Tersedia di http://www.bkpsl.org/ojswp/index.php/jplb

## Desentralisasi pengolahan limbah padat rumah tangga menggunakan teknologi biodrying
B. Zaman 1 , W. Oktiawan 1 , M. Hadiwidodo 1 , E. Sutrisno 1 , Purwono 1*
1 Departemen Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia
Abstrak .
Pengolahan  limbah  padat  rumah  tangga  dengan  cara dibakar  maupun landfill saat  ini  sudah  tidak  optimal. Ketersediaan lahan tempat pemrosesan akhir (TPA) sudah kritis,  mencari  alternatif  TPA  baru  pun  akan  sulit  dan mahal  terutama  di  kota  besar.  Teknologi biodrying merupakan  pengelolaan  limbah  padat  dengan  sistem desentralisasi,  dimana  limbah  padat  akan  mengalami biokonversi  mekanikal-biologikal.  Pada  prakteknya, reaktor biodrying memproses limbah padat dengan kadar air  tinggi  yang  sudah  dicacah  dan  menghasilkan  output limbah  padat  kering  sebagai  bahan  bakar  pengganti batubara. Panas yang dihasilkan dari proses dekomposisi aerobik  senyawa  organik  dikombinasikan  dengan  udara berlebih  berfungsi  mengeringkan  limbah  padat.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  limbah  padat  rumah tangga yang terdiri dari limbah makanan, daun, kertas, dan plastik  memiliki  kadar  air  awal  sebesar  66,24  %. Penambahan  debit  aerasi  2  liter/menit  menghasilkan kenaikan  suhu  maksimum  44°C  pada  jam  ke-29      dan bertahan sampai jam ke-39. Kadar air turun menjadi 62,18 %  setelah  diaerasi  selama  110  jam.    pH  lindi  yang dihasilkan mengalami kenaikan dari 6,07 (asam) menjadi 8,27  (basa).  Parameter  emisi  udara  NO 2 mengalami penurunan  dari  0,187  µg/Nm 3 menjadi  0,008  µg/Nm 3 . Nilai  ini  hampir  mendekati  kadar  NO 2 udara  ambien sebesar  0,006  µg/Nm 3 .  Berdasarkan  penelitian  ini  dapat disimpulkan bahwa proses biodrying selama 5 hari mampu menaikan  pH  menjadi  basa  dan emisi  udara  NO 2 rendah. Kadar air limbah padat perlu diturunkan lagi sampai <20 % agar dapat dibakar dengan baik.
Kata kunci: biodrying , limbah padat, kadar air, NO2, suhu
Abstract . The  processing  of  household  solid  waste  by  burning  or landfill  is  currently  not  optimal.  The  availability  of  land where the final processing (TPA) is critical, looking for a new TPA alternative will be difficult and expensive, especially in big cities. Biodrying technology is solid waste management with  a  decentralized  system,  in  which  the  solid  waste  will undergo a mechanical-biological bioconversion. In practice, the  reactor  bio-drying  processing  solid  waste  with  high moisture content that has been chopped and produces a dry solid waste output (bio dried) as a fuel substitute for coal. The  heat  generated  from  the  process  of  aerobic decomposition  of  organic  compounds  function  combined with excess air drying of solid waste. The results showed that household  solid  waste  consisting  of  food,  leaf,  paper,  and plastic waste had an initial moisture content of 66.24%. The addition of 2 liters/minute aeration discharge resulted in a maximum  temperature  increase  of  44 o C  at  29  hours  and lasted for 39 hours. Water content decreased to 62.18% after aerated for 110 hours. The resulting leachate pH increased from 6.07 (acid) to 8.27 (base). NO 2 air emission parameters decreased from 0.187 to 0.008 μg/Nm 3 . This value is almost near  the  ambient  air  NO 2 level  of  0.006  μg/Nm 3 .  Based  on this research it can be concluded that bio-drying process for 5 days was able to raise pH to become base with low NO 2 air emission. The solid waste water content needs to be lowered to <20% in order to be burned properly.
Keywords:  biodrying,  solid  waste,  water  content,  NO 2 , temperature

