potensi sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber

Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
POTENSI SLUDGE BIOGAS DARI FESES SAPI POTONG SEBAGAI
SUMBER BAKTERI ANAEROB PENGHASIL GAS METANA
BIOGAS POTENTIAL OF SLUDGE AS A SOURCE OF CATTLE
FECES ANAEROBIC BACTERIA PRODUCING METHANE
Siti Nadifah Afid*, Ellin Harlia**, Wowon Juanda**
Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
Jalan Raya Bandung Sumedang KM 21 Sumedang 45363
*Alumni Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
** Staff Pengajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian bertujuan untuk mengetahui jumlah bakteri anaerob dan proporsi gas yang
terdapat pada sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil
gas metana. Pengambilan sampel dilakukan di Unit Pengkajian dan Pengolahan Limbah
(UPPL) Universitas Padjajaran. Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi dan
Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan, Laboratorium Pusat Riset Institusi
Nanoteknologi dan Graphene Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Padjadjaran Sumedang pada bulan Maret sampai April 2016. Penelitian dilakukan
berdasarkan metode eksploratif, dengan menggunakan data deskriptif. Pengujian sampel
dilakukan di Laboratorium Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Pati. Sampel yang
digunakan sebanyak 27 sampel dari sampel tersebut dihitung jumlah bakteri dan proporsi gas
pada hari ke 2,5,10 dan 14. Terdapat tiga pengenceran dengan tiga ulangan dan dua macam
perlakuan menggunakan media NA dan RGCA. Hasil penelitian menunjukan bahwa sludge
sapi potong berpotensi untuk pertumbuhan koloni bakteri anaerob dan menghasilkan gas
metana. jumlah bakteri pada media NA adalah 102,50 ± 39,65 CFU/ml dan RGCA adalah
68,33 ± 10,76.CFU/ml Jumlah bakteri tertinggi pada hari ke-5. Gas yang dihasilkan dari
penelitian ini yaitu CH4, CO2, N2O, H2. Proporsi gas media NA pada gas metana dan CO2
berturut-turut adalah 0,0342 ± 0,0005 dan 0,5391 ± 0,4298, media RGCA 0,0210 ± 0,0211
dan 0,4355 ± 0,2607
Kata kunci : Bakteri Anaerob, Sludge, Feses Sapi Potong, Gas, Media
ABSTRACT
This research was conducted from Maret to Mei, 2015 to find out biogas potential of
sludge as a source of cattle feces anaerobis bacteria producing methane. Sampling was
conducted in the Assessment and Waste Treatment Unit (UPPL) Padjajaran University.
Research conducted in Laboratory of Microbiology and Waste Management Faculty of
Animal Husbandry, the Central Laboratory of Nanotechnology and Graphene Research
Institute, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Universitas Padjadjaran Sumedang in
March and April 2016. The study was conducted by an explorative method, using data
descriptive. The test samples Laboratory of Agricultural Environment Research Institute Pati.
Samples used as many as 27 samples and then the sample is calculated the number of bacteria
and the proportion of gas on days 2,5,10 and 14. There are three types of dilution (P1 = 103,
P2 = 104, P5 = 105) with three replications two kinds of treatment media NA and RGCA.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
The study states showed that the potential for growth of colonies anaerob bacteria and
produce methane of biogas sludge from feces of beef cattle. bacteria on NA media was
102,50 ± 39.65 CFU/mL and 68.33 ± 10.76 CFU/mL RGCA is. The highest number of
bacteria on the 5th day. The gas produced from this research that CH4, CO2, N2O, H2. The
proportion of media NA gas methane and CO2 respectively were 0.0342 ± 0.0005 and 0.5391
± 0.4298, 0.0210 ± 0.0211 RGCA media and 0.4355 ± 0.2607.
Key words : Anaerobic Bacteria, Biogas, Cattle Feces, Methane Gas.
Pendahuluan
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki komoditas pertambangan
batubara yang cukup baik. Pulau Kalimantan merupakan salah satu tempat yang memiliki
lahan tambang yang cukup banyak. Berbagai macam jenis lahan tambang potensial terdapat
di daerah ini, salah satu komoditas lahan tambang yang cukup besar adalah tambang
batubara.
