## PISTON Journal of Technical Engineering:

## Analisis Biodigester pada Proses Sintesis Biogas dari Sampah Organik Kota Tegal
Joko Setiyono 1,a) dan Silviana Simbolon 2
1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila Jakarta Jl. Borobudur No.7 Menteng, Jakarta Pusat, 10320
2 Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No 1, Tangerang Selatan, 15417
E-mail: a) jojosetiyono@yahoo.co.id
Masuk : 16 Februari 2017 Direvisi : 15 Maret 2017 Disetujui : 27 April 2017
Abstrak: Pada penelitian ini, telah dilakukan analisis biodigester pada proses sintesis biogas dari sampah organik kota tegal . Jenis digester yang digunakan untuk pembuatan biogas adalah jenis kubah tetap dari drum plastik dengan volume 120 liter. Komposisi sampah yang digunakan adalah substrat sayuran 50%, daun-daunan 20%, dan kulit buah 30%. Sampah organik dengan massa sebanyak ± 20 kg dipemerasan/ dipress. Kemudian sampah dan air dicampur dengan perbandingan 1:3. lalu diberikan penambahan starter EM-4 sebanyak 450 ml pada setiap sampel pengujian. Variasi kadar air dalam sampah 10, 20, 30, 40, dan 50% dengan kompisisi sampah yang sama. Proses pembusukan sampah dan pengambilan data dilakukan selama 3 hari untuk masing-masing variasi kadar air sampah. Dari hasil pengukuran, kondisi optimum terdapat pada k adar air sampah 20% dalam memproduksi biogas dalam waktu retensi 25 jam pada tekanan 102,55 kPa, suhu 32 ºC.  dengan volume 95,441 liter.
Kata kunci: sampah organik, biodigester, kadar air sampah, biogas
Abstract: In this research, biodigester analysis on biogas synthesis process of organic waste has performed at Tegal city. The digester type which was used for the manufacture of biogas is a fixed dome of plastic drum material with volume of 120 liters. Waste composition which was used as vegetable substrate of 50%, leaf of  20% , and fruit husk of 30%. Organic waste with mass of ± 20 kg was forged / pressed. The organic waste and water than were mixed with the comparison of 1: 3. While, The addition of EM-4 starter is amount 450 ml in each test sample. The variation of water content in waste is 10, 20, 30, 40, and 50% with the same waste composition. The process of waste decomposition and data retrieval were carried out for 3 days for each variation of waste water content. From the measurement result, the optimum condition is reached at 20% waste water content with 25 hours retention at pressure of 102,55 kPa, temperature of 32 ° C and volume of 95,441 liter.
Keywords: organic waste, biodigester, wastewater levels, biogas

## PENDAHULUAN
Sampah  adalah  segala  bentuk  limbah  yang  ditimbulkan  dari  kegiatan  manusia  maupun  binatang  yang biasanya berbentuk padat dan secara umum sudah di buang, tidak bermanfaat atau tidak dibutuhkan lagi. Sampah menjadi  persoalan  yang  cukup  serius  bagi  masyarakat  terutama  di  wilayah  perkotaan.  Selama  ini  masyarakat membuang begitu saja sampah ke tempat-tempat sampah dan menyerahkan urusan selanjutnya kepada petugas kebersihan dan urusan selesai. Tetapi sesungguhnya permasalahan tidak selesai sampai di situ. Timbunan sampah di  tempat  pembuangan  akhir  menjadi  problem  tersendiri,  problem  kesehatan,  pencemaran  dan  keindahan lingkungan [1].
Didalam UU No 18 Tahun 2008 tentang Pengelolaan Sampah, disebutkan sampah adalah sisa kegiatan sehari hari manusia atau proses alam  yang berbentuk padat atau semi padat berupa zat organik atau anorganik bersifat dapat terurai atau tidak dapat terurai yang di anggap sudah tidak berguna lagi dan dibuang kelingkungan. Dan UU No.  32  tahun  2009  berisi  tentang  perlindungan  dan  pengelolaan  lingkungan  hidup  yang  lebih  rinci  membahas tentang penanganan masalah pengelolaan lingkungan hidup. Pada Pasal 1 perpres RI nomor 18 tahun 2016 sampah juga  dapat  diubah  sebagai  sumber  energi  alternatif  [2].  Ketidakpedulian  terhadap  permasalahan  pengelolaan
sampah  mengakibatkan  terjadinya  degradasi  kualitas  lingkungan  yang  tidak  memberikan  kenyamanan  untuk hidup  sehingga  akan  menurunkan  kualitas  kesehatan  masyarakat.  Degradasi  tersebut  lebih  terpicu  oleh  pola perilaku masyarakat yang tidak ramah lingkungan seperti membuang sampah di badan air sehingga sampah akan menumpuk di saluran air yang ada dan menimbulkan berbagai masalah turunan lainnya. Sampah padat, salah satu jenis sampah yang terus menerus meningkat dan dibuang oleh masyarakat [3].