## 1. PENDAHULUAN
Timbulan limbah padat di seluruh dunia dapat menimbulkan masalah bila tidak dikelola dengan baik. Metode pengolahan limbah padat (sampah) dengan cara dibakar  maupun landfill saat ini  sudah tidak optimal. Ketersediaan lahan Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) sudah kritis, mencari alternatif TPA baru pun akan sulit dan mahal terutama di kota besar. Pengelolaan limbah padat dengan sistem  desentralisasi  terutama  di  daerah  perumahan  perkotaan  mampu
* Korespondensi Penulis Email : purwono.ga@gmail.com
mereduksi  limbah  padat  dengan  baik.  Intensitas  dan  aktivitas  perkotaan menghasilkan  banyak  limbah  padat  biodegradable  yang  harus  dikelola  untuk menghindari  dampak  negatif  pada  lingkungan  seperti  bau  dan  polusi  emisi, tanah, air, gas, dan lain-lain.
Prinsip utama bagi setiap negara terkait pengelolaan limbah padat adalah pencegahan.  Prinsip  kedua  adalah  daur  ulang (recycle) dan  produksi  energi (energy production) . Prinsip terakhir yaitu pembuangan limbah padat tanpa daur ulang  dan  menghasilkan  energi.  Teknologi  yang  menarik  beberapa  tahun terakhir  ini  adalah Mechanical  Biological  Treatment  (MBT) dan Biological Mechanical  Treatment  (BMT) .  Kedua  proses  tersebut  dikenal  dengan  istilah Biodrying (Biological drying) dimana limbah padat akan mengalami biokonversi mekanikal-biologikal  (Muller  2009).  Teknologi biodrying mendukung sustaianable environment terkait pengolahan limbah padat. Jumlah limbah padat yang akan masuk ke TPA secara substansial akan berkurang. Secara signifikan meningkatkan  jumlah  limbah  padat  yang  didaur  ulang  dengan  memisahkan bahan (kaca, inert, besi dan non logam besi) yang tidak benar-benar terpisah di rumah (Negoi 2009).
Saat  ini,  kebanyakan  studi  dari  proses  biodrying  fokus  pada  teknologi aerobik, yang menurunkan kadar air menjadi uap sebagai akibat suhu tinggi dan ventilasi yang memadai. Adani et al. (2002) dan Sugni et al. (2005) menunjukkan bahwa pengaturan aerasi yang tepat (misalnya, debit dan arah aliran) dan suhu mampu  menurunkan  kadar  air  secara  efisien  (66,7%  dari  kadar  air  awal). Namun,  prinsip  teknologi biodrying aerobik  adalah  untuk  mendorong penguapan  menggunakan  energi  yang  dihasilkan  akibat  degradasi  bahan organik. Ketika perbandingan kadar air terhadap bahan organik biodegradable terlalu tinggi, maka panas yang yang timbul tidak cukup untuk menguapkan air. Di  sisi  lain,  limbah  padat  akan  membusuk  akibat  kandungan  air  yang  tinggi. Jumlah air akibat pembusukan (lindi) dibatasi oleh dinding sel atau membran yang  hancur.  Adanya  aerasi  meningkatkan  disintegrasi  parsial  dan  hidrolisis senyawa  organik  makromolekul  seperti  C-Organik,  selulosa,  hemiselulosa, lignin,  nitrogen  total  (Nguyen et  al. 2007).  Pada  proses biodrying ,  senyawa organik  volatil  (VOC)  seperti  senyawa  berbau  busuk  (belerang),  aromatik, chlorin, terpena dan keton akan terlepas ke udara. VOC ini menjadi salah satu masalah  utama  terhadap  pencemaran  udara  (He et  al .  2005).  Penelitian  ini melakukan  proses biodrying untuk  mengolah  limbah  padat  yang  difokuskan pada pola perubahan suhu limbah padat, kadar air, dan emisi NO 2 .

## 2. METODOLOGI
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini yaitu menggunakan miniatur reaktor  berbentuk  siklik  dengan  volume  120  liter  yang  dilengkapi  dengan
rangkaian  aerasi.  Pada  ujung  aerator  ditambahkan  difuser  untuk mengoptimalkan aerasi. Kecepatan alir udara diatur sebesar 2 L/min. Kadar air sampah  sekitar  70  %.  Di  dalam  reaktor  diharapkan  terjadi  proses biodrying. Lokasi p enelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lingkungan, Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas, Universitas Diponegoro.