Sludge feses sapi potong adalah hasil proses pencernaan dari dalam digester yang
masih mengandung bakteri di dalamnya. Sludge diambil dari digester jenis fix-dome untuk
pembuatan biogas. Bakteri yang terdapat di dalam sludge hasil pencernaan biogas yaitu
bakteri anaerob pembentuk gas metana. Potensi bakteri metan yang terdapat didalam sludge
dapat dimanfaatkan untuk diambil gas metana yang akan digunakan untuk penambahan
kualitas nilai kalor pada batubara jenis lignit.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Mengetahui jumlah bakteri anaerob yang terdapat pada sludge biogas dari feses sapi
potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil gas metana.
2. Mengetahui proporsi gas metana yang dihasilkan pada sludge biogas dari feses sapi
potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil gas metana.
Bahan dan Metode
Penelitian dan Pengujian ini telah dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Mei
2016. Pengambilan sampel dilakukan di Unit Pengkajian dan Pengolahan Limbah (UPPL),
Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan,
Laboratorium Pusat Riset Institusi Nanoteknologi dan Graphene Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjajaran Sumedang dan Laboratorium Balai Penelitian
Lingkungan Pertanian Pati.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
Peubah yang diamati
1. Jumlah bakteri anaerob yang tumbuh dalam tabung hungate pada sludge di dalam
digester fixed dome.
2. Gas yang terbentuk (kualitatif dan kuantitatif).
Metode Penelitian
Penelitian ini merupakan metode eksploratif yang akan dianalisis secara deskriptif
yaitu menghitung rata-rata, simpangan baku, varian, koefisien variasi dan menaksir rata-rata.
Penelitian ini menggunakan dua perlakuan yaitu perlakuan dengan media NA (media
minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) hasil penanaman diamati pada hari ke-2, 5,
10 dan 14 . Untuk menganalisis data menggunakan analisis data sederhana.
Hasil dan Pembahasan
Potensi Sludge Biogas dari Feses Sapi Potong sebagai Sumber Bakteri Anaerob
Data pertumbuhan rata-rata jumlah bakteri pada sludge biogas dari feses sapi potong
disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Rata-rata Jumlah Bakteri Anaerob
Pengamatan
Hari
2
5
10
14
Media NA
Media RGCA
(Cfu/ml)
104
30,00 ± 15,43
102,50 ± 84,88
65,00 ± 5,44
33,33 ± 13,71
25,00 ± 17,78
68,33 ± 20,95
50,00 ± 35,56
48,33 ± 44,78
Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan diperoleh data rata-rata jumlah
bakteri total pada sludge yang disajikan pada Tabel 2. Diketahui bahwa pada media NA
dan RGCA pada hari ke-5 jumlah bakteri mengalami kenaikan yaitu 102,50 ± 84,88 CFU/ml
dan 68,33 ± 20,95 CFU/ml dan turun pada hari ke-10 yaitu 65,00 ± 5,44 CFU/ml dan 50,00
± 35,56 CFU/ml .
Hal ini tidak sejalan dengan pendapat Setiana (2011) Pada
percobaan hari pertama hingga hari keenam,
awal
bakteri masih berada pada fase
pertumbuhan lamban (lag fase). Fase lag merupakan fase mikroorganisme sedang dalam
proses adaptasi sehingga tidak ada pertambahan populasi bakteri. Pada hari ketujuh
sampai hari keempat belas, mikroorganisme cenderung beradaptasi yaitu mengalami
perubahan komposisi kimiawi dan bertambahnya ukuran hal ini disebabkan
karena
mikroorganisme berada pada fase eksponensial. Pada hari kelimabelas sampai hari
kedelapan belas, bakteri berada pada fase statis, Pada fase ini terjadi penumpukan
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
produk beracun dan /atau kehabisan nutrient. Menurut Haryati (2006) Kegagalan proses
pencernaan anaerobik dalam tabung biogas bisa dikarenakan tidak seimbangnya populasi
bakteri metanogenik terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat
asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri
metanogenik..
Media yang digunakan untuk perkembangbiakan bakteri yaitu media NA dan RGCA.
. Lab-Lemco powder berfungsi sebagai sumber vitamin B bagi mikroorganisme, ekstrak ragi
berfungsi sebagai sumber nitrogen, peptone berfungsi sebagai sumber energi/nutrisi bagi
mikroorganisme dan sodium klorida berfungsi sebagai pengatur keseimbangan tekanan
osmosis/bahan buffer media (Jumanti, 2016).