Berdasarkan  data  dari  rencana  pembangunan  jangka  panjang  maka  sampah  yang  akan  dihasilkan  sesuai dengan pertumbuhan penduduk daerah Kabupaten Tegal tahun 2008-2029 [4], volume sampah di TPA Penujah tercatat pada tahun 2015 masyarakat menghasilkan sampah  rata-rata 960 m 3 /hari dari volume sampah tersebut kurang lebih 16,87 % merupakan sampah organik dan 83,13 % merupakan sampah anorganik. Produksi sampah ini akan terus meningkat jumlahnya seiring dengan semakin bertambah banyaknya penduduk [5].
Pada penelitian ini dilakukan  metoda pengolahan  sampah secara terpadu, khususnya di  Kab.Tegal dengan teknologi  Biodegester.  Biodigester  salah  satu    alat  yang  digunakan  untuk  mengolah  sampah/limbah  organik dengan  cara  fermentasi  tanpa  oksigen  ( anaerob) untuk  menghasilkan  gas  metana  dan  sisa  atau  limbah  akan menjadi  pupuk  cair  maupun  padat.  Secara  prinsip  pembuatan  biogas  sangat  sederhana,  dengan  memasukkan substrat (kotoran hewan, manusia, sampah organik) ke dalam unit pencerna (digester), ditutup rapat, dan selama beberapa waktu biogas akan  terbentuk  yang  selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi.   Penggunaan Biodigester  dapat  membantu  pengembangan  sistem  pertanian  dengan  mendaur  ulang  sampah  organik  untuk memproduksi  biogas  dan  diperoleh  hasil  berupa  pupuk  organik  dengan  mutu  yang  baik.  Kandungan  biogas didominasi oleh gas metana (CH 4 ) yang dihasilkan dari proses dekomposisi mikroba pada suatu biomasa. Mikroba tersebut merupakan bakteri pembentuk metana yang banyak terdapat dalam tubuh hewan ruminansia (hewan yang memiliki perut ganda atau rumen) seperti kerbau, sapi, domba, kambing dan lain-lain [8].
Banyak faktor yang mempengaruhi produksi biogas salah satu faktor utamanya adalah iklim, di mana iklim di Indonesia dengan curah hujan yang tinggi akan mempengaruhi kondisi kadar air pada sampah semakin tinggi. Indonesia  sendiri  beriklim  laut  tropis  karena  letaknya  di  daerah  tropis  dan  diapit  oleh  dua  Samudera  yaitu Samudera Pasifik dan Samudera Hindia. Indonesia memiliki dua Musim  yaitu  musim hujan (Oktober  - April), dan musim kemarau (Mei - September).Namun karena wilayahnya yang luas, keadaan geografisnya yang berbeda- beda  serta  daerahnya  yang  dibelah  oleh  garis  khatulistiwa  maka  sering  terjadi  perbedaan  atau  penyimpangan musim [9]. Kadar air sampah merupakan salah satu sifat fisis sampah. Kadar air menunjukkan kandungan air yang ada  dalam  sampah.  Bahan  baku  yang  paling  baik  mengandung  kadar  air  7  –  9%.  Aktifitas  mikroba  metana membutuhkan bahan dengan kadar air  7 – 10% dan 90% air untuk fermentasi. Penambahan air dalam substrat bertujuan  untuk  memenuhi  kadar  air  yang  disyaratkan  untuk  pembentukan  biogas  kurang  lebih  91-93%  [10]. Berdasarkan alasan-alasan di atas penelitian ini mengarah tentang peningkatan produksi biogas pada Biodigester dengan  pengondisian  kadar  air  dalam  sampah.  Dengan    mengetahui  persentase  kadar  air  sampah  yang  tepat sebagai bahan isian digester, sehingga dapat memproduksi biogas secara optimum.

## METODOLOGI
Proses  pembuatan  biogas  dilakukan  menggunakan  sistem  biodigester  dengan  bahan  sampah  organik  kota tegal. Data yang diperoleh merupakan hasil dari proses eksperimen pada digester yaitu: kadar air yang terkandung dalam sampah dan kondisi suhu mesophilic , dengan memvariasikan kandungan air sampah. Jenis digester yang digunakan  untuk  pembuatan  biogas  adalah  jenis  kubah  tetap  dari  drum  plastik  volume  120  liter.  Komposisi sampah yang digunakan adalah substrat sayuran 50%, daun-daunan 20%, dan kulit buah 30%. Sampah organik dengan  massa  sebayak  ±  20  kg  dipemerasan/  dipress  untuk  mendapatkan  kadar  air  sampah  100%.  Dilakukan proses  variasi  kadar  air  dalam  sampah  10,  20,  30,  40,  dan  50%  liter  dengan  kompisisi  sampah  yang  sama. Kemudian  sampah  di  campur  air  dengan  komposisi  1  kg  sampah  dengan  tiga  liter  air.  Kemudian  diberikan penambahan  starter  EM-4  sebanyak  450  ml  pada  setiap  sampel  pengujian.  Proses  pembusukan  sampah  dan pengambilan data dilakukan selama 3 hari untuk masing-masing variasi kadar air sampah. Setelah didapat kadar air optimum dalam produksi biogas dalam waktu yang cepat maka dilanjutkan penelitian kedua untuk mendapat nyala api dari biogas tersebut.
