Reaktor Biogas Rumah

TEKNOLOGI BIOGAS

Reaktor Biogas

Reaktor biogas berfungsi mengubah kotoran binatang, kotoran manusia dan materi organik lainnya, menjadi biogas. Konsumsi biogas untuk skala rumah tangga antara lain digunakan sebagai bahan bakar memasak dan lampu untuk penerangan.

Teknologi reaktor BIRU adalah reaktor kubah beton (fixed-dome) yang diadaptasi dari sistem yang telah digunakan di negara lain seperti Banglades, Kamboja, Laos, Pakistan, Nepal dan Vietnam. Reaktor kubah beton ini terbuat dari batu-bata dan beton yang tertutup di bawah tanah. Sistem ini terbukti aman bagi lingkungan dan berfungsi sebgai sumber energi yang bersih. Di Nepal, teknologi ini digunakan oleh lebih dari 200 ribu rumah tangga selama lebih dari 15 tahun, dengan 95% reaktor masih berfungsi.

Bangunan kubah beton biogas ini dapat bertahan minimal 15 tahun dengan penggunaan dan perawatan benar. Perawatannya mudah, hanya membutuhkan pemeriksaan sesekali dan – jika butuh – penggantian pipa dan perlengkapan. Untuk mengoperasikan satu unit, dibutuhkan setidaknya dua sapi atau tujuh babi (atau 170 ayam) untuk memproduksi bahan baku (kotoran) yang cukup agar reaktor dapat memproduksi gas yang dapat mencukupi kebutuhan dasar memasak dan penerangan lampu rumah tangga.

Ada 6 bagian utama dari reaktor BIRU yaitu: Inlet (tangki pencampur) tempat bahan baku kotoran dimasukkan, reaktor (ruang anaerobik/hampa udara), penampung gas (kubah penampung), outlet (ruang pemisah), sistem pipa penyalur gas dan lubang penampung ampas biogas atau lubang pupuk kotoran yang telah terfementasi.

Cara kerja reaktor biogas

Campuran kotoran dan air (yang bercampur dalam inlet atau tangki pencampur) mengalir melalui saluran pipa menuju kubah. Campuran tersebut lalu memproduksi gas setelah melalui proses pencernaan di dalam reaktor. Gas yang dihasilkan lalu ditampung di dalam ruang penampung gas (bagian atas kubah). Kotoran yang sudah berfermentasi dialirkan keluar dari kubah menuju outlet. Ampas ini dinamakan bio-slurry. Ia akan mengalir keluar melalui overflow outlet ke lubang penampung slurry. Gas yang dihasilkan di dalam kubah lalu mengalir ke dapur melalui pipa. Model Pembangunan Biogas Indonesia pada umumnya terdiri dari bagian-bagian berikut:

1. Inlet (tangki pencampur)

2. Pipa Inlet (bisa diadaptasi untuk dihubungkan ke toilet)

3. Digester

4. Penampung Gas (Kubah)

5. Manhole

6. Outlet & Overflow

7. Pipa Gas Utama

8. Katup Gas Utama

9. Saluran Pipa

10. Waterdrain

11. Pengukur Tekanan

12. Keran Gas

13. Kompor Gas dengan pipa selang karet

14. Lampu (opsional)

15. Lubang Bio-slurry

Alat Instalasi BIRU

Kompor Biogas

Memasak adalah salah satu dari penggunaan utama biogas. Gas dari reaktor digunakan sebagai bahan bakar untuk kompor. Kompor BIRU tidak beda jauh dari kompor elpiji dengan satu pembakar. Kompor dengan satu pembakar rata-rata mengkonsumsi 250-400 liter gas per jam.

Katup gas utama

Katup gas utama merupakan elemen penting dari reaktor biogas. Katup gas ini dipasang di antara saluran pipa pengumpul gas dan sistem saluran pipa. Katup gas mengendalikan aliran gas di dalam seluruh sistem saluran pipa, dan harus dibuka dan ditutup seperlunya. Katup ini mencegah kehilangan gas karena kebocoran di dalam saluran pipa atau peralatan. Dengan fungsinya yang penting, kebocoran pada katup gas utama amat berbahaya. Katup berkualitas medium berisiko bocor. Katup gas utama yang digunakan di sistem reaktor BIRU harus berkualitas tinggi dan mendapatkan persetujuan dari BIRU.

Mixer

Kegunaan mixer adalah mengaduk bahan baku dan memastikan kotoran dan air sudah tercampur dengan benar. Mixer berada di dalam tangki inlet. Unit biogas rumah harus menggunakan mixer berkualitas tinggi.

