BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

A.	Landasan Teori
1.	Dampak Limbah Padat Kotoran Sapi terhadap Kesehatan
a.	Dampak kotoran sapi terhadap kesehatan lingkungan
Dampak limbah padat berupa kotoran sapi terhadap lingkungan antara lain kotoran sapi dapat menimbulkan polusi udara berupa bau busuk, kurang sedap dipandang serta mangundang banyak lalat serta  dijadikan sebagi tempat perindukan lalat, bahkan apabila kotoran sapi ini di biarkan menumpuk-numpuk dikandang sampai berhari-hari dan terbawa oleh aliran air kedaerah-daerah yang permukaanya lebih rendah dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan seprti tanah, air di dalam tanah maupun air permukaan yang selanjutnya dapt mempengaruhi kesehatan dan keseimbangan lingkungan (Widarto dan Suryanta, 1995).
b.	Dampak kotoran sapi terhadap kesehatan masyarakat
Pada proses pembusukan kotoran sapi, dihasilkan beberapa gas dan senyawa kimia yang pada jumlah tertentu akan mengakibatkan gangguan kesehatan pada manusia antara lain, H2S, sulfida, disulfide dan gas metana yang dapat menimbulkan efek rumah kaca. Selain itu, kotoran sapi dapat menjadi media yang baik bagi bibit penyakit karena kotoran sapi banyak mengandung bakteri pathogen seprti E. Coli sebagai penyakit penyebab diare dan dapat menggangu kesehatan  pada masyarakat (Widarto dan Suryanta, 1995)
Menurut Hardiwiyoto, 1983, kotoran sapi apabila tidak dikelola maka dapat menyebabkan :
1)	Tempat berkembang biaknya dari serangga dan tikus, sehingga dapat sebagai sarana penularan penyakit seperti : penyakit infeksi perut, malaria, pes dll.
2)	Menjadi sumber dan tempat hidup kuman yang membahyakan kesehatan karena pada tumpukan kotoran banyak mengandung cacing telur maupun penyebab penyakit lainnya, misalnya penyakit kulit, jamur, dan saluran pernafasan.
2.	Kotoran Sapi
Sapi merupakan Jenis ternak ruminansia. Ternak ruminansia mempunyai sitem pencernaan khusus yang menggunakan mikroorganisme dengan system pencernaanya yang berfungsi sebagai pencernaan selulosa dan lignin dari rumput yang berserat tinggi. Oleh karena itu, kotoran sapi mempunyai kandungan selulosa yang tinggi dan baik digunakan sebagai bahan pembuat biogas ( Junus, 1995).
Hasil kotoran ternak dewasa untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Table 1.
Tabel 1. Hasil Kotoran dari Seekor Ternak  Dewasa (kg/hari)

NO	Jenis Ternak	Kotoran Padat	Kotoran Cair	
1
2
3
4
5	Sapi
Kuda
Babi
Domba
Ayam	25
16,10
2,72
1,13
0,05	9,07
3,63
1,59
0,68
-	

Sumber  :  Teuscher, dkk dalam Bagyo Soeminto

Perbandingan unsur C dan N dalam isian sangat berpengaruh pada produksi biogas, karena unsur C merupakan unsur  yang penting dalam pembuatan gas metan oleh bakteri. Sedangkan unsur N yaitu sebagai nutrisi untuk pembentukan protoplasma dan aktivitasnya. Bahan baku isian yang mempunyai perbandingan C dan N yang tinggi akan lebih banyak menghasilkan gas, contohnya kotoran sapi. Seekor sapi dapat menghasilkan kotoran sebanyak 25liter setiap harinya. C dan N yang baik seperti dibawah ini pada table 2.
Tabel 2. Perbandingan N,C/N Ratio dan Bahan Kering Kotoran Ternak.

No	Jenis Ternak	Kadar N (%)	C/N ratio	Air (%)	Bahan Kering (%)	
1
2
3
4	Sapi
Kuda 
Kerbau
Ayam	1,7
2,8
1,7
6,3	18
25
18
15	80
-
83
72	20
-
18
25	

Sumber  :  Suriawiria (1980) dan Widarto (2007)

3.	Biogas
a.	Pengertian
Biogas adalah bahan bakar yang diperoleh dari bahan-bahan organik termasuk kotoran manusia, kotoran hewan, sisa pertanian maupun campuran melalui fermentasi dan pembusukan oleh bakteri anaerob pada alat yang dinamakan biogas (Junus, 1987).
Menurut Harahap (1980), yang dimaksud biogas adalah bahan bakar beguna yang dapat diperoleh dengan proses limbah pertanian yang basah, kotoran hewan dan manusia atau campuran didalam alat yang dinamakn biogas.
Biogas didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayur difermentasi ataupun mengalami proses metanisasi. Dalam aplikasinya, biogas digunakan sebagai gas alternative untuk memanaskan dan menghasilkan energy ( Hambali, 2007). 
Secara garis besar proses pembentukan biogas dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu:
1. Tahap Hidrolisis (Hydrolysis) 
	Pada tahap ini, bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat kompleks; protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Contohnya polisakarida diubah menjadi monosakarida, sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino.
2. Tahap Asidifikasi (Acidogenesis dan Acetogenesis) 
Pada tahap ini, bakteri (Acetobacter aceti) menghasilkan asam untuk mengubah senyawa rantai pendek hasil proses hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen, dan karbon dioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh dan berkembang dalam keadaan asam. Bakteri memerlukan oksigen dan karbondioksida yang diperoleh dari oksigen yang terlarut untuk menghasilkan asam asetat. Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentukan gas metana oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu bakteri tersebut juga mengubah senyawa berantai pendek menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan sedikit gas metana.Tahap ini termasuk reaksi eksotermis yang menghasilkan energi.
3. Tahap Pembentukan Gas Metana (Methanogenesis) 
Pada tahap ini, bakteri Methanobacterium omelianski mengubah senyawa hasil proses asidifikasi menjadi metana dan CO2 dalam kondisi anaerob. Proses pembentukan gas metana ini termasuk reaksi eksotermis. CH3COO- + H+ CH4 + CO2 (-36 Kj per mol) (www.wikipedia.org, 2009).
b.	Komposisi Biogas
Tabel 3 . Komposisi Biogas

NO	Nama Gas	Rumus Kimia	Jumlah	
1
2
3
4
5
6
7
8	Metana
Karbondioksida
Nitrogen
Karbon Monoksida
Oksigen
Hidrogen Sulfida
Hydrogen
Gas lain	CH4
CO2
N2
CO
O2
H2S
H2	54%-70%
27%-35%
3%-5%
0,1%
0,1%
0%-3%
0%-1%
1%-5%	
Sumber  :  Hadi, 1980
Dari Tabel 3 komposisi biogas Nampak bahwa gas methan mempunyai presentasi paling tinggi, dan gas ini bercampur dengan udara akan mengasilkan gas bakar. Kemampuan biogas sebagai sumber energy sangat bergantung pada jumlah gas methan yang dihasilkan. Ciri gas bakarnya adalah biru yang relative akan memproduksi energi panas yang cukup besar. Methana murni mempunyai sifat tidak berbau, tidak berwarna, dan tidak berasap. Berdasarkan tabel tersebut, komponen terbesar dari biogas tersusun atas gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hidrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hidrogen dan nitrogen yang kandungannnya sangat kecil ( N. Agung Pambudi, 2008). Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengahliter minyak diesel.
c.	Tipe Pengisian Biogas
Tempat pencernaan adalah instrumen tempat terjadinya proses fermentasi anaerob. Ada 2 tipe pengisian digester bahan bakunya (Simamora, 2006)
1