Gambar 1 . Instalasi alat penelitian Keterangan : 1. Tabung Biodigeter 2. Manometer pipa U 3. Pipa saluran Biogas 4. Gas Holder
5. Saluran Instalasi

## HASIL DAN PMBAHASAN
Dari beberapa kadar air yang diujikan menghasilkan produksi biogas yang berbeda-beda, hal ini dapat dilihat pada  Gambar  2.  Ketinggian  kolom  air  pada  grafik  merupakan  perubahan  tekanan  pada  penampang  alat  ukur tekanan manometer, sebagai indikator yang terpasang pada biodigester  untuk mengetahui tingkat produksi biogas pada  biodigester.  Sehingga  diketahui  kadar  air  berapa  yang  mampu  memproduksi  biogas  lebih  banyak  dan membutuhkan waktu yang relative singkat untuk mencapai titik maksimum.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 2,7 5,4 8,1 0,0 4,1 8,2 12,3 0,0 2,9 5,8 8,7 0,0 5,2 10,4 15,6 0,0 4,8 9,6 14,4 10% Ke tinggia n Ko lom Air ( cm ) Waktu (jam) 50% MASSA KADAR AIR SAMPAH 20% 30% 40%
Gambar 2. Hubungan antara waktu dengan ketinggian kolom air dengan kadar air a) 10, b) 20, c) 30, d) 40, dan d) 50%.
Pada Tabel 1, dapat diketahui bahwa kadar air 10% mempunyai waktu 24 jam lebih lama dibandingkan kadar air 20% dengan selisih jumlah produksi 0,4 liter biogas lebih banyak  dibanding kadar air 20%. Pada kadar air 30% mempunyai waktu retensi yang dengan kadar air 20%, tetapi jumlah produksi biogas yang dihasilkan lebih sedikit 0,12 liter. Kadar air 40% mempunyai waktu selisih 24 jam lebih lama dibandingkan kadar air 30% tetapi produksi biogas lebih banyak 0,54 liter. Kadar air 50% mempunyai waktu retensi selama 68 jam untuk mencapai hasil yang sama. Dari analisa ini kandungan kadar air sampah 20% merupakan kondisi dimana produksi biogas paling banyak dengan masa retensi paling cepat . Dimana akan digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya.
Tabel 1. Produksi optimum biogas setiap variasi kadar air sampah.
Kadar Air Sampah (%) Rentang Waktu (Jam) Tekanan (kPa) Volume Biogas (Liter) 10 49 102,49 95,066 20 25 102,55 95,441 30 25 102,20 95,121 40 49 102,78 95,660 50 68 102,35 95,258
Pada Gambar 3 diketahui bahwa temperatur lingkungan mempengaruhi tingkat produksi biogas. Temperatur lingkungan sangat mempengaruhi temperatur pada biodigesteryang membantu perkembangan bakteri penghasil biogas yang berada pada kondisi suhu mesophilic 13 – 40 ºC [11]. Temperatur proses pada masing-masing variasi kadar  air  saat  kondisi  puncak  produksi  berada  pada  kisaran  suhu  30 – 34 ºC. Titik optimum temperatur  untuk proses produksi biogas yaitu 32 ºC.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 25,2 28,8 32,4 36,0 25,3 27,6 29,9 32,2 25,2 28,0 30,8 33,6 26,1 29,0 31,9 34,8 25,5 27,2 28,9 30,6 Waktu (Jam) Temperatu r ( o C )
Gambar 3. Hubungan antara temperatur dengan ketinggian kolom air masing-masing untuk kadar air: a) 10%, b) 20%, c) 30%, dan d) 50%.
Dari  Gambar  4  diketahui  hasil  biogas  yang  diperoleh  dari  kandungan  sampah  pada  kadar  air  20%  waktu retensi  selama  27  hari.  Dari  hasil  yang  diperoleh  pada  tabung  digester  yang  kapasitas  substrat  90  liter  dengan perbandingan substrat 1 kg sampah dengan 3 liter air menghasilkan biogas sebanyak 0,0963 m 3 . Bila dilakukan perhitungan 1 liter substrat (sampah organik + air) dapat menghasilkan biogas 1,071 liter. Hal ini sebabkan karena potensi untuk menghasilkan biogas setiap sampah berbeda-beda walaupun satu jenis sayuran [12].
