LIMBAH INDUSTRI TAHU DAN TEKNOLOGI BIOGAS AIR LIMBAH TAHU GUNA MEWUJUDKAN PENERAPAN ENERGY BARU TERBARUKAN SECTOR INDUSTRI KECIL MENENGAH

Limbah yang dihasilkan oleh IKM tahu meliputi diantaranya ; limbah padatan dan air limbah hasil proses produksi.

1. Limbah Padatan Industri Tahu

Limbah industri tahu pada umumnya dibagi menjadi 2 (dua) bentuk limbah, yaitu limbah padat dan limbah cair. Limbah padat pabrik pengolahan tahu berupa kotoran hasil pembersihan kedelai (batu, tanah, kulit kedelai, dan benda padat lain yang menempel pada kedelai) dan sisa saringan bubur kedelai yang disebut dengan ampas tahu. Limbah padat yang berupa kotoran berasal dari proses awal (pencucian) bahan baku kedelai dan umumnya limbah padat yang terjadi tidak begitu banyak (0,3% dari bahan baku kedelai). Sedangkan limbah padat yang berupa ampas tahu terjadi pada proses penyaringan bubur kedelai. Ampas tahu yang terbentuk besarannya berkisar antara 25-35% dari produk tahu yang dihasilkan.

2. Air Limbah Industri Tahu

Pada proses produksi tahu berasal dari proses perendaman, pencucian kedelai, pencucian peralatan proses produksi tahu, penyaringan dan pengepresan/pencetakan tahu. Sebagian besar limbah cair yang dihasilkan oleh industri pembuatan tahu adalah cairan kental yang terpisah dari gumpalan tahu yang disebut dengan air dadih (whey). Cairan ini mengandung kadar protein yang tinggi dan dapat segera terurah ini sering dibuang secara langsung tanpa pengolahan terlebih i. Limba

Gambar 1. Air limbah hasil proses produksi tahudahulu sehingga menghasilkan bau busuk dan mencemari lingkungan.

3. Pengolahan Limbah Padat Industri Tahu

Limbah padat industri tahu meliputi ampas tahu yang diperoleh dari hasil pemisahan bubur kedelai. Ampas tahu masih mengandung protein yang cukup tinggi (Tabel 2) sehingga masih dapat dimanfaatkan kembali. Ampas tahu masih mengandung protein 27 gr, karbohidrat 41,3 gr, maka dimungkinkan untuk dimanfaatkan kembali menjadi kecap, tauco, tepung yang dapat digunakan dalam pembuatan berbagai makanan (kue kering, cake, lauk pauk, kerupuk, dll). Pada pembuatan kue dan aneka makanan, pemakaian tepung tahu tersebut dapat disubstitusikan ke dalam gandum. Pemakaian tepung ampas tahu sebagai bahan substitusi gandum mempunyai manfaat antara lain dihasilkannya suatu produk yang masih mempunyai nilai gizi dan nilai ekonomi serta lingkungan menjadi bersih.

Tabel 2. Komposisi Kimia Ampas Tahu

Unsur		Nilai
Kalori	kal	414
Protein	g	26,6
Lemak	g	18,3
Karbohidrat	g	41,3
Kalsium	mg	19
Fosfor	mg	29
Besi	mg	4,0
Vit.B	mg	0,20
Air	g	9,0

Sumber : ( KLH Propinsi Jawa Tengah, 2006)

Karena sifat penggunaan tepung limbah tahu ini sifatnya sebagai bahan pengganti, maka pada proses pembuatan makanan maupun pakan ternak, selalu diawali dengan pembuatan tepung limbah padat tahu terlebih dahulu. Proses pembuatan tepung serat ampas tahu yaitu sejumlah limbah padat tahu (ampas tahu), diperas airnya selanjutnya dikukus ± 15 menit. Ampas yang sudah dikukus, diletakkan diatas nyiru atau papan, selanjutnya dijemur diterik matahari ataupun dikeringkan dengan oven. Apabila dilakukan pengeringan dengan oven, dipakai temperatur 100^oC selama 24 jam. Setelah kering dihaluskan dengan cara digiling atau diblender dan diayak. Simpan tepung tahu ditempat yang kering. Bentuk tepung seperti ini tahan lama, dan siap menjadi bahan baku pengganti tepung terigu atau tepung beras untuk berbagai makanan. Penambahan bahan lain disesuaikan dengan kebutuhan yang sesuai dengan produk apa yang akan dibuat. Ampas tahu kebanyakan oleh masyarakat digunakan sebagai bahan pembuat tempe gembus. Hal ini dilakukan karena proses pembuatan tempe gembus yang mudah (tidak perlu keterampilan khusus) dan biayanya cukup murah. Selain tempe gembus, ampas tahu juga diolah untuk dijadikan pakan ternak. Proses pembuatannya yaitu campuran ampas tahu dan kulit kedelai yang sudah tidak digunakan dicampur dengan air, bekatul, tepung ikan dan hijauan, lalu diaduk hingga tercampur rata, kemudian siap diberikan ke hewan ternak. Beberapa produk makanan dan aneka kue yang dibuat dengan penambahan tepung serat ampas tahu adalah lidah kucing, chocolate cookie, cake (roti bolu), dan kerupuk ampas tahu