## 2.1. Pemantauan penelitian
Parameter suhu dipantau setiap 3 jam sekali dan pH lindi dipantau setiap hari. Pengukuran suhu menggunakan termometer digital yang dilengkapi layar LCD  untuk  mempermudah  pengamatan  melihat  suhu  proses biodrying . Spesifikasi  rentang  temperatur  antara  -50°C  hingga  110°C.  Probe  sensor diletakkan  di  bagian  atas,  titik  tengah  dan  bawah  reaktor,  dan  nilai  rata-rata dicatat. Lindi yang dihasilkan dari reaktor dikumpulkan dan diukur nilai pH-nya.
Selama penelitian biodrying , setiap hari, sekitar 100 g sampel dikumpulkan dari  tiga  kedalaman  berbeda  (bagian  atas,  tengah  dan  bawah)  dan  dicampur untuk analisis nilai pH sesuai SNI 06-6989.11-2004.  Semua parameter dianalisis triplo  (rangkap  tiga).    Standar  deviasi  ditetapkan  <10%.    Pengukuran  udara (NO 2 )  menggunakan  larutan Griess  Saltzman sehingga  membentuk  suatu senyawa azo  dye berwarna  merah  muda  yang  stabil  setelah  15  menit. Konsentrasi  larutan  ditentukan  secara  spektrofotometri  pada  panjang gelombang 550 nm (SNI 19-7119.2-2005).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Komposisi limbah padat
Komposisi limbah padat yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 1 .
Tabel 1. Komposisi limbah padat dari komplek Perumahan Korpri Tembalang, Semarang
(w/w). No  Jenis Sampah  Kadar air (%)  Prosentase limbah padat (%) 1 Daun 13,30 49,98 2 Sisa Makanan 32,30 10,59 3 Kertas 11,30 4,26 4 Plastik 12,10 8,64
Komposisi  tersebut  menggambarkan
keanekaragaman aktifitas masyarakat di Perumahan Korpri Tembalang, Semarang. Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui bahwa prosentase daun (49,98%) paling banyak dibandingkan jenis sampah lainnya. Limbah plastik  memiliki prosentase paling sedikit yaitu 8,64 % (w/w). Kadar air setelah limbah padat dicampur kemudian diatur dengan menambah air sampai kadar air campuran sebesar 69%. Pengaturan kadar air
bertujuan untuk mengevaluasi kinerja biodrying untuk mengolah limbah padat dengan kadar air tinggi.

## 3.2. Temperatur limbah padat
Temperatur  limbah  padat,  temperatur  udara  ambien,  dan  kelembaban udara  selama  proses  biodrying    ditunjukkan  pada Gambar  1 .    Temperatur limbah padat pada awal proses sebesar 27 o C. Suhu ini bertahan sampai jam ke- 12. Temperatur ini mengindikasikan bahwa proses dekomposisi bahan organik belum  berjalan  secara  efektif.  Temperatur  mengalami  kenaikan  cukup  drastis mencapai 36 o C mulai jam ke-19. Kenaikan temperatur merupakan dampak dari proses dekomposisi senyawa organik sederhana seperti asam amino, glukosa, asam organik dll (Kutzner 2000).
Gambar 1. Profil suhu limbah padat selama proses biodrying yang diamati per jam .
Senyawa  tersebut  dengan  mudah  dimetabolisme  dan  mineralisasi  oleh bakteri  heterotrof.  Aktivitas  metabolik  dan  proses  eksotermik  yang  tinggi meningkatkan suhu limbah padat pada proses biodrying . Sebagai contoh reaksi katabolisme dalam sel bakteri.
Dekomposisi glukosa (C n H 2n O n ) pada kondisi aerob melepas panas sebesar 896 kJ seperti reaksi berikut:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O  ΔG o = - 2,872 kJ (panas) Pola kenaikan berlanjut dan suhu ini merupakan puncaknya sebesar 44 o C yang bertahan  pada  jam  ke-29  sampai  jam  ke-38.  Suhu  maksimal  ini  termasuk kategori  mesofilik  (30–45 0 C).  Jam  ke-42  sampai  jam  ke-110  mengalami
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2 11 20 29 38 47 56 65 74 83 92 101 110 Suhu ( o C)
Waktu (jam)
Tersedia di http://www.bkpsl.org/ojswp/index.php/jplb
penurunan  yang  cenderung  stabil  pada  kisaran  suhu  39-36 o C.  Menurut  de Bertoldi (1983) penurunan suhu biodrying yang bertahap merupakan indikasi bahwa  aktivitas  mikoorganisme  berjalan  dengan  baik.  Apabila  suhu  turun drastis mengindikasikan proses gagal.

