TIPALU - TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR LIMBAH TAHU DENGAN FERMENTASI ANAEROB DAN BIOGAS SEBAGAI PENGELOLAAN ENERGI LISTRIK BERKELANJUTAN

A.    PENDAHULUAN

           1.      Latar Belakang

Kebutuhan energi untuk masa sekarang dan masa yang akan datang semakin banyak dibutuhkan dikarenakan oleh populasi manusia yang setiap harinya semakin meningkat dan tentunya pemakaian energipun juga meningkat. Industri tahu merupakan salah satu industri yang berkembang pesat di Indonesia

Industri tahu dalam proses pengolahannya menghasilkan limbah, baik limbah padat maupun cair. Limbah padat dihasilkan dari proses penyaringan dan penggumpalan limbah. Sedangkan limbah cairnya dihasilkan dari proses pencucian, perebusan, pengepresan dan pencetakan tahu (Rossiana, 2006). Limbah cair tahu dan limbah padat tahu dengan karakteristik mengandung bahan organik tinggi dan kadar BOD, COD yang cukup tinggi pula, jika langsung dibuang ke badan air, jelas sekali akan menurunkan daya dukung lingkungan (Herlambang, 2002).

Pengolahan air limbah diperlukan untuk menurunkan parameter pencemar dalam air limbah tersebut agar memenuhi baku mutu air limbah sehingga tidak mencemari lingkungan. Salah satu pengolahan yang dapat dilakukan untuk mengolah air limbah tersebut adalah pengolahan anaerob pengolahan anaerob memanfaatkan organisme dalam air limbah untuk menguraikan zat organik dimana dalam pengolahan ini juga menghasilkan produk samping yaitu biogas yang dapat dimanfaatkan sebagi sumber energi.

Salah satu energi terbaharukan yang sedang dikembangkan adalah biogas. Keberadaan biogas memiliki peluang yang besar dalam pengembangannya. Energi biogas dapat diperoleh dari limbah rumah tangga maupun industri makanan seperti pada limbah yang dihasilkan dari pembuatan tahu. Selain potensi yang besar, pemanfaatan energi biogas dengan digester biogas memiliki keuntungan, yaitu mengurangi efek rumah kaca, mengurangi bau tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, menghasilkan panas dan daya (mekanisme atau energi listrik), serta hasil samping berupa pupuk cair dan padat. Pemanfaatan limbah dengan cara ini secara ekonomi akan sangat kompetitif seiring naiknya harga bahan bakar minyak dan pupuk organik.

Ampas tahu merupakan limbah yang mengandung bahan – bahan organik dengan nutrisi yang cukup baik untuk pertumbuhan bakteri metanogenik. Adanya bakteri metanogenik di dalam reaktor dapat menyebabkan terjadinya proses metanogenesis yang menghasilkan gas metana. Pemanfaatan limbah ampas tahu saat ini banyak digunakan sebagai makanan ternak, sehingga perlu digunkan inovasi dan manfaat lain dalam pemanfaatan limbah ampas tahu tersebut. Jumlah industri tahu di Indonesia mencapai 84.000 unit usaha (Kementrian Ristek, IPAL 2010).

Selain itu, di Indonesia banyak terdapat industri pembuatan tahu yang menghasilkan baik limbah cair maupun limbah padat setiap harinya maka membutuhkan instalasi pengolahan limbah dengan perangkat sederhana, biaya operasional murah, dan memiliki nilai ekonomis serta ramah lingkungan. Pengolahan limbah tahu harus dikelola dengan baik dan dipelihara secara rutin. Berbagai teknologi pengolahan limbah tahu sudah banyak diterapkan oleh berbagai kalangan masyarakat namun kebanyakan kurang efektif dalam penanganannya maka diperlukan cara yang efisien dalam pengolahan limbah tahu baik padat maupun cair yang bersifat ramah lingkungan dengan menggunakan teknologi pengolahan limbah tahu padat dan cair secara biologis anaerob.

2.      Perumusan Masalah

Dari uraian latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:

1.      Bagaimana metode pembuatan TIPALU (Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu)?

2.      Mengapa TIPALU (Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu) dapat digunakan untuk pengelolaan lingkungan berkelanjutan?