4. Pengolahan Air Limbah Industri Tahu

Sebagian besar industri tahu merupakan industri kecil (home industry), yang notabene adalah masyarakat pedesaan dengan tingkat pendidikan yang relatif rendah, maka operasional pengolahan air limbah menjadi salah satu pertimbangan yang cukup penting. Untuk pengolahan air limbah industri tahu biasanya dipilih sistem dengan operasional pengolahan yang mudah dan praktis serta biaya pemeliharaan yang terjangkau. Pemilihan sistem pengolahan air limbah didasarkan pada sifat dan karakter air limbah tahu itu sendiri. Sifat dan karakteristik air limbah sangat menentukan didalam pemilihan sistem pengolahan air limbah, terutama pada kualitas air limbah yang meliputi parameter-parameter pH, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biological Oxygen Demand), dan TSS (Total Suspended Solid).

5. Teknologi Biogas Air Limbah Tahu

Reaktor biogas atau yang sering disebut sebagai biodigester yaitu suatu bangunan kedap gas berbentuk kubah setengah bola berfungsi untuk menangkap gas metana dari tempat bahan organik mengalami fermentasi . Pada IKM pedesaan industri tahu, gas yang dihasilkan dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan domestik seperti memasak atau keperluan lain yang disalurkan melalui pipa PVC

Reaktor biogas terdiri dari digester dan bak pelimpahan , reaktor ini dapat diisi secara terus menerus dengan air limbah hasil produksi industri tahu. Reaktor ini mencakup semua kebutuhan untuk menghasilkan gas metana melalui proses anaerobik ( tidak memerlukan oksigen).

Secara umum proses anaerobik akan menghasilkan gas Methana (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, CO2, O2, N2, CO dan H2. Sifat penting dari gas metan ini adalah tidak berbau, tidak berwarna, beracun dan mudah terbakar. (KLH Propinsi Jawa Tengah , 2006).

Penguraian senyawa organik seperti karbohidrat, lemak dan protein yang terdapat dalam limbah cair dengan proses anaerobik akan menghasilkan biogas yang mengandung metana (50-70%), CO₂ (25-45%) dan sejumlah kecil nitrogen, hidrogen dan hidrogen sulfida. Reaksi sederhana penguraian senyawa organik secara anaerob :

anaerob

Bahan organik -------------------------------------- > CH4+ CO2+ H2+ N2+ H2O

mikroorganisme

Proses fermentasi anaerobik untuk menghasilkan biogas berlangsung dalam 4

tahap secara berantai, yaitu:

1. Tahap Hidrolisa

Hidrolisa senyawa organik baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dari berat molekul besar (polimer) menjadi senyawa organik sederhana (monomer) yang dilakukan oleh enzim-enzim ekstraseluler dalam tubuh bakteri hidrolitik.

Reaksi :

( C₆H₁₀O₅)n (s) + nH₂O (l) -----------------------------.> nC₆H₁₂O₆ (aq)

2. Tahap Acidogenesis

Pengubahan senyawa sederhana menjadi asam organik yang mudah menguap seperti asam asetat, asam butirat, asam propionat dan lain-lain. Dengan terbentuknya asam organik maka pH akan terus menurun namun pada waktu yang bersamaan akan terbentuk buffer yang akan menetralisisr pH.

Reaksi :

C₆H₁₂O₆ (aq) ----------------------- > 2C₂H₅OH (aq) + 2 CO₂ (g)

3. Tahap acetogenesis

Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana (monomer) dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi acids/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat dan butirat diuraikan oleh bakteri acetogenik menjadi asam asetat.