Komposisi RGCA dengan menggunakan
tehnik Hungate (1950) yaitu K2HPO4, Aquades, NaCl, (NH4)2SO4, KH2PO4, CaCl2,
Mg2SO4.7H2O, glukosa, selobiosa, baktoagar, sistein, Na 2CO3, resazurin dan cairan rumen.
Menurut Sutarma (2000) KH2PO4 berfungsi sebagai buffer untuk menyeimbangkan pH.
Kandungan kalium dan fosfat pada KH2PO4 berguna untuk memberi nutrisi sel
mikroorganisme serta sebagai elemen kunci dalam pengendalian metabolism sel, proses
transport, dan dibutuhkan pada metabolisme karbohidrat, K2HPO4 memiliki kandungan
berupa unsure K yang tinggi dan sebagai sumber P. Fungsi K2HPO4 adalah sebagai larutan
buffer untuk menstabilkan pH medium (Sutarma, 2000). Mg2SO4.7H2O berfungsi sebagai
sumber S yang berperan dalam stabilisasi ribosom, stabilisasi membrane, dan dinding sel,
CaCl2 berfungsi sebagai sumber mineral yakni Kalsium dan Kalium untuk mendukung
pertumbuhan mikroorganisme. Menurut Fuad (2001) aquades berfungsi sebagai pelarut dan
menghomogenkan medium dalam pembuatan media serta
Berdasarkan hasil penelitian bakteri anaerob tumbuh lebih baik pada media NA
dibandingkan dengan media RGCA karena didalam media NA tersedia ekstrak ragi yang
mengandung asam amino yang lengkap dan vitamin (B complex) yang berfungsi sebagai
nutrisi utuk pertumbuhan bakteri. Namun, apabila dibandingkan dengan media NA, jumlah
bakteri pada media RGCA hari ke-14 mengalami penurunan yang tidak terlalu signifikan
dibandingkan pada media NA hal ini disebabkan pada media RGCA terdapat K 2HPO4 yang
berfungsi sebagai larutan buffer untuk menstabilkan pH hal ini sejalan dengan penyataan
Saragih (2010) Bila pH lebih kecil atau lebih besar maka akan mempunyai sifat toksik
terhadap bakteri metanogenik. pH yang baik untuk bakteri anaerob pada proses pembentukan
biogas berkisar 7-7,8.
Menurut Weiland (2009), Mikroorganisme memerlukan nutrisi untuk pertumbuhan
dan kelangsungan hidup. Nutrisi yang dibutuhkan bakteri dalam bentuk makro dan mikro.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
Makronutrisi yang dibutuhkan yaitu karbon, fosfor, dan sulfur. Menurut Bischoff (2009),
Mineral-mineral yang dibutuhkan untuk pertumbuhan bakteri metan umumnya yaitu nikel.
Nikel disintesis oleh kofaktor F430 pada proses pembentukan gas metana. Fungsi mineral
lain seperti selenium, molibdenum, dan tungsten tidak sepenuhnya jelas, hanya sedikit bakteri
metanogenik yang bergantung pada mineral tersebut untuk proses pertumbuhan.
Bakteri anaerob terutama bakteri metan merupakan bakteri yang dibutuhkan untuk
proses pembentukan gas metana pada pembuatan biogas. Bakteri anaerob memiliki sifat
yang tidak dapat hidup jika terdapat oksigen. Sesuai dengan Pernyataan Ristianti (2014),
diketahui bahwa sifat basil anaerobik adalah ketidakmampuannya untuk menggunakan
oksigen sebagai akseptor hidrogen terakhir. Mikroba ini tidak mempunyai sitokrom
dan sitokrom oksidase sehingga tidak dapat memecahkan hidrogen peroksida karena
mikroba tersebut tidak mempunyai katalase dan peroksidase, hidrogen peroksida
cenderung tertimbun hingga menimbulkan toksik bila terdapat oksigen.
Bakteri anaerob yang terdapat di dalam sludge diantaranya yaitu bakteri Metanogenik.
Bakteri metanogenik melakukan metanogenesis di dalam digester. Demirel (2008) dalam
Shah (2014) menyatakan Metanogenesis merupakan reaksi biokimia kompleks yang terjadi
dalam kondisi anaerob yang dilakukan oleh bakteri anaerob (bakteri metan) dengan cara
didekomposisi menjadi senyawa kimia sederhana yaitu gas metana dan karbon dioksida .