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 Ketinggian Kolom (cm) Waktu (Hari)
Gambar 4. Hubungan antara masa retensi dengan ketinggian kolom air.
Dari hasil biogas yang terkumpul pada gas holder dilakukan uji coba nyala api yang dijelaskan pada Gambar 5, dengan api  yang berwarna  kemerahan diperkirakan  kandungan  C0 2 yang terkandung di dalam biogas  masih melebihi  ambang  batas  minimum  dan  tingkat  homogenitas  substrat  sangat  mempengaruhi  kadar  gas  yang dihasilkan sehingga nyala api tidak biasa berwarna biru seperti gas LPG.
Gambar 5. Pengujian nyala api produksi biogas.

## KESIMPULAN
Telah dilakukan analisis biodigester pada proses sintesis biogas dari sampah organik kota tegal . Jenis digester yang digunakan untuk pembuatan biogas adalah jenis kubah tetap dari drum plastik volume 120 liter. Komposisi sampah yang digunakan adalah substrat sayuran 50%, daun-daunan 20%, dan kulit buah 30%. Dilakukan proses variasi  kadar air dalam  sampah 10, 20, 30, 40, dan 50% liter dengan kompisisi  sampah  yang  sama. Dari hasil pengukuran, k adar air sampah 20% merupakan kondisi optimum dalam memproduksi biogas dalam waktu retensi 25  jam  pada  tekanan  102,55  kPa  dengan  volume  95,441  liter.  Temperatur  lingkungan  sangat  mempengaruhi fermentasi dari data penelitian masih dalam ambang batas kondisi pertumbuhan bakteri metana dengan kondisi suhu mesophilic antara 13 – 40 °C dengan optimum produksi biogas pada suhu 32 °C.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Mifbakhuddin, T. Salawati, dan A. Kasmudi, ”Gambaran Pengelolaan Sampah Rumah Tangga,” Jurnal Kesehatan Masyarakat Indonesia. Semarang , vol. 6, no.1, 2010.
[2]. Undang-undang Republik Indonesia Nomor 18 Tahun 2008 tentang Pengolahan sampah dan Nomor 32 Tahun 2009 tentang Pengelolaan Lingkungan hidup.
[3]. A. Pandie, “Pengelolaan Persampahan dalam Mendukung Perolehan Adipura di Kota Semarang,” Jurnal Pembangunan Wilayah dan Kota. Semarang , vol. 9, no. 1, 2013.
[4]. Bappenas Kab.Tegal, Penyusunan revisi penyusunan tata ruang (RT/RW) Kab.Tegal Tahun 2009-2029, Tegal, 2009.
[5]. Departemen Pekerjaan Umum, Bidang Tata Ruang Pertamanan dan Kebersihan, Kab.Tegal, 2015.
[6]. N. Hardyanti dan E. Sutrisnooran, “Uji pembuatan Biogas dari Kotoran Gajah dengan Variasi Penambahan Urine Gajah dan Air,” Jurnal Presipitasi , vol. 3, no. 2, 2007.
[7]. S. Hidayat, 2012, Pusat Pengembangan Bahan Ajar-UMB, (http://dosen.narotama.ac.id). Di akses pada 10 Mei 2016; 22:29.
[8]. P.  A.  Wiratmana,  G  K.  Sukadana,  dan  G.  N.  P.Tenaya,  “Studi  Eksperimental  Pengaruh  Variasi  Bahan Kering Terhadap Produksi dan Nilai Kalor Biogas Kotoran Sapi,” Jurnal Energi dan Manufaktur Teknik Mesin Universitas Udayana, vol. 5, no. 1, 2012.
[9]. T. Saputra, S. Triatmojo, dan A. Pertiwiningrum,  “Produksi Biogas dari Campuran Feses Sapi dan Ampas Tebu (Bagasse) dengan Rasio C/N yang Berbeda,” Jurnal Buletin Peternakan . vol. 34, no. 2, hal. 114-122, 2010.
[10]. J. Sutrisno, “Pembuatan Biogas dari Bahan Sampah Sayuran”, Jurnal Teknik Waktu . vol. 08, no. 1, 2010.
[11]. I.  Karaman,  F.  Sahin  ,  M.  Güllüce,  H.  Ögütçü  ,  M.  ¸Sengül,  A.  Adıgüzel,  “Antimicrobial  activity  of aqueous and methanol extracts of Juniperus oxycedrus L,” Journal of Ethnopharmacology , vol. 85, hal. 231–235, 2003.
[12]. BSNI 7826, Unit Penghasil Biogas Dengan Tangki Pencerna tipe Kubah tetap dari beton, Jakarta, 2012.