PROPOSAL PENELITIAN

PENGARUH PERBANDINGAN F/M DAN PENAMBAHAN

MIKRONUTRIEN (NIKEL DAN KOBALT) PADA

PENGOLAHAN LIMBAH PERIKANAN UNTUK

MEMPRODUKSI BIOGAS

Oleh :

INDRA HUTAMA NIM. 21030110141125

WAHID HASYIM NIM. 21030110141135

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2013

Halaman Pengesahan

Nama / NIM : Indra Hutama NIM. 21030110141125

Nama / NIM : Wahid Hasyim NIM. 21030110141135

Judul : Pengaruh Perbandingan F/M dan Penambahan Mikronutrien

(Nikel dan Kobalt) pada Pengolahan Limbah Perikanan untuk

Memproduksi Biogas.

Semarang, 17 Juli 2013

Telah menyetujui,

Dosen Pembimbing

Ir. Agus Hadiyarto, M.T.

NIP. 195508211983031002

ii

RINGKASAN

Kenaikkan harga minyak bumi dunia yang semakin melonjak tinggi menyebabkan perlunya sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Salah satu sumber energi alternatif yang berpotensi untuk dikembangkan adalah biogas. Indonesia sebagai negara penghasil ikan dengan produksi perikanan Indonesia yang telah mencapai 6,5 juta ton per tahun, limbah yang dihasilkan mencapai sekitar 2 juta ton per tahun. Limbah perikanan berpotensi mencemari lingkungan dan merusak ekosistem apabila tidak tertangani dengan baik. Salah satu alternatif penanganan limbah organik yang baik adalah dengan konsep waste to energy yaitu mengolah limbah perikanan menjadi sumber energi seperti biogas. Tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji pengaruh perbandingan F/M pengaruh penambahan mikronutrien (nikel dan kobalt) pada proses pembuatan biogas dari limbah perikanan terhadap volume biogas yang dihasilkan untuk mendapatkan yield biogas yang optimal.

Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian anaerob (tanpa udara) atau fermentasi dari material organik seperti kotoran hewan, lumpur kotoran, sampah padat, atau sampah terurai secara biokimia. Satu meter kubik biogas setara dengan 0,8 liter bensin dan 0,46 kg elpiji menjadi potensi sebagai bahan bakar alternatif. Biogas dapat dibuat dari kotoran sapi, kotoran kuda, limbah rumah tangga, dan limbah perikanan.

Anaerobic Digestion(AD )merupakan proses biologi kompleks yaitu terdekomposisinya bahan organik oleh bakteri anaerobik ke lingkungan tanpa membutuhkan oksigen. Produk biogas dari limbah perikanan sebagai bahan organik terjadi melalui empat tahap yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis. Faktor yang berpengaruh pada proses pembentukan biogas antara lain temperatur, pH, nutrisi dalam umpan, kadar air, organic loading rate, pengadukan, TS&VS, starter, HRT, inhibitor, perbandingan F/M, serta makro dan mikronutrien.

Tahapan penelitian yang dilakukan adalah karakterisasi bahan limbah perikanan, tahap fermentasi anaerob, dan analisis hasil biogas dan COD dalam limbah. Rancangan percobaan yang digunakan yaitu memvariasi perbandingan F/M dan penambahan jumlah mikronutrien pada proses fermentasi anerobik secara batch, pada berbagai kondisi ditentukan yaitu suhu mesofilik (lingkungan), pH netral (7-8), dan nutrisi makro (sesuai kandungan dalam limbah). Hasil yang ingin diperoleh adalah pengaruh perbandingan F/M dan penambahan mikronutrien pada yield biogas dan kandungan COD sisa dalam limbah setelah proses fermentasi.

Kata kunci: limbah perikanan, biogas, fermentasi anaerobik, COD, mikronutrien.

iii

SUMMARY

Increasing in petroleum prices led to the soaring need for alternative energy sources instead of fossil fuels. One potential alternative energy sources is biogas. Indonesia as an archipelago which fisheries production has reached 6.5 million tons per year, the waste from fisheries generated approximately 2 million tonnes per year. Fisheries waste potentially polluted the environment and damage the ecosystem if not handled properly. One alternative treatment for organic waste with the waste to energy concept is processing waste into energy such as biogas. The purposes of this research are to examine the comparative influence of F/M and the effect of adding micronutrients (nickel and cobalt) in the process of making biogas from fisheries waste to the volume of biogas produced, to obtain optimal biogas yield in the process.