Reaksi :

a) C₂H₅OH(aq) + 2H₂O (l) ------------ > CH3COOH (aq) + 3H2 (q)

b) CH₃CH₂COOH (aq) + 2H₂O -------- > CH3COOH (aq) + 3 H₂ (aq) + CO₂ (g)

3. Tahap Metanogenesis

Merupakan tahap dominasi perkembangan sel mikroorganisme dengan spesies

tertentu yang menghasilkan metana. Pada tahap ini terjadi konversi asam organik

menjadi metana, karbon dioksida, dan gas-gas lain seoerti hidrogen sulfida, hidrogen dan nitrogen. Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi acetocalstic methane bacteria seperti Methanococcus, Methanosarcina, Methanobacillus dan Methanobacterium yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida. Karbon dioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian di atas, disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air. Proses pembentukan asam dan gas metana dari suatu senyawa organik sederhana melibatkan banyak reaksi percabangan.

Reaksi :

2n ( CH₃COOH) (aq) -------------- . 2nCH₄ (q) + 2n CO₂ (q)

Faktor – faktor yang mempengaruhi produksi biogas antara lain :

1. Kondisi anaerob

Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Oleh sebab itu maka reaktor biogas harus dalam keadaan anaerob

2. Bahan Baku Isian

Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan baku isian harus terhindar dari bahan - bahan anorganik seperti deterjen, pasir , tanah, batu , plastik dan beling.

Bahan isian ini harus mengandung berat kering sekita 7 – 9 % . Keadaan ini dapat dicapai dengan cara menambahkan air dengan perbandingan 1 : 1-2 ( bahan baku air )

3. Temperatur

Proses anaerob biasanya berlangsung pada temperatur 30 – 38^oC atau pada temperatur 49 – 58 ^oC ( termofilik) dan harus sangat diperhatikan mengingat organisme berkembang pada temperatur berbeda.

4. pH

Keasaman (pH) optimal bagi kehidupan organisme adalah 6,8 – 7,8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam-asam organik yang akan menurunkan pH . Mencegah terjadinya penurunan pH dapat dilakukan dengan penambahan Ca(OH)2 atau CaCo3. Penambahan NaHCO3 dapat meningkatkan alkalinitas dari suatu larutan fermentasi.

4. Starter

Strater diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik menjadi biogas. Starter merupakan mikro organisme perombak yang telah dijual komersial.

5. Rasio C/N

Bakteri pembentuk metana umumnya menggunakan karbon sebagai sumber energi untuk pertumbuhan dan nitrogen dibutuhkan untuk membangun struktur sel. Biasanya karbon yang dibutuhkan 25 – 30 kali lebih banyak dibanding dengan nitrogen.

6. Meningkatkan Nilai Kalor ( Panas) Pada Biogas

Pada proses fermentasi bahan organic menjadi biogas bukan hanya metana yang dihasilkan, CO₂ dan H₂S serta N₂ juga dihasilkan dari proses fermentasi tersebut. Adanya gas CO₂, H₂S dan N₂ menyebabkan panas yang dihasilkan biogas tidak sebesar gas LPG atau LNG. . Beberapa teknik yang dipakai untuk meningkatkan panas yang dikandung oleh Biogas antara lain ;

Penambahan NaOH secara kontinyu ke dalam reaktor.

Penambahan larutan NaOH secara terus menerus ke dalam reaktor dimaksud untuk mengurangi kadar CO₂ , NaOH mengabsorb CO₂ sehingga perbandingan CO₂ dan NH₄ dalam biogas menjadi lebih tinggi NH₄.

a. Mencampur dengan LPG

Pencampuran biogas dengan LPG dimaksud guna meningkatkan nilai panas dari biogas. Pencampuran ini juga dimaksud agar biogas dapat memiliki kualitas setara dengan gas pipeline

LPG yang dicampur dengan biogas tentulah dimaksud agar menghemat penggunaan LPG yang merupakan produk samping dari industry permiminyak nyakan. LPG yang dicampur biogas dikenal dengan nama LPG renewable.

b. Absorbsi H₂S

Sebagaimana diketahui bahwa H₂S merupakan salah satu polutan dalam gas H₂S. Usaha mengurangi kandungan H₂S sama artinya dengan meningkatkan kemurnian biogas. Absorsi H₂S dilakukan dengan proses kimia yaitu dengan mengabsorbsi H₂S menggunakan kelat besi. Cara ini dianggap efisien mereduksi H₂S dari biogas karena kemampuan yang tinggi dari kelat besi dalam mengabsorbsi H₂S sehingga pemakaian bahan kimia tidak banyak. Sifat kelat besi yang pseudo katalis menyebabkan kelat besi dapaat dipakai berulang – ulang sehingga menghemat biaya pemurnian H₂S.

