.886  (R  2  =  0.962). Mud  coming  out  at  the  end  of  the  digester  after  30  days  was  collected  and  dried  as  organic  fertilizer. Results of laboratory analysis, showed the water  content 10.72%, 44.05% organic C content, C / N Ratio 25.70,  total  P 2 O 5 content  of  0.67%  and  7.71%  N  levels.  This  suggests  that  these  parameters  meet  the quality standards of organic fertilizers except C / N Ratio greater. But this is not a problem because the levels of organic C and  N levels separately meet quality standards.
Keywords: digester, biogas, organic fertilizer

## PENDAHULUAN
Produksi  biogas  dan  pupuk  organik dari  sampah  organik  menggunakan  digester silinder  tegak  dengan  proses  batch  bisa berlangsung  dengan  baik,  namun  proses secara batch sehingga tidak bisa memasukkan  umpan  terus-menerus    setiap hari,  pada  hal  produksi  sampah  biasanya berlangsung  setiap  hari.  Namun  demikian, bila dipaksakan harus menggunakan digester dalam  jumlah  banyak  beroperasi  secara  seri dan  terjadwal.  Sedangkan  bila  digester silinder  dirancang  kontinyu  dengan  waktu tinggal  bahan  yang  lama  (  30  hari  ),  pada kapasitas  yang  memadahi  untuk  produksi
sampah pada umumnya, maka  harus dengan ukuran digester   yang  besar. Disamping  itu, dengan  waktu  tinggal  yang  relatif  lama, memiliki  kelemahan  bahwa  semua  bahan yang  masuk    tidak  terjamin  tinggal  dalam digester dalam waktu yang sama / merata. Oleh  karenanya  diperlukan  penelitian bertujuan  untuk  membuat  rancang  bangun digester  semi  kontinyu  yang  berupa  pipa datar  dan  beroperasi  secara  kontinyu  atau umpan  bisa  dimasukkan  secara  periodik setiap  hari,  produkpun  bisa  diambil  secara periodik  setiap  saat.  Pada  waktu  tinggal yang  optimum  bisa  dirancang  volume digester yang  sesuai  untuk  kapasitas

## RANCANG BANGUN DIGESTER SEMI KONTINYU PADA PRODUKSI BIOGAS DAN PUPUK ORGANIK DARI SAMPAH ORGANIK
tertentu, dengan variasi perbandingan
panjang  dan  diameter  pipa,    dipilih  yang terbaik untuk produksi biogas yang optimum.
Luaran  dari  penelitian  berupa  prototype digester  pipa  datar  yang  dapat  beroperasi secara  semi  kontinyu  beserta uji kinerjanya,
yang akan dipublikasikan dan disosialisasikan pada masyarakat.

## TINJAUAN PUSTAKA Reaktor Biogas
Pada  umumnya  pengertian  Reaktor adalah  suatu  tempat  terjadinya  suatu  reaksi kimia  dimana  konstruksinya  tergantung  dari variabel yang dibutuhkan untuk proses kimia tersebut,  seperti  koefisien  perpindahan panas,  tekanan,  suhu,  volume,  konsentrasi, dll.
Beberapa  hal  yang  harus  dipertimbangkan dalam pembangunan biodigester/reaktor : Lingkungan  abiotis :  Biodigester  harus tetap  dijaga  dalam  keadaan  abiotis  (tanpa kontak langsung dengan Oksigen (O2). Temperatur :  Tergantung  bakterinya  : Psicrophilic ( 4 – 20 o C) ; Mesophilic ( 20 – 40 o C)  ; Thermophilic (  40  –  60 o C)  Untuk negara  tropis  seperti  Indonesia,  digunakan unheated digester (digester
tanpa pemanasan)  untuk  kondisi  temperatur    20  – 30 o C. Derajat  keasaman  (pH) :    pH  antara  6,6  – 7,0)  dan  pH  tidak  boleh  di  bawah  6,2. Kebutuhan  Nutrisi  : antara  lain  ammonia (NH3)  sebagai  sumber  Nitrogen,  fosfor dalam  bentuk  fosfat  (PO4),  magnesium (Mg)  dan  seng  (Zn)  dalam  jumlah  yang sedikit.
Kadar Bahan Kering : Proses pembentukan biogas  mencapai  titik  optimum  apabila konsentrasi bahan kering terhadap air adalah 0,26 kg/L.
Pengadukan :    untuk  mencegah  terjadinya benda-benda  mengapung  pada  permukaan cairan dan  mencampur methanogen dengan substrat serta menghomogenkan suhu. Zat  Racun  (Toxic) :  Beberapa  zat  racun yang  dapat  mengganggu  kinerja  biodigester antara lain air sabun, detergen, creolin. Pengaruh  starter :  diperlukan  untuk mempercepat proses fermentasi anaerob.