Saluran pipa

Biogas diproduksi di dalam reaktor, disimpan di dalam kubah penampung gas lalu disirkulasikan melalui sistem saluran pipa. Kerusakan di dalam sistem dapat berakibat penggunaan aliran gas yang tidak reguler. Pipa yang digunakan untuk mensirkulasikan gas harus berkualitas tinggi, seperti pipa galvanis. Namun pipa PVC juga dapat digunakan. Semua pipa dan aksesoris seperti sikut, stopkontak, dan lain sebagainya, harus memenuhi standar BIRU.

Water Drain

Biogas yang mengalir di dalam saluran pipa menyerap uap air yang terkondensasi di dalam pipa. Jika tidak dibuang secara reguler, air dapat menyumbat saluran pipa dan aliran gas. Jika ini terjadi, api biogas di kompor akan terlihat kekuningan untuk waktu yang cukup lama hingga konsentrasi air mencapai tingkat tertentu. Jika dibiarkan, akan berakibat gas yang tidak bisa dinyalakan sama sekali. Untuk alasan itulah water drain dipasang di dalam saluran pipa. Fungsi utama dari water drain adalah untuk mengumpulkan dan menahan butiran air dan uap di dalam saluran pipa, sehingga memastikan aliran gas tetap stabil. Setelah beberapa waktu, water drain akan penuh. Air pada water drain harus dibuang secara rutin.

Gas Valve

Gas valve atau katup gas terinstalasi di saluran pipa untuk mengontrol aliran gas ke kompor. Ia membantu mencapai penggunaan gas yang maksimal. Biogas di dalam salura pipa akan mencapai tekanan tinggi (seperti diindikasikan oleh pengukur tekanan) ketikabio-slurry meluap di dalam outlet, yang berarti kubah gas telah terisi sepenuhnya dengan gas. Aliran gas akan berubah sesuai dengan penggunaan gas. Efisiensi kompor tergantung dari tekanan dan aliran gas. Untuk mempertahankan efisiensi tinggi, tingkat tekanan dan aliran gas harus disesuaikan seperlunya. Penyesuaian ini dapat dilakukan dengan menggunakan katup gas.

Lampu biogas

Gas dari reaktor rumah BIRU dapat digunakan sebagai sumber energi untuk lampur. Ini amat bermanfaat di daerah-daerah tanpa akses listrik. Ada berbagai macam lampu biogas tersedia di Indonesia dan semua sangat gampang untuk dioperasikan. Lampu BIRU tidak terlalu beda dari sebuah lampu minyak tanah. Bedanya, ia tidak menggunakan tangki bahan bakar namun menggunakan pipa selang karet tebal yang terhubungkan ke saluran pipa biogas.

Pertanyaan seputar penggunaan dan perawatan reaktor BIRU

T : Apakah kotoran ternak kering dapat digunakan untuk mengisi digester?

J : Kotoran lama bisa dipakai tetapi dengan kondisi tidak terlalu kering atau masih mengandung air. Kotoran yang sangat kering tidak dapat dipakai untuk mengisi digester karena kadar methan didalam kotoran yg kondisi seperti itu sangat sedikit sekali.

T : Berapa hari digester yang telah diisi akan menghasilkan gas? apa tanda-tandanya?

J : Setelah pengisian pertama, reaktor sudah bisa menghasilkan gas dalam waktu tiga hari. Ini ditandai dengan munculnya gelembung dan bau gas pada water drain pada saat dibuka.

T : Apakah digester harus diisi dengan kotoran setiap hari? Apakah bisa tidak diisi dan apakah kalau ada tenggang waktu digester tidak diisi, pengisian berikut apakah jumlah kotoran ditambah?

J : Reaktor harus diisi setiap hari. Dalam kondisi mendesak, digester bisa tidak diisi namun tidak lebih dari satu minggu. Absen dalam mengisi dalam waktu lama akan mengakibatkan kotoran mengendap dan terjadi pendangkalan. Bila ada jeda waktu tidak diisi, pengisian berikutnya tetap sebanyak 30 kg kotoran, jangan mengisi lebih dari kapasitas reaktor.

T : Kandungan air dalam biogas membuat nyala api merah/kuning dan menimbulkan korosi. Langkah apa yang harus dilakukan untuk mencegah banyaknya kandungan air dalam biogas?

J : Kuras water drain setiap seminggu sekali dan pastikan semua uap air keluar semuanya dari jaringan pipa. Pastikan juga jaringan pipa tidak ada bagian yang bergelombang (turun – naik) karena hal ini akan menjebak uap air pada bagian pipa yang paling rendah. Untuk mencegah korosi, ada beberapa komponen peralatan biogas yang harus dilindungi terutama pada bagian kritis kebocoran, misalnya pada pipa gas utama yang harus di galvanis, burner cup pada kompor yang harus kuningan dan keran gas utama yang juga mesti kuningan. Bahan kuningan merupakan perangkat penghantar panas yang baik serta tidak mudah untuk berkarat.