Kualitas Gas Metana pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong
dalam Tabung Hungate.
Pembentukan gas metana pada sludge sapi potong tidak terlalu besar karena asam
asetat sebagai bahan baku untuk pembentukan gas metana jumlahnya sedikit hal ini
disebabkan karena sapi potong lebih banyak mengkonsumsi konsetrat dibandingkan dengan
hijauan. Asam Asetat merupakan lemak tidak jenuh yang banyak terkandung di dalam
hijauan sehingga gas metana yang diproduksi oleh bakteri metanogenik. Rata-rata jumlah
biogas pada sludge dari feses sapi potong disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3.
Rataan Biogas pada Berbagai Media (NA dan RGCA)
Perlakuan
CH4
Hari
NA
CO2
RGCA
N2 O
(%)
CH4
CO2
N2 O
...................
....................
....................
......................
.....................
2 0,0235±0,0109 0,0055±0,0028 0,0055±0,0028 0,0070±0,0068 0,0071±0,0069 0,0075±0,052
5 0,0200±0,0194 0,770±0,6143 0,0006±0,0005 0,0210±0,0211 0,4355±0,2607 0,0283±0,0007
10 0,0342±0,0005 0,5391±0,4298 0,0014±0,0001 0,0156±0,0106 0,2075±0,2016 0,0020±0,0014
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
14 0,0107±0,0104 0,5033±0,4012 0,0026±0,0024 0,0118±0,0114 0,2160±0,2099 0,0010±0,0007
Berdasarkan hasil penelitian yang disajikan pada Tabel 3. produksi gas metana yang
paling banyak terdapat pada hari ke-10 pada media NA dengan rata-rata yaitu 0,0342±0,0005
hal ini berbanding terbalik dengan pertumbuhan bakteri yang mengalami penurunan jumlah
bakteri. Sedangkan, pada media RGCA produksi gas metana mengalami kenaikan pada hari
ke-5 dengan jumlah 0,0210±0,0211 sejalan dengan pertumbuhan jumlah koloni bakteri.
Sejalan dengan pernyataan Nazar (2013), produksi gas metana mengalami kenaikan pada hari
ke 10 sampai dengan hari 14 karena pada hari tersebut terjadi proses metanogenesis. Media
yang digunakan untuk pertumbuhan mempengaruhi jumlah bakteri namun tidak
mempengaruhi laju pembentukan gas metana.
Berdasarkan hasil penelitian rata-rata gas metana (CH4) yang dihasilkan pada media
NA hari ke-10 yaitu 0,0342±0,0005, sedangkan pada gas Karbondioksida (CO2) jumlah ratarata gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang tertinggi pada hari ke-2 yaitu
0,770±0,6143. Berdasarkan hasil penelitian Persentase Gas CO2 yang didapatkan dari hasil
penelitian berbanding terbalik dengan persentase gas CH4. Pada media RGCA jumlah ratarata gas metana (CH4) tertinggi pada hari ke-2 yaitu 0,0210±0,0211 sedangkan jumlah ratarata gas karbondioksida (CO2) tertinggi diperoleh pada hari ke-2 yaitu 0,4355±0,2607.
Menurut Mashapu (2005) dalam Zieminski (2012) H2 dan CO2 dikonversikan menjadi gas
metana dan asetat menjadi gas metana dan CO2 konversi ini dibantu dengan berbagai enzim
kelompok prostetik yang terjadi hanya di metanogenesis.