3.      Apa saja keunggulan yang dimiliki TIPALU (Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu) ?

4.      Bagaimana cara pemanfaatan limbah tahu dengan TIPALU (Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu)?

3.      Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan TIPALU ini adalah :

1.      Untuk mengetahui metode pembuatan TIPALU (Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu)

2.      Untuk mengetahui bahwa TIPALU dapat digunakankan sebagai pengelolaan limbah secara berkelanjutan

3.      Untuk mengetahui keunggulan yang dimiliki TIPALU

4.      Untuk mengetahui cara pemanfaatan limbah tahu dengan TIPALU

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A.      Limbah Tahu

Tahu merupakan salah satu jenis makanan sumber protein dengan bahan dasar kacang kedelai. Kadar protein biji kedelai berada di atas 30%, sedangkan kandungan protein kasar hijauannya berkisar antara (15-20)% (Pamilia Coniwanti, 2009). Industri tahu merupakan industri pangan yang populer di masyarakat, bahan bakunya banyak dijumpai, pengolahannya mudah, bergizi, dan harganya terjangkau. Dampak positif industri tahu yang lain adalah terserapnya tenaga kerja, terpenuhinya gizi masyarakat, dan peningkatan pendapatan masyarakat (Septiani Ashari, 2016). Namun demikian, muncul pula dampak negatif yaitu polusi lingkungan karena limbah tahu yang kaya bahan organik dan potensial terjadi degradasi secara alami.

Limbah tahu adalah limbah yang dihasilkan dalam proses pembuatan tahu maupun pada saat pencucian kedelai. Limbah yang dihasilkan dari industri tahu menurut Nurhasan (1991) berupa:

a.      Limbah Padat

Buangan padat pabrik tahu berasal dari proses pencucian penyaringan berupa biji yang jelek, ceceran biji, dan batu kerikil yang terikut dalam biji. Dari proses penyaringan dihasilkan limbah padat berupa ampas tahu, sedangkan dari proses pengepresan dihasilkan potongan-potongan tahu yang tercecer. Limbah padat belum terlalu mencemari lingkungan karena bisa digunakan untuk membuat tempe dan pakan ternak sapi, kerbau, kambing, babi, dan ikan. Komposisi / kandungan Kimia Ampas Tahu diantaranya :

kalori 414 kal, Protein 26,6 g, Lemak 18,3 g, Karbohidrat 41,3 g, Kalsium
            19 mg, fosfor 29 mg, besi 4 mg, vit B 0,20 mg Air  9 g (KLH, 2006).

b.      Limbah Cair

Sebagian besar buangan pabrik tahu adalah limbah cair yang mengandung sisa air dari susu tahu yang tidak tergumpal menjadi tahu, sehingga limbah cair pabrik tahu masih mengandung zat-zat organik seperti protein, karbohidrat dan lemak dan minyak. Kandungan Protein mencapai 40-60%, karbohidrat 25-50% dan lemak 10% (Herlambang, 2002). Selain zat terlarut, limbah cair juga mengandung padatan tersuspensi atau padatan terendapkan misalnya potongan tahu yang kurang sempurna saat pemrosesan.

Suhu air limbah tahu berkisar 37-45°C, kekeruhan 535-585 FTU, warna 2.225-2.250 Pt.Co, amonia 23,3-23,5 mg/1, BOD5 6.000-8.000 mg/1 dan COD 7.500-14.000 mg/1 (Herlambang, 2002).

B.       Biogas

Biogas (gas bio) adalah gas yang dihasilkan dari pembusukan bahan-bahan organik oleh bakteri pada kondisi anaerob (tanpa ada oksigen bebas). Biogas tersebut merupakan campuran dari berbagai macam gas antara lain : CH4 (54%-70%), CO2 (27%-45%), O2 (1%-4%), N2 (0,5%-3%), CO (1%), dan H2 (KLH, 2006). Penggunaan biogas ini merupakan salah satu cara untuk mengurangi pencemaran lingkungan, karena dengan fermentasi bakteri anaerob (bakteri metan) maka tingkat pengurangan pencemaran lingkungan dengan parameter BOD, COD akan berkurang sampai 90%. Secara umum proses anaerobik akan menghasilkan gas Methana (Biogas). Menurut Lettinga (1994) faktor-faktor lingkungan yang sangat berpengaruh pada pengolahan limbah secara anaerobik adalah suhu, pH, adanya nutrien essensial (makronutrien, nitrogen, phosphor, dan mikronutrien), serta tidak adanya senyawa racun.