T : Apa yang harus dilakukan jika kotoran di dalam bak outlet mengental dan ampas biogas dalam outlet tidak meluap naik?
J : Pastikan kotoran tercampur dengan air sesuai dengan perbandingan. 1:2 untuk kotoran babi, dan 1: 1 untuk kotoran sapi.

Buka tutup outlet, masukkan bambu panjang melalui manhole dan aduk campuran di dalam reaktor. Pastikan juga tidak ada kotoran yang mengeras/mengendap pada overflow yang dapat menghambat aliran slurry keluar dari over flow tersebut. Lakukan pembersihan over flow secara regular untuk memastikan hal diatas tidak terjadi.

Tentang Bio-Slurry

Apakah bio-slurry itu?

Bio-slurry atau ampas biogas merupakan produk dari hasil pengolahan biogas berbahan campuran kotoran ternak dan air melalui proses tanpa oksigen (anaerobik) di dalam ruang tertutup.

Wujud Bio-Slurry

Setelah keluar dari lubang outlet, bio-slurry berwujud semi solid (padat), berwarna coklat terang atau hijau dan cenderung gelap, sedikit atau tidak mengeluarkan gelembung gas, tidak berbau dan tidak mengundang serangga. Apabila sudah berbentuk padat, warna bio-slurry berubah coklat gelap. Bio-slurry padat bertekstur lengket, liat, dan tidak mengkilat, berbentuk tidak seragam dan memiliki kemampuan mengikat air yang baik.

Bio-Slurry sebagai pupuk

Bio-slurry cair maupun padat dikelompokkan sebagai pupuk organik karena seluruh bahan penyusunnya berasal dari bahan organik yaitu kotoran ternak dan telah berfermentasi. Ini menjadikan bio-slurry sangat baik untuk menyuburkan lahan dan meningkatkan produksi tanaman budidaya.

Kandungan dalam Bio-Slurry

Keterangan:

• Analisa berbasis basah = analisa yang ditujukan untuk mengetahui kandungan nutrisi dalam bentuk cair.

• Analisa berbasis kering = analisa yang ditujukan untuk mengetahui kandungan nutrisi dalam bentuk padatan.

• C-organik = kandungan karbon (C) di dalam bahan organik.

• C/N rasio = perbandingan antara kandungan karbon (C) organik dengan nitrogen (N) total.

*Bio-slurry maupun kompos bio-slurry sebagai pupuk organik mempunyai kandungan bahan organik yang cukup tinggi, yang bermanfaat untuk memperbaiki struktur tanah. Tanah yang diberi bio-slurry menjadi lebih remah, mudah mengikat nutrisi dan air serta. Bio-slurry juga meningkatkan populasi dan aktifitas mikroorganisme tanah*

Kandungan rata-rata nitrogen bio-slurry dalam bentuk cair lebih tinggi dibandingkan dalam bentuk padat. Perbandingan antar nutrisi pada bio-slurry menunjukkan kandungan nitrogen cenderung lebih tinggi dibandingan fosfor dan kalium, kecuali pada bio-slurry babi dalam bentuk padatan.

Indikator bio-slurry sebagai pupuk organik yang berkualitas baik ditunjukkan dengan rata-rata kandungan C-organik yang lebih tinggi dari standar pupuk organik yang dikeluarkan dari Standar Mutu Pupuk Organik, No.28/Permentan/OT.140/2/2009 yaitu lebih besar dari 12. Selain itu kandungan nutrisi nitrogen, fosfor dan kalium juga sesuai dengan Standar Mutu Pupuk Organik yakni rata-rata di bawah 6%.

Kandungan lain dalam bio-slurry

Asam amino, asam lemak, asam organik, asam humat, vitamin B-12, hormon auksin, sitokinin, antibiotik, nutrisi mikro (Fe, Cu, Zn, Mn, Mo)*

*(sumber: Training Material of Biogas Technology. International Training Workshop 2010. Yunnan Normal University. P102).

Aneka Pemanfaatan bio-slurry

Cara mengelola bio-slurry sebelum dimanfaatkan untuk aneka kegunaan

Setelah keluar dari outlet, bio-slurry cair diendapkan atau didiamkan di lubang penampungan yang ternaungi minimal selama 1 minggu untuk mengurangi atau menghilangkan gas yang tidak baik bagi tanaman ataupun ternak. Bio-slurry dapat digunakan langsung pada tanaman atau diencerkan dengan air dengan perbandingan 1:1 atau 1:2. Untuk penggunaan padat, bio-slurry lebih baik dikeringkan secara alami. (terlindungi dari sinar matahari langsung) minimal selama 40 hari.