7. Biogas Merupakan Sumber Energi Yang Aman Bagi Masyarakat Pedesaan

Seiring dengan semakin berkurangnya cadangan energi fosil dan sulitnyya mendapatkan sumber energy yang murah maka bigas adalah salah satu solusi dari kondisi kelangkaan energy tersebut. Selain murah dan ramah lingkungan, biogas dapat dihasilkan dari hampir semua limbah organik

Bagi masyarakat pedesaan, penyediaan sumber energi baru harus diiringi dengan kompatibilitas teknologi yang digunakan untuk menyediakan teknologi tersebut. Selain mudah dalam aspek operasional, teknologi tersebut juga aman digunakan oleh masyarakat di pedesaan.

Pada teknologi biogas, gas yang dihasilkan memiliki panas yang tidak sebesar gas LPG. Hal dapat saja dianggap sebagai salah satu kelemahan dari biogas, namun bagi masyarakat pedesaan justru hal inilah yang meningkatkan daya terima masyarakat terhadap teknologi biogas tersebut. Adapun alasannya adalah ;

a. Biogas dianggap aman oleh masyarakat pedesaan karena biogas tidak mudah terbakar dan meledak sehingga menghilangkan kekhawatiran akibat ledakan gas seperti pada gas LPG.

b. Padatan yang tertimbun pada reaktor mudaah dibersihkan dan dapat digunakan sebagai pupuk organik bagi tanaman budidaya.

c. Komponen reactor dan kompor seperti selang, pipa, kran KITZ dan kompor gas dapat diperoleh dengan mudah di tingkat lokal.

d. Kompor untuk biogas dapat digunakan kompor LPG yang telah dimodifikasi bagian selang pemasukannya sehingga dapat mmemakai kompor gas yang telah dimmiliki oleh hamper semua rumah tangga di pedesaan.

8. Komponen Instalasi Biogas Type Fixed Dome

Konstruksi reaktor biogas secara umum terdiri dari bagian pencampur, bagian utama reaktor dan bagian pembuangan hasil fermentasi. Fungsi dari masing – masing komponen adalah sebagai berikut :

1. Saluran masuk slurry ( air limbah/ kotoran segar )

Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurry ke dalam reaktor utama. Pencampuran ini berfungsi untuk memaksimalkan potensi biogas, memudahkan pengaliran, serta menghindari terbentuknya endapan pada saluran masuk.

2. Saluran keluar residu

Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoran yang telah difermentasi oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan pronsip kesetiumbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kali merupakan slurry masukan yang pertama setelah waktu retensi tertentu ( 20 – 30 hari ).

3. Katup pengaman tekanan ( control valve)

Katup pengaman ini digunakan sebagai pengatur tekanan gas dalam reaktor biogas. Katup pengaman ini menggunakan prinsip pipa T. Bila tekanan gas dalam saluran gas lebih tinggi dari kolom air, maka gas akan keluar melalui pipa T, sehingga tekanan dalam reaktor biogas akan turun.

4. Sistem Pengaduk

Pengadukan dilakukan dengan berbagai cara, yaitu pengadukan mekanis, sirkulasi substrat reaktor biogas, atau sirkulasi produksi biogas ke atas reaktor biogas menggunakan pompa. Pengadukan ini bertujuan untuk mengurangi pengendapan dan meningkatkan produktifitas reaktor biogas karena kondisi subsrat yang seragam.

5. Saluran Gas

Saluran gas ini disarankan terbuat dari bahan polimer atau plastik seperti pipa paralon untuk menghindari korosi. Ujung saluran pipa bisa disambung dengan pipa baja anti karat untuk bagian pembakaran gas.

6. Tangki Penyimpanan Gas

Terdapat dua jenis tangki penyimpanan gas , yaitu sumur pencerna bersatu dengan tangki pengumpul gas (floating dome) dan terpisah dengan pengumpul gas (fixed dome). Untuk tangki terpisah , konstruksi dibuat khusus sehingga tidak bocor dan tekanan yang terdapat dalam tangki seragam, serta dilengkapi H₂S removal untuk mencegah korosi

Gambar 2 , menyajikan skema reaktor biogas type fixed dome dimana reaktor type ini yang diterapkan pada industri tahu

di

desa Cikembulan Kecamatan Pekuncen Kabupaten Banyumas sebagai lokasi kegiatan Pilot Project Diversifikasi Energi Pada Sentra Industri Tahu di Banyumas pada Pusat Pengkajian Industri Hijau dan Lingkungan Hidup, Badan Pengkajian Kebijakan Iklim dan Mutu Industri, Kementerian Perindustrian TA 2010.

Sumber : Laporan Pengkajian dan Penerapan Diversifikasi Energi sektor Industri 2010.