Proses pembuatan biogas dilakukan secara fermentasi, yaitu proses terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob dengan bantuan bakteri anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan asam sulfida (H2S).

Proses fermentasi memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 35ºC dan Ph optimum pada range 6,4 – 7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob, seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus dan Methanosarcina (Price dan Cheremisinoff, 1981). Reaksi pembentukan metana dari bahan – bahan organik yang dapat terdegradasi dengan bantuan enzim maupun bakteri dapat dilihat sebagai berikut :

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan biogas adalah kadar karbon dan nitrogen dalam bahan, kandungan air, derajat keasaman, temperatur pencerna, pengadukan dan racun (Fauziyah, 1996).

C.      Pengolahan Air Limbah

Secara umum, metode pengolahan yang dikembangakan dapat digolongkan atas 3 jenis metode pengolahan (Oliver Mangara, 2013), yaitu:

1.      Pengolahan Limbah Secara Fisika

Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan. Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam bak pengendap.

2. Pengolahan Limbah Secara Kimia

Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap (koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi.

3.      Pengolahan Limbah Secara Biologi

Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi. Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara nbiologi dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien. Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode pengolahan biologi dengan segala modifikasinya.

Pada dasarnya, reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu:

a.       Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor).

b.      Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).

Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi. Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam). Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan pendahuluan.

D.      Teknologi Pengolahan Limbah Tahu Dengan Penguraian Anaerob
1. Pengolahan

Air limbah yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu-tempe kumpulkan melalui saluran air limbah, kemudian dilairkan ke bak kontrol untuk memisahkan kotoran padat. Selanjutnya, sambil di bubuhi dengan larutan kapur atau larutan NaOH air limbah dialirkan ke bak pengurai anaerob. Di dalam bak pengurai anaerob tersebut polutan organik yang ada di dalam air limbah akan diuraikan oleh mikroorganisme secara anaerob, menghasilkan gas methan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Dengan proses tahap pertama konsentrasi COD dalam air limbah dapat diturukkan sampai kira-kira 600 ppm (efisiensi pengolahan 90 %). Air olahan tahap awal ini selanjutnya diolah dengan                                           proses pengolahan lanjut dengan sistem biofilter aerob.

Gambar 1.  Diagram proses pengolahan air limbah industri tahu-tempe dengan sistem kombinasi biofilter "Anareb-Aerob".

 

Keunggulan proses anaerobik dibandingkan proses aerobik adalah sebagai berikut (Lettingan et al, 1980; Sahm, 1984; Sterritt dan Lester, 1988; Switzenbaum, 1983) :

• Proses anaerobik dapat segera menggunakan CO₂ yang ada sebagai penerima elektron. Proses tersebut tidak membutuhkan oksigen dan pemakaian oksigen dalam proses penguraian limbah akan menambah biaya pengoperasian.
• Penguraian anaerobik menghasilkan lebih sedikit lumpur (3-20 kali lebih sedikit dari pada proses aerobik), energi yang dihasilkan bakteri anaerobik relatif rendah. Sebagian besar energi didapat dari pemecahan substrat yang ditemukan dalam hasil akhir, yaitu CH₄. Dibawah kondisi aerobik 50% dari karbon organik dirubah menjadi biomassa, sedangkan dalam proses anaerobik hanya 5% dari karbon organik yang dirubah menjadi biomassa. Dengan proses anaerobik satu metrik ton COD tinggal 20 - 150 kg biomassa, sedangkan proses aerobik masih tersisa 400 - 600 kg biomassa (Speece, 1983; Switzenbaum, 1983).
• Proses anaerobik menghasilkan gas yang bermanfaat, metan. Gas metan mengandung sekitar 90% energi dengan nilai kalori 9.000 kkal/m³, dan dapat dibakar ditempat proses penguraian atau untuk menghasilkan listrik. Sedikit energi terbuang menjadi panas (3-5%). Pruduksi metan menurunkan BOD dalam Penguraian lumpur limbah.
• Energi untuk penguraian limbah kecil.
• Penguraian anaerobik cocok untuk limbah industri dengan konsentrasi polutan organik yang tinggi.
• Memungkinkan untuk diterapkan pada proses Penguraian limbah dalam jumlah besar.
• Sistem anaerobik dapat membiodegradasi senyawa xenobiotik (seperti chlorinated aliphatic hydrocarbons seperti trichlorethylene, trihalo-methanes) dan senyawa alami recalcitrant seperti liGnin.