Penggunaan bio-slurry cair dan padat

Bio-slurry cair dapat langsung digunakan di pekarangan rumah yang hanya memerlukan jumlah yang sedikit. Jika diperlukan untuk penggunaan di kebun dalam jumlah banyak, bio-slurry cair dapat diangkut menggunakan kendaraan. Untuk lahan berbukit atau miring (lereng), gunakan bio-slurry padat atau yang sudah dikomposkan untuk mempermudah penanganan dan pengangkutan.

Cara mudah menggunakan bio-slurry di pekarangan dan kebun

Bio-slurry cair dan padat bisa digunakan pada tanaman di pekarangan. Bio-slurry cair digunakan dengan menyiramkan ke pot/polybag atau tanah. Bio-slurry padat digunakan dengan cara disebar saat pengolahan tanah dan pertengahan musim tanam. Hal yang sama dapat dilakukan di kebun dengan menggunakan bio-slurry cair atau padat atau kombinasi keduanya (1) saat olah lahan, (2) dengan cara disiramkan per lubang bila menggunakan mulsa atau (3) disiramkan di antara tanaman.

Pertanyaan seputar bio-slurry

1. Apakah yang dimaksud bio-slurry?

Bio-slurry dapat diartikan slurry atau lumpur yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air yang mengalami proses anaerob di reaktor. Bio-slurry mengalir keluar dari outlet melalui overflow. Bio-slurry terdiri dari sebagian besar berupa cairan.

2. Bagaimana karakter dari bio-slurry ?

Terdapat dua jenis bio-slurry, cair dan padat. Bio-slurry cair memiliki pH 7,9 – 8,3 dan tingkat kelembaban 90 – 93%. Bio-slurry cair berwarna coklat/hijau gelap, tidak mengeluarkan gelembung (bubble), tidak berbau, tidak mengundang lalat. Jika digunakan langsung pada lahan, bio-ssurry cair memiliki kandungan Nitrogen efektif 100%. Jika dikeringkan dalam keadaan ternaungi dari sinar matahari langsung, kandungan Nitrogen efektif 85%. Bio-slurry yang dikeringkan dengan sinar matahari langsung hanya mengandung Nitrogen efektif sebesar 65%. Bio-slurry padat berwarna coklat gelap dengan ukuran yang tidak seragam. Ia tidak berbau dan tidak mengundang lalat ataupun hama serangga seperti rayap. Teksturnya lengket dan tidak meng ‘kristal’ serta memiliki kapasitas menahan air lebih baik. Secara fisik, biologi dan kimiawi, bio-slurry padat lebih baik dibandingkan pupuk kandang.

3. Apakah bio-slurry aman digunakan?

Jika bio-slurry yang dihasilkan sesuai dengan karakter yang disebutkan di atas dan jumlah pengisian kotoran segar ke dalam inlet sesuai dengan rekomendasi, maka bio-slurry dianggap aman dan layak digunakan untuk aneka pemanfaatan.

4. Bio slurry dapat digunakan untuk tujuan apa saja?

Untuk pertanian, bio-slurry bisa digunakan sebagai pupuk organik (cair dan padat), pupuk hayati cair, bio pestisida (anti hama dan penyakit) dan campuran media tanam untuk budidaya jamur komersial. Untuk perikanan, bio-slurry bisa digunakan sebagai pupuk kolam ikan dan campuran pakan. Untuk peternakan, bio-slurry bisa dijadikan campuran pakan bebek, kelinci, ayam, babi.

5. Sebagai pupuk organik, informasi apa saja yang terkandung di dalam bio-slurry cair maupun padat?

Tabel berikut ini menyajikan informasi kandungan NPK, C-organik dan C/N rasio dari bio-slurry.

Sumber: Analisa Bio-Slurry yang Dilakukan oleh Program BIRU (Biogas Rumah) 2011

Keterangan:

• Analisa berbasis basah = analisa yang ditujukan untuk mengetahui kandungan nutrisi dalam bentuk cair.

• Analisa berbasis kering = analisa yang ditujukan untuk mengatahui kandungan nutrisi dalam bentuk padatan.

• C-organik = kandungan karbon (C) di dalam bahan organik

• C/N rasio = perbandingan antara kandungan karbon (C) organik dengan nitrogen (N) total.