Biogas is gas produced from the decomposition of anaerobic (without air) or fermentation of organic material such as animal manure, sewage sludge, solid waste, or waste decomposes in biochemically. One cubic meter of biogas is equivalent to 0.8 liters of gasoline and 0.46 kg of LPG into the potential as an alternative fuel. Biogas can be made from cow manure, horse manure, household waste, and fisheries waste.

Anaerobic digestion (AD) is a complex biological process when decomposition of organic materials occurred by anaerobic microorganism without oxygen. Biogas from fisheries waste as organic material passed four steps, hydrolysis,acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis. The factors affecting biogas forming process are temperatures, pH, nutritions of feed, water content, organic loading rate,agitation,TS & TV, starter, inhibitors,F/M ratios, macro and micronutrients.

The conducted research stages are fisheries wastes characterization, anaerobic fermentation, and biogas result and COD analysis. The research plan used are F/M ratios variation and addition of micronutrients in the batch anaerobic fermentation process,in various conditions includes mesophilic conditions (35oC), neutral pH (7-8),and macronutrients. The objective results are the effect of F/M ratios and micronutrient additions against biogas yield and effluent COD contents after fermentation process.

Keywords: fish waste, biogas, anaerobic digestion, COD, micronutrient.

iv

PRAKATA

Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat

dan karuniaNya, sehingga dapat menyelesaikan proposal penelitian berjudul “Pengaruh

Perbandingan F/M dan Penambahan Mikronutrien (Nikel dan Kobalt) pada

Pengolahan Limbah Perikanan untuk Memproduksi Biogas”.

Dalam penyusunan Proposal Penelitian ini, penyusun memperoleh bantuan baik secara

langsung maupun tidak langsung, sehingga pada kesempatan ini rasa terima kasih penyusun

sampaikan secara langsung kepada Ir. Agus Hadiyarto, M.T. selaku dosen pembimbing yang

telah memberikan bimbingan secara intensif dalam penulisan penulisan proposal penelitian

ini, Dr. Ir. Budiyono, M.Si. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Universitas Diponegoro, dan

seluruh pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu-persatu yang telah membatu dalam

penyusunan proposal penelitian ini.

Disdari bahwa proposal penelitian ini masih terdapat kekurangan. Segala yang terbaik

telah dilakukan dalam proses penyelesaiannya, maka kritik dan saran yang bersifat

membangun sangat diharapkan.

Semoga proposal penelitian ini dapat bermanfaat bagi yang memmbutuhkan,

khususnya mahasiswa Teknik Kimia UNDIP yang sedang melakukan penelitian.

Semarang, Juli 2013

Penyusun

v

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN............................................................................. ii

RINGKASAN..................................................................................................... iii

SUMMARY........................................................................................................ iv

PRAKATA.......................................................................................................... v

DAFTAR ISI....................................................................................................... vi

DAFTAR TABEL............................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... ix

BAB 1 PENDAHULUAN.................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang.................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah............................................................................ 2

1.3. Tujuan Penelitian................................................................................ 2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 3

2.1. Kondisi Perikanan di Indonesia.......................................................... 3

2.2. Limbah Perikanan............................................................................... 3

2.3. Pengolahan Limbah Secara Biologi.................................................... 6

2.3.1. Proses Biologi Aerobik............................................................. 6

2.3.2. Proses Biologi Anaerobik......................................................... 8

2.3.3. Perbandingan Proses Aerobik dan Anaerobik.......................... 9

2.4. Biogas................................................................................................. 10

2.4.1. Pembentukan Biogas Secara Anaerobik................................... 12

2.4.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Anaerobik............. 13