Beberapa kelemahan Penguraian anaerobik:

·       Lebih Lambat dari proses aerobik

·       Sensitif oleh senyawa toksik

·       Start up membutuhkan waktu lama

·       Konsentrasi substrat primer tinggi

2.    Proses Penguraian Senyawa Organik Secara Anaerob 

Secara garis besar penguraian senyawa organik secara anaerob dapat di bagi menjadi dua yakni penguraian satu tahap dan penguraian dua tahap.

Penguraian satu tahap

Penguraian anaerobik membutuhkan tangki fermentasi yang besar, memiliki pencampur mekanik yang besar, pemanasan, pengumpul gas, penambahan lumpur, dan keluaran supernatan (Metcalf dan Eddy, 1991). Penguraian lumpur dan pengendapan terjadi secara simultan dalam tangki. Stratifikasi lumpur dan membentuk lapisan berikut dari bawah ke atas : lumpur hasil penguraian, lumpur pengurai aktif, lapisan supernatan (jernih), lapisan buih (skum), dan ruang gas. Hal ini secara umum ditunjukkan seperti pada gambar 2.

Penguraian dua tahap

Proses ini membutuhkan dua tangki pengurai (reaktor) yakni satu tangki berfungsi mencampur secara terus-menerus dan pemanasan untuk stabilisasi lumpur, sedangkan tangki yang satu lagi untuk pemekatan dan penyimpanan sebelum dibuang ke pembuangan. Proses ini dapat menguraikan senyawa organik dalam jumlah yang lebih besar dan lebih cepat. Secara sederhana proses penguraian anaerob dua tahap dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.

Gambar 2.  Penguraian Anaerob Satu Tahap.




Gambar 3. Penguraian Anaerob Dua Tahap. 

BAB III

METODE PENULISAN

A.  Jenis Penulisan

Penulisan karya tulis berjudul “TIPALU - Teknologi Pengolahan Air Limbah Tahu Dengan Fertilisasi Anerob Dan Biogas Sebagai Pengelolaan Lingkungan Berkelanjutan”dilakukan secara deskriptif dengan pendekatan kualitatif. Pengkajian masalah untuk menciptakan solusi pada penulisan ini dilakukan dengan membaca literatur yang sesuai, sedangkan metodenya menggunakan studi pustaka kemudian diselaraskan dengan konsep ide dan permasalahan yang ada.

B.  Fokus Penulisan

Penulisan karya tulis ini berfokus pada metode Tipalu dengan menggunakan teknik penelitian yang berdasar pada objek limbah tahu yang dapat dijadikan sebagai air bersih dan biogas. Sasaran penulisan ini adalah pemanfaatan air limbah tahu sebagaiAIR bersih dan biogas yang terdapat di daerah Srandakan, Bantul Provinsi DIY . Dengan tujuan untuk menciptakan air bersih dan biogas untuk permasalahan lingkungan yang berdasar pada kesenjangan sosial di masyarakat serta memanfaatkan teknologi dalam mengolah air limbah tahu yang dijadikan sebagai air bersih dan biogas untuk pemanfaatan energi terbarukan bagi lingkungan berkenajutan.

C.  Sumber Data

Sumber data yang digunakan dalam karya tulis ini yaitu melalui studi pustaka, baik itu buku-buku, jurnal, maupun literature dari internet yang relevan dengan pembahasan masalah.

D.  Teknik Pengumpulan Data

Data-data yang terkumpul dari hasil kajian literatur selanjutnya digunakan sebagai pijakan dalam melakukan analisis. Analisis tersebut dilakukan secara kualitatif untuk selanjutnya dapat ditarik kesimpulan berdasarkan pembahasan dari setiap permasalahan yang dikemukakan.