Bio-slurry murni ataupun kompos bio-slurry sebagai pupuk organik mempunyai kandungan bahan organik yang cukup tinggi, dimana mempunyai manfaat untuk memperbaiki struktur tanah menjadi lebih remah, mudah mengikat nutrisi dan air serta meningkatkan populasi dan aktifitas mikroorganisme tanah. Berdasarkan hasil analisa, kandungan rata-rata nitrogen bio-slurry dalam bentuk cair lebih tinggi dibandingan dalam bentuk padat, sedangkan perbandingan antar nutrisi menunjukkan kandungan nitrogen cenderung lebih tinggi dibandingan fosfor dan kalium kecuali pada bio-slurry babi dalam bentuk padatan.

Indikator bio-slurry sebagai pupuk organik yang berkualitas bagus ditunjukkan oleh kedua bentuk bio-slurry dengan rata-rata kandungan C-organik yang lebih tinggi dari standar pupuk organik yang dikeluarkan dari Standar Mutu Pupuk Organik, No.28/Permentan/OT.140/2/2009 yaitu lebih besar dari 12. Selain itu kandungan nutrisi NPK nya juga sesuai dengan Standar Mutu Pupuk Organik untuk kandungan NPK rata-rata di bawah 6%.

6. Bagaimana cara mengumpulkan bio slurry dari outlet?

Bio slurry cair dapat dikumpulkan dengan cara membuat 2 lubang slurry dengan kontruksi sederhana dari tanah atau berbahan bata dan semen dengan model (A) satu kanal dengan 2 cabang kanal ke arah 2 lubang slurry untuk pengisian dan pemanenan bergantian; (B) membuat 2 lubang slurry dengan 2 tujuan perolehan, yaitu lubang pertama untuk panen slurry padat basah dan lubang kedua untuk panen slurry cair. Di bagian bawah diantara kedua lubang slurry, beri lubang aliran cairan yang telah diberi saringan ijuk.

7. Bagaimana cara mendapatkan bio-slurry cair dan semi padat yang berkualitas baik?

Kualitas bio slurry yang tinggi ditentukan pada banyak sedikitnya kandungan nitrogen (N) dalam bentuk ammonium (NH4+) di dalamnya. Kandungan ammonium dapat berkurang bila terjadi penguapan berlebih akibat paparan sinar matahari langsung. Untuk meminimalkan hal ini, beri lubang slurry naungan pelindung. Naungan dapat berbentuk tanaman hidup yaitu tanaman merambat atau pemanjat yang produktif dengan masa hidup lama seperti labu siam atau naungan semi permanen dengan menggunakan tumpukan daun kelapa atau naungan permanen dengan menggunakan lembaran seng.

8. Apakah ada cara lain untuk meningkatkan kandungan nitrogen pada bio-slurry selain mengurangi penguapan ammonia?

Ada, yaitu dengan menambahkan cairan urin/ air kencing sapi bersamaan dengan pengisian kotoran segar ke dalam inlet saat feeding atau pengisian bahan baku.

9. Bagaimana mendapatkan bio-slurry padat yang berkualitas baik?

Pastikan bio-slurry ditampung di lubang slurry yang terlindung dari sinar matahari langsung. Pindahkan bio-slurry ke tempat lain, hamparkan pada tempat lain yang lebih luas namun juga terlindungi dari paparan sinar matahari langsung untuk mempercepat pengeringan dengan udara sampai pada batas kelembaban tertentu.

10. Pada kasus overfeeding atau pengisian bahan baku yang melebihi kapasitas reaktor, bio-slurry yang dihasilkan, masih mengandung gas dan berbau.

Apakah bio-slurry masih bisa dimanfaatkan dan bagaimana caranya? Bio-slurry yang keluar dalam kondisi masih mengandung gas sebaiknya digunakan hanya untuk pembuatan pupuk kompos. Hal ini untuk meminimalkan perkembangan mikroba berbahaya, mematangkan bio-slurry dan mengurangi risiko pencemaran lingkungan. Bisa juga menghilangkan gas yang masih ada dengan mengeringkan bio-slurry selama setidaknya satu bulan.

11. Hal-hal apa yang harus dihindari untuk menjaga kualitas bio-slurry?

Ada beberapa hal yang bisa dilakukan. Satu, hindari penggunaan kotoran dan urin dari ternak yang mendapat pengobatan antibiotik. Dua, hindari pemberian kotoran ternak yang melebihi kapasitas reaktor yang akan mengakibatkan proses fermentasi tidak sempurna, hindari kontaminasi pestisida, pupuk kimia dan mikroba aktivator yang tidak disarankan ke dalam reaktor.

Sumber: http://www.biru.or.id/