2.5. Metode Anaerobic Digestion.............................................................. 17

2.6. Perbandingan F/M (Food to Microorganism Ratio)........................... 21

2.6.1. Pengertian F/M......................................................................... 21

2.6.2. Pengaruh Perbandingan F/M pada Proses Anaerobik.............. 22

2.6.3. Penelitian Terdahulu tentang Perbandingan F/M pada Pengolahan

Limbah Secara Anaerobik........................................................ 22

2.7. Mikronutrien....................................................................................... 23

2.7.1. Pengertian Trace Metal............................................................ 23

2.7.2. Pengaruh Trace Metal pada Proses Anaerobik......................... 24

vi

2.7.3. Penelitian Terdahulu tentang Trace Metal pada Pengolahan

Limbah Secara Anaerobik...................................................... 25

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN............................................................. 27

3.1. Rancangan Percobaan......................................................................... 27

3.2. Bahan dan Alat yang Digunakan........................................................ 29

3.2.1. Bahan yang Digunakan.......................................................... 29

3.2.2. Alat yang Digunakan.............................................................. 29

3.3. Penetapan Variabel............................................................................. 29

3.3.1. Variabel Bebas....................................................................... 29

3.3.2. Variabel Terikat...................................................................... 29

3.3.3. Respon.................................................................................... 30

3.4. Gambar Rangkaian Alat..................................................................... 30

3.5. Prosedur Penelitian............................................................................. 30

3.5.1. Persiapan................................................................................ 30

3.5.2. Tahap Operasi (pembuatan biogas)........................................ 31

3.5.3. Tahap Analisis Hasil (analisis data)....................................... 31

BAB 4 JADWAL PELAKSANAAN................................................................. 32

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 33

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Input dan output berbagai variasi ikan (Arvatinoyannis dan Kassaveti, 2008)......4

Tabel 2.2 Karakteristik limbah ikan (Gabauer, 2004).............................................................5

Tabel 2.3 Gas – gas yang dihasilkan dari reaktor biogas (Amaru, 2004)..............................11

Tabel 2.4 Kesetaran biogas dengan sumber energy lain tiap 1 m3 (Dit. Pengolahan Hasil

Pertanian, Ditjen PPHP-Deptan)............................................................................11

Tabel 2.5 Kondisi pengoperasian proses anaerobik (Engler et al., 2000)..............................14

Tabel 2.6 Penelitian perbandingan F/M pada proses anaerobik.............................................23

Tabel 2.7 Unsur yang berperan dalam metabolisme methanogenic archaea (Jiang, 2006). .23

Tabel 2.8 Penelitian menggunakan trace metal pada proses anaerobik.................................25

Tabel 4.1 Timeline pelaksanaan penelitian.............................................................................32

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses fermentasi anaerobik penghasil biogas (Buswell and Boruff, 1930)......12

Gambar 2.2 Proses fermentasi anaerobik dalam reaktor biogas (Amaru, 2004)....................13

Gambar 2.3 Diagram alir proses anaerobic digestion (Angelidaki et al., 2002)...................20

Gambar 2.4 Jalur pembentukan metan (Jones et al., 1985)....................................................24

Gambar 3.1 Blok diagram rancangan penelitian....................................................................28

Gambar 3.2 Rangkaian alat anaerobic batch reactor............................................................30

ix

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Energi fosil terutama minyak bumi masih menjadi sumber energi yang paling banyak

digunakan di Indonesia. Kenaikkan harga minyak bumi dunia yang semakin melonjak tinggi

menyebabkan subsidi bahan bakar minyak ikut melonjak sehingga diperlukan sumber energi

alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak (Wahyuni, 2009). Salah satu sumber energi

alternatif yang berpotensi dikembangkan sebagai solusi penggganti energi fosil baik minyak

bumi, gas alam, maupun batubara adalah biogas (Sofian, 2008).

Bahan dasar pembuatan biogas dapat berasal dari berbagai limbah organik hasil pertanian,

perikanan, kotoran hewan dan manusia, serta limbah organik lainnya (A.S. Abdulkareem, 2005).

Penelitian pengembangan biogas yang telah dilakukan sampai saat ini antara lain menggunakan

kotoran sapi (Herlina et al., 2010), kotoran kuda (Widodo dan Asari, 2009) dan kotoran hewan

lainnya (Nurjahya, 2005). Pembuatan biogas banyak menggunakan bahan baku limbah organik

sehingga biogas dapat menjadi solusi pencegahan pencemaran \dengan konsep waste to energy.