Enzim terdiri dari:
Deazariboflavine F420 derivatif, methanopterin, methanofurane, nikel-tetrapyrol faktor F430
dan koenzim M (merkaptan sulfonate), autotrophic yang berfungsi sebagai pengikat CO2 saat
metanogenesis. Hal ini sejalan dengan pernyataan (Moontri, 2012), yaitu bakteri metanogenik
menggunakan H2 untuk mereduksi CO2 menjadi metana. Persamaan reaksi
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Tahap-tahap reaksi enzim dalam pembuatan gas metana yaitu pengaktifan CO 2 oleh enzim
yang mengandung metanofuran yang kemudian direduksi menjadi formil (CHO) yaitu formil
metanofuran (formyl-MF). Formil ditransfer dari metanofuran ke enzim yang mengandung
metanopterin menjadi metilen lalu menjadi metil (CH3) yaitu formyl-H4 SPT diubah menjadi
methenyl-H4 SPT , diubah menjadi methylene-H4 SPT, kemudian diubah menjadi methyl-H4
SPT. Metil ditransfer dari metanopterin ke enzim yang mengandung koenzim M (CoM)
membentuk metil-CoM. Metil-CoM direduksi menjadi metan oleh sistem metil reduktase
yang mengandung koenzim F430 dan koenzim B (CoB). Koenzim F430 memindahkan metil
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
dari metil-CoM membentuk kompleks yang terdiri dari nikel dan metil. Kompleks direduksi
oleh elektron dari koenzim B (CoB) menghasilkan metana dan kompleks heterodisulfida.
Kompleks heterodisulfida direduksi oleh heterodisulfida reduktase. Proses ini menghasilkan
pelepasan proton melewati membran yang menimbulkan daya dorong proton oleh enzim
ATPase menghasilkan ATP.
Gas yang dihasilkan yang paling besar dalam biogas adalah gas CH 4 selanjutnya CO2
dan gas N2O. Produksi gas CH4 dan CO2 selalu berbanding terbalik. Menurut Mashapu
(2005) dalam Zieminski (2012) H2 dan CO2 dikonversikan menjadi gas metana dan asetat
menjadi gas metana dan CO2.
Menurut Price dan Cheremisinoff (1981) 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). Pembuatan biogas dibagi menjadi tiga tahap yaitu Hidrolisis,
Asidogenesis dan Metanogenesis. Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH4, 30% CO2,
sedikit H2 dan H2S.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa :
1. Jumlah bakteri anaerob yang tertinngi pada sludge biogas dari feses sapi potong pada
hari ke-5 yaitu 102,50 ± 84,88 CFU/ml utuk media NA dan 68,33 ± 20,95 CFU/ml untuk
media RGCA
2. Proporsi gas metana yang dihasilkan pada sludge biogas dari feses sapi potong
sebagai sumber bakteri anaerob pada media NA gas metana yaitu 0,0342 ± 0,0005 dan
media RGCA 0,0210 ± 0,0211.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
Daftar Pustaka
Bischoff, K., 2009. Cloning and Characterization of a Recombinant Family 5
Endoglucanase from Bacillus licheniformis Strain B- 41361. Process Biochem.
42, 1150–1154.
Demirel, B., Scherer, P. 2008. The Roles of Acetotrophic and Hydrogenotrophic
Methanogens During Anaerobic Conversion of Biomass to Methane. Journal
Environmental Science Biotechnology 7: 175
Fuad, Fathir.2001.Media Pertumbuhan Mikroba. http://fuadfathir.multiply.com. Diunduh
pada tanggal 8 Agustus 2016 pukul 10.28 WIB.
Haryati, Tuti. 2006. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif.
Wartazoa Vol. 16 No. 3 Th. 2006. Ba;ai Besar Penelitian Veteriner Bogor.
Moontri, R. 2012. Pembuatan Metanol dari Bahan Baku Biomas (Online),
(http://bmdstreet.com/pembuatan-metanol-dari-bahan-baku-biomas), diakses 5 Juli
2016.
Ogimoto, K dan S. Imai. 1981. Atlas of Rumen Microbiology. Japan Scientific SOGieties
Press, Tokyo.
Saragih, Budiman R. 2010. Analisis Potensi Biogas untuk Menghasilkan Energi Listrik dan
Termal pada gedung Komersil di Daerah Perkotaan (Studi Kasus pada Mal
Metropolitas Bekasi). Tesis Universitas Indonesia. Depok.
Setiana Wati, Dwi dkk. 2011. Jurnal Pembuatan Biogas dari Limbah Cair Industri Bioetanol
Melalui Proses Anaerob (Fermentasi). Semarang: Universitas Diponegoro.
Shah, Fayyaz Ali. 2014. Microbial Ecology of Anaerobic Digesters: The Key Players of
Anaerobiosis. Hindawi Publishing Corporation e Scientific World Journal Volume
2014.
Sutarma. 2000. Kultur Media Bakteri. Bogor: Balai Penelitian Veteriner.
Weiland, Peter. 2009. Biogas production: current state and perspectives Appl Microbiol
Biotechnol 85:849–860.