## Pemilihan jenis biodigester.
Pemilihan  jenis  biodigester  disesuaikan dengan kebutuhan dan kemampuan
pembiayaan/ finansial. Dari  segi konstruksi, biodigester dibedakan menjadi:
Fixed  dome -  Biodigester  ini  memiliki volume  tetap  sehingga  produksi  gas  akan meningkatkan tekanan dalam reactor (biodigester).  Karena  itu,  dalam  konstruksi ini gas yang terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor.
Floating  dome -  Pada  tipe  ini  terdapat bagian  pada  konstruksi  reaktor  yang  bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor  ini  juga  menjadi  tanda  telah dimulainya  produksi  gas  dalam  reaktor biogas.  Pada  reaktor  jenis  ini,  pengumpul gas  berada  dalam  satu  kesatuan  dengan reaktor tersebut.
Dari  segi  aliran  bahan  baku  reaktor  biogas, biodigester dibedakan menjadi:
Bak  (batch) -  Pada  tipe  ini,  bahan  baku reaktor  ditempatkan  di  dalam  wadah  (ruang tertentu)  dari  awal  hingga  selesainya  proses digesti.  Umumnya  digunakan  pada  tahap eksperimen  untuk  mengetahui  potensi  gas dari limbah organik.
Mengalir  (continuous) -  Untuk  tipe  ini, aliran  bahan  baku  masuk  dan  residu  keluar pada  selang  waktu  tertentu.  Lama  bahan baku  selama  dalam  reaktor  disebut  waktu retensi hidrolik ( hydraulic retention time /HRT).
Sementara  dari  segi  tata  letak  penempatan biodigester, dibedakan menjadi:
 Seluruh  biodigester  di  permukaan tanah
 Sebagian  tangki  biodigester  di bawah permukaan tanah
 Seluruh tangki biodigester di bawah
permukaan tanah Komponen pada biodigester sangat bervariasi, tergantung pada jenis biodigester yang  digunakan,  secara  umum  biodigester terdiri  dari  komponen-komponen  utama sebagai berikut:
1. Saluran  masuk  Slurry  (kotoran segar)
2. Saluran keluar residu
3. Katup  pengaman  tekanan  (control valve) –
4. Sistem pengaduk Saluran gas 5. Tangki penyimpan gas (www.kamase.org,”Cara mudah membuat digester biogas”. 2008)
Menurut  Arinal  Hamni  (  2008  ), bahwa  produksi  biogas  dari  kotoran  ternak bisa  dilakukan  pada  digester  silinder  datar yang  beroperasi  secara  kontinyu  atau pemasukan  umpan  secara  periodik  setiap hari,  hal  ini  sangat  dimungkinkan  karena campuran  kotoran  ternak  dengan  air  bisa menjadi  suspensi  yang  halus,  sehingga secara kontinyu bisa mengalir
Dari  penelitian  terdahulu  (  Diyono Ikhsan  dkk,  2011  )  produksi  biogas  dan pupuk organik dari sampah organik menggunakan digester silinder tegak beroperasi  secara  batch,  bisa  berlangsung dengan  baik.  Suspensi  sampah  yang dipersiapkan  sesuai  hasil  yang  terbaik  pada penelitian terdahulu, adalah pada konsentrasi 9  %  dengan  penambahan  EM-4  0,5  % volume dan untuk menambah asupan bakteri metanogen,  pada  hari  pertama  ditambah kotoran  sapi  yang  masih  baru  seberat  50  % berat sampah.