E.  Analisis Data

Berikut langkah-langkah analisis data penulisan karya tulis Alquran ini

1.        Mengidentifikasi masalah yang berkaitan dengan air limbah tahu.

2.        Menganalisis kebermanfaatan Tipalu bagi lingkungan

3.        Melakukan pencarian informasi dan referensi tentang pemanfaatan air limbah tahu yang sesuai dengan litertur yang didapatkan

4.        Menarik kesimpulan berdasarkan pembahasan.

F.   ALAT DAN BAHAN

a.       Alat

1.      Digester (tangki pencerna)

2.      Selang plastic

b.      Bahan

1.      Ampas tahu (secukupnya)

2.      Air (91-93%)

3.      NaOH (6,5-8)

4.      Bakteri EM4 (5 ml/100gr)

5.      Urea (10 gr/ 100dr)

G. PROSEDUR PENELITIAN

Prosedur pembuatan biogas dilakukan dengan langkah- langkah berikut :

a.       Persiapan Alat

Menyiapkan Digester, digester yang digunakan pada penelitian ini merupakan hasil modifikasi rancangan Mayasari, dkk (2010) dengan tipe floating drum. Pertimbangan pemilihan tipe floating drum ini adalah untuk memudahkan perhitungan volume biogas yang terbentuk setiap hari selama proses fermentasi. Selang plastic sebagai penghubung dan drum penampung gas. Merangkai alat-alat tersebut sehingga siap digunakan. Membersihkan rangkaian alat tersebut.

b.      Persiapan Bahan

Menyiapkan Bahan isian digester berupa ampas tahu sesuai dengan massanya . Penambahan air ke dalam bahan isian (ampas tahu), yang bertujuan untuk dapat memenuhi kadar air yang disyaratkan untuk pembentukan biogas, yaitu 91-93% (Ratnaningsih, 2009). Tambahkan NaOH sampai kadar keasaman(pH) mencapai rasio antara 6,5-8, NaOH ditambahkan berguna untuk penetralan PH. Tambahkan bakteri EM-4 (yang telah diencerkan) sebanyak 5 ml per 100 gr,  Effective Microorganism4 (EM4)  merupakan suatu cairan berwarna kecoklatan dan beraroma manis asam (segar) yang didalamnya berisi campuran mikroorganisme (bakteri) pengurai yang dapat membantu dalam pembusukan sampah organic yang terdiri dari bakteri fotosintetik,bakteri asam laktat,ragi,aktinomydetes,dan jamur peragian (Maman Suparman, 1994:3). Tambahkan urea sebanyak 10 gr/ 100 gr ampas tahu, yang dilarutkan dalam air ampas tahu, urea berfungsi sebagai suplai nutrisi pertumbuhan pada mikroorganisme anaerob. Semua bahan isian tersebut kemudian dicampur dimasukkan ke dalam digester sebanyak 2/3 bagian dari volume digester, yaitu ±30 liter.

c.       Pembuatan Biogas

Pembentukan biogas dilakukan pada temperatur lokal Kota  Yogyakarta yang berkisar antara 22-29°C, sehingga tidak memerlukan suplai energi tambahan untuk pengkondisian temperatur (Mayasari dkk, 2010). Rentang temperatur Kota Yogyakarta tersebut termasuk rentang temperature mesophilic (20-40°C) dengan waktu tinggal tipikal yang dibutuhkan untuk pembentukan biogas selama 30 hari.

d.      Berikut langkah pembuatan biogas

1.      Campuran bahan isian ampas tahu yang telah disiapkan, dimasukkan ke dalam reactor (gester). Tutup kerangan gas yang terhubung dengan tempat penampungan gas.

2.       Setelah 3 hari buka kerangan gas yang terhubung dengan tempat penampungan gas.

3.      Gas yang terbentuk akan tertampung dengan sendirinya dan mengalir melalui pipa saluran menuju tempat penampungan yang telah disiapkan.

4.      Dari tempat penampungan gas, gas mengalir ke dalam balon yang telah dipasang pada salah satu sisi dari tempat penampungan gas tersebut.

5.  Setelah waktu yang ditentukan tercapai, tutup kerangan keluaran gas yang terhubung dengan balon dan ikat balon yang telah mengembang.

6.      Pasang balon baru dan buka kembali kerangan keluaran gas.