## 3.3. Nilai pH limbah padat dan lindi
Nilai  pH  6,7-9,0  sangat  mendukung  aktivitas  mikroba  selama  proses degradasi (de Bertoldi et al .  1983; Miller  1992).  Data limbah  padat dan  lindi selama proses biodrying ditunjukkan pada Tabel 2 .
Tabel 2. Nilai pH limbah padat dan lindi selama proses biodrying No  Jam ke-  pH limbah padat pH lindi Kadar air (%) 1 5 6,83 6,07 66,24 2 29 7,02 tidak terbentuk 59,73 3 53 7,36 tidak terbentuk 62,99 4 77 7,28 8,27 62,27 5 101 7,45 8,30 62,18
Nilai  pH limbah padat mengalami kenaikan  dari 6,83 menjadi 7,45  pada jam ke-101 proses biodrying . Hal yang sama terjadi pada nilai pH lindi, pH awal sebesar 6,07 (asam) naik menjadi 8,30 (basa).  Pada jam ke-29 sampai jam ke-35 tidak terbentuk lindi sama sekali. Artinya nilai pH masih berada pada range pH yang optimal untuk proses degradasi limbah padat. Menurut Mari (2005) nilai pH  bukanlah  faktor  kunci  keberhasilan  proses  dekomposisi.  Nilai  pH  sangat relevan dengan emisi senyawa nitrogen (nitrogen-losses) volatil pada pH > 7,5. Pengontrolan pH harus dijaga agar tetap pada kondisi optimal. Pada pH tinggi dapat  menyebabkan  unsur  nitrogen  berubah  menjadi  amoniak  yang mengakibatkan  terjadinya  bau.  Pada  pH  yang  terlalu  rendah,  dapat menyebabkan matinya sebagian besar mikroorganisme.
Kadar  air  awal  diatur  sebesar  66,24%  denan  cara  menambahkan  air kedalam  campuran  limbah  padat.  Kadar  air  mengalami  penurunan  menjadi 59,73  pada  jam  ke-25.  Pada  jam  berikutnya  cenderung  stabil  berkisar  62,99- 62,18 %. Lama waktu biodrying 5 hari dengan debit 2  L/menit belum mampu menurunkan kadar air sampai 20%.

## 3.4. Kualitas udara (NO 2 )
Emisi udara diukur untuk mengetahui dampak proses biodrying limbah padat terhadap kualitas udara. Pengukuran  NO 2 dilakukan pada saat suhu mencapai puncaknya (44 o C). Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan emisi udara NO 2 sebesar 0,187 µg/Nm 3 . Apabila dibandingkan dengan baku mutu NO 2 di udara
ambien menurut Surat Keputusan Gubernur Jawa Tengah Nomor  8 Tahun 2001, tentang Baku Mutu Udara Ambien di Provinsi Jawa Tengah sebesar 316 µg/Nm 3 . Hal  menarik  yang  dihasilkan  dari  penelitian  ini  adalah  penurunan  emisi  NO 2 setelah suhu tertinggi tercapai. Pada rentang suhu <41 o C (suhu limbah padat), kadar  NO 2 mengalami  penurunan  menjadi  0,008  µg/Nm 3 .  Nilai  ini  hampir mendekati kadar NO 2 udara ambien sebesar 0,006 µg/Nm 3 .

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  proses biodrying selama 120 menit mampu mencapai suhu maksimal 44 o C. Nilai pH menjadi basa dan  emisi  udara  NO 2 rendah.  Kadar  air  limbah  padat  perlu  diturunkan  lagi sampai <20 % agar dapat dibakar dengan baik.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada DRPM DIKTI atas pendanaan penelitian ini melalui hibah  PUPT  dengan  kontrak  pembiayaan  tahun  007/SP2H/DRPM/V/  2017 tahun 2017.

## 6. Daftar Pustaka
Adani F, Baido D, Calcaterra E and Genevini P L. 2002. The influence of biomass temperature  on  biostabilization-biodrying  of  municipal  solid  waste. Bioresource Technology 83(3):173–179.
de Bertoldi M, Vallini G and Pera A. 1983. The biology of composting: a review . Waste Managemenet Reserach 1:157–176.
He PJ, Shao LM, Qu X, Li GJ and Lee DJ. 2005. Effects of feed solutions on refuse hydrolysis and land fi ll leachate characteristics. Chemosphere 59(6):837–
844.
Kutzner HJ. 2000. Microbiology of Composting, in Biotechnology: Environmental Processes III, Volume 11c, Second Edition, Second  Edition. Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim. Germany.
Mari  I.  2005.  Use  of  sulfur  to  control  pH  in  composts  derived  from  olive processing by-products. Compost Sci. Util. 13:281-287.
Miller  FC.  1992.  Composting  as  a  Process  Based  on  the  Control  of Ecologically  Selective  Factors.  In:  Meting,  F.B.,  Jr.  (Ed),  Soil Microbial Ecology, Applications in Agricultural and Environmental
Management. Marcel   Dekker, Inc. New York. p 515-544.
Sugni M, Calcaterra E and Adani F 2005.  Biostabilization-biodrying of municipal solid  waste  by  inverting  air-flow.  Bioresource  Technology  96(12):1331– 1337.
Tersedia di http://www.bkpsl.org/ojswp/index.php/jplb
Nguyen  PHL,  Kuruparan  P  and  Visanathan  C.  2007.  Anaerobic  digestion  of municipal  solid  waste  as  a  treatment  prior  to  landfill.  Bioresource Technology 98(2):380–387.