## METODOLOGI

## Bahan dan Alat.
a. Bahan :
Bahan  yang  digunakan  : Sampah  organik yaitu sampah pasar, kotoran sapi, EM – 4 ,Air.

## Variabel pengujian kinerja :
Variabel  bebas  :  Panjang  pipa  digester diamater 6 in : variasi 2m, 4m dan 6m Variabel kendali :Konsentrasi slurry :   9 kg sampah/ 100 liter slurry . 4,5 kg kotoran sapi/
100  liter slury , hanya pada saat start-up 0,5 liter EM-4/ 100 liter slurry .
Volume  umpan/slurry  masuk  setiap  hari  : 1/30 volume digester.
Variabel  Tergantung  :  Laju  produksi  gas. Rancangan  bangun  digester  semi  kontinue menggunakan  pipa  pralon  diameter  6  in, dengan panjang masing-masing digester A = 2  m,  B  =  4  m,  dan  C  =  6  m,  dilengkapi hopper  untuk  pengumpanan  suspensi,  sekat pembatas agar biogas tidak bocor, pengaduk dan  tangki  penampung  modal  pelampung. Pada  awal  pengumpanan  suspensi  terdiri dari  sampah  organik  dan  kotoran  sapi dengan  perbandingan  berat  kering  1  :  1,  1 EM-4  dan  500  gram  MPK  dibuat  suspensi dengan penambahan air sehingga konsentrasi  9  %,  kemudian  dimasukkan  ke dalam  digester  A,  B,  dan  C  sampai  90% volume digester.
Selanjutnya  setiap  hari  dimasukkan suspensi  baru  yang  terdiri  sampah  organik sebanyak  1/30  volume  suspensi  yang  ada pada masing-masing digesgter.
b. Alat : Pipa pralon , Drum plastik , Slang, kran, elbow ,lem plastik , alat analisa.
Gambar Rangkaian Alat :
Keterangan gambar :
1. Hopper/pemasukan umpan
2. Digester pipa
3. Kran pengatur gas keluar
4. Pipa penghubung kepenampungan gas
5. Keluaran sludge secara overflow
6. Buffle / penyekat ruang gas
7. Pengaduk
8. Ruangan cairan / suspensi
9. Ruangan gas
Keterangan gambar :
1. Drum penampung air
2. Drum penampung biogas ( floating drum)
3. Pipa pemasukan biogas dari digester
4. Pipa keluaran biogas
5. Manometer 6. Batang tegak penguat posisi drum penampung biogas
7. Cincin pengait
7 6 5 Gambar : Digester biogas datar 3 4 1 9 8
1 2 Gambar  Penampung biogas 3 4 5 6 7
4 1 2 3 4 5 7

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Laju Produksi Biogas untuk digester dengan panjang 2m (A); 4 m (B) dan 6m (C)
Hasil analisa kualitas pupuk organik.
No Parameter Satuan Hasil Uji Metode Uji Standar Mutu 1 Kadar Air % 10,72 Gravimetri Maks 50% 2 Kadar C organik % 44,85 Gravimetri Min 9,80% 3 C/N Ratio - 25,70 Perhitungan 10 – 20 4 Kadar P 2 O 5 total % 0,67 Spektrofotometri Min 0,1 % 5 Kadar N % 1,71 Kjildahl Min 0,40 %
Pengamatan produksi  biogas pada hari  ke 7 sampai hari ke 30 menunjukkan peningkatan yang  tajam,  setelah  itu  mendendekati konstan  dan  sampai  hari  ke  60  cenderung terjadi  penurunan.  Kinerja  masing-masing digester  yang  ditunjukkan  melalui  grafik hubungan produksi biogas (L/100L
suspensi)  setiap  hari  terhadap  waktu  (hari) kurvanya  hampir  sama, hanya pada digester yang  makin  panjang  (B  dan  C)  terjadi fluktuasi produksi biogas. Hal ini dimungkinkan  makin  panjang  digester, makin  terjadi  hambatan  aliran  suspensi karena  adanya  gumpalan  suspensi  yang menyumbat, sehingga waktu tinggal
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 40 50 60 70 k a p a si ta s p r o d u k si b io g a s ( L / 1 0 0 L S u sp en si ) p er h a r i hari ke A B C
suspensi  tidak  merata.  Akibatnya  laju produksi  biogas  tidak  teratur.  Dari  grafik hubungan  antara  kapasitas  produksi  biogas terhadap waktu dari hari ke 1 sampai hari ke 60  mengikuti  persamaan polinomial  dengan pola  yang  hampir  sama,digester  A  dengan persamaan  y  =  -0,026x 2 +  2,287x  –  8,577 (R 2 = 0,966); digester B dengan persamaan y =  -0,026x 2 +  2,297x  –  8,683  (R 2 =0,963); dan  digester  C  dengan  persamaan  y  =  - 0,025x 2 + 2,232x – 8,886 (R 2 =  0,962).
Lumpur  yang  keluar  pada  ujung digester  setelah  hari  ke  30  ditampung  dan dikeringkan  sebagai  pupuk  organik.  Hasil analisi laboratorium, menunjukkan kadar air 10,72  %,  kadar  C  organik  44,05%,  C/N Ratio  25,70,  kadar  P 2 O 5 total  0,67%  dan kadar N 7,71%. Hal ini menunjukkan bahwa parameter-parameter  tersebut  memenuhi standar  baku  mutu  pupuk  organik  kecuali C/N  Ratio  yang  lebih  besar.  Namun  hal  ini tidak  masalah  karena  kadar  C  organik  dan kadar  N  secara  terpisah  memenuhi  standar mutu.