Berdasarkan laporan FAO Year Book 2009, produksi perikanan tangkap di Indonesia

berada pada peringkat ke-3 dunia selama periode tahun 2003-2007 dengan kenaikan rata-rata

produksi sebesar 1,54%. Selain itu, Indonesia menempati peringkat ke-4 dunia untuk produsen

perikanan budidaya sampai tahun 2007 dengan kenaikan 8,79% sejak tahun 2003. Dari jumlah

produksi perikanan tersebut, sekitar 20-30% terbuang sebagai limbah. Dengan produksi

perikanan Indonesia yang telah mencapai 6,5 juta ton per tahun, limbah yang dihasilkan

mencapai sekitar 2 juta ton per tahun. Jumlah limbah yang melimpah berpotensi mencemari

lingkungan jika tidak tertangani dengan baik.

Limbah hasil perikanan yang memliki kandungan BOD dan COD tinggi tidak hanya

berpotensi mencemari lingkungan sekitar secara langsung, tetapi juga dapat mengubah zona

pesisir yang lebih luas dalam tingkatan suatu ekosistem, sehingga mengurangi biomassa,

kepadatan dan keberagaman benthos, plankton dan nekton, dan akan memodifikasi jaring-jaring

makanan alami (Gowen dan Pillay, 1991). Selain itu limbah perikanan yang mengandung bahan

organik menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut, fenomena eutrofikasi, masalah estetika

dan kesehatan (Jenie dan Rahayu, 1993).

10

Melihat potensi dan ancaman limbah hasil produksi perikanan di Indonesia, dampak

negatif tersebut harus dicegah atau dikurangi dengan cara pengurangan kadar bahan organik

yang tidak melebihi baku mutu limbah atau dengan mengolah limbah. Maka dari itu pembuatan

biogas dari limbah perikanan sebagai upaya mengurangi limbah dan sumber energi alternatif

dapat lebih dikembangkan untuk kepentingan masyarakat luas. Penelitian ini perlu dilaksanakan

untuk dapat memanfaatkan limbah organik hasil perikanan sebagai bahan baku pembuatan

biogas dalam rangka mengurangi pencemaran lingkungan dan pemenuhan energi alternatif di

masyarakat. Oleh karena itu dibutuhkan pengumpulan data sampel dan hasil penelitian agar

pembuatan biogas dari limbah hasil perikanan dapat diaplikasikan secara optimal di masyarakat.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Sektor perikanan di Indonesia menyumbang sekitar 2 juta ton limbah organik per tahun.

Limbah perikanan berpotensi mencemari lingkungan dan merusak ekosistem apabila tidak

tertangani dengan baik. Salah satu alternatif penanganan limbah organik yang baik adalah

dengan konsep waste to energy yaitu mengolah limbah perikanan menjadi sumber energi seperti

biogas.

Pemanfaatan limbah ikan menjadi biogas berpotensi untuk menjadi salah satu alternatif

solusi dalam mengurangi pencemaran dan pemenuhan energi. Pengumpulan data melalui

penelitian dibutuhkan untuk dapat mengoptimalkan pemanfaatan limbah ikan sebagai bahan

baku biogas ini. Pengumpulan data mengenai bagaimana mengolah limbah ikan menjadi biogas

menggunakan metodologi dan kondisi operasi yang tepat sehingga yield biogas yang didapat

optimal.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Secara umum tujuan penelitian adalah untuk membuat biogas dari bahan baku limbah

perikanan sehingga dapat menjadi solusi pencegahan pencemaran dan pemenuhan energi bagi

masyarakat.

Secara khusus tujuan penelitian adalah sebagai berikut :

1. Mengkaji pengaruh perbandingan F/M pada proses pembuatan biogas dari limbah

perikanan terhadap volume biogas yang dihasilkan.

2. Mengkaji pengaruh penambahan mikronutrien (nikel dan kobalt) pada proses

pembuatan biogas dari limbah perikanan terhadap volume biogas yang dihasilkan

11