## KESIMPULAN
a. Produksi  biogas  di  mulai  pada  hari ke  7  dan  naik  secara  signifikan sampai  hari  ke  30,  kemudian konstan dan cenderung turun sedikit, hal ini pertanda berkurangnya bakteri  organisme  sehingga  perlu ditambah asupan bakteri baru.
b. Laju produksi mempunyai pola yang hampir sama, yaitu mengikuti persamaan polinomial. Untuk digester A dengan persamaan:
y = -0,026 x 2 + 2,287 x – 8,577 (R 2
= 0,966), digester B dengan persamaan : y = -0,026 x 2 + 2,297 x – 8,683 (R 2 =  0,963)  dan  digester  C  dengan persamaan :  y  =-0,025 x 2 + 2,232 x – 8,886 (R 2 = 0,962)
c. Lumpur yang keluar setelah
produksi  biogas    hari  ke  30dan seterusnya  bisa  digunakan  sebagai pupuk  organik  yang  memenuhi standar mutu pupuk organik.

## SARAN
Untuk  aplikasi  digester  pipa  datar sebaiknya  diameternya  tidak  terlalu  kecil, hal  ini  dilakukan  untuk  menghindari penyumbatan  suspensi  di  tengah  digester yang  akan  mengganggu  kontinuitas  aliran suspensi.

## DAFTAR PUSTAKA
Arinal  Hamni, 2008, “Rancang  Bangun  dan An  alisa  Tekno  ekonomi  Alat Biogas  dari  Kotoran  Ternak  Skala Rumah  Tangga”,    Teknik  Mesin, Unila, Lampung.
A.S.  Abdulkareem.  2005.  Refining  Biogas
Produced  from  Biomass  :  An Alternative to Cooking Gas. Chemical Engineering Depart, Federal  University  of  Technology, Minna, Niger State, Nigeria. Leonardo Journal of Sciences,  Issue 7, p.1-8, July-December 2005.
Budiman  S.,  Richardo.  2010.  Analisis
Potensi  Biogas  untuk  menghasilkan Energi  Listrik  dan  termal  pada Gedung Komersiil di daerah Perkotaan  (Studi  kasus  pada  Mal Metropolitan Bekasi) Program Magister Teknik Elektro FT-UI.
Deublein,  D  dan  Steinhauser,  A.  2008.
Biogas  from  Waste  and  Renewable
Resources.Wiley-vch. Weinheim
Diyono  I.,  Dwi  H.,  2011.  Pengembangan Proses  Degradasi  Sampah  Organik untuk            Produksi  Biogas  dan Pupuk  Organik,  Fakultas  Teknik, Undip, Semarang.
Nugroho  Hadi,  HS.  1980,  Teknologi  Gas Bio  sebagai  sumber  energi  dan
Pengembangan Desa, Lembaran
Publikasi  Lemigas.  No.IV.  Tahun XIII.
Sihombing,D.T.H. 1980, Prospek penggunaan  biogas  untuk  energi pedesaan  di  Indonesia,  Lembaran
Publikasi  Lemigas,  No.  2,  tahun
XIV
Simamora,  S.,  Salundik,  S.  Wahyuni,  dan Sirajudin.  2008.  Membuat  Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas  dari  Kotoran  Ternak  Cetakan Keempat.  PT.  AgroMedia  Pustaka, Jakarta.
Syamsudin,  T.R.  dan  H.H.  Iskandar.  2005. Bahan Bakar Alternatif Asal Ternak. Sinar  Tani,  Edisi  21-27  Desember
2005. No. 3129 Tahun XXXVI.
Widodo,  T.  W.  Dan  Asari,  A.  2009.  Teori dan  Konstruksi  Instalasi  Biogas, Balai  besar              Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Badan Litbang Pertanian. Serpong. Yani,  L.  Rina  dan  Yulinah,  T.  2010. Pemanfaatan Biomassa Eceng Gondok Sisa Pengolahan LimbahTekstil  Pencelupan  Benang sebagai  Penghasil  Biogas.    Jurusan Teknik  Lingkungan  FTSP  –  ITS. Surabaya “Cara Mudah Membuat Digester Biogas”, www.kamase.org , 3
November 2008
“Sampah  Organik  sebagai  Bahan  Baku Biogas”, www.chem-is-try.org ,    4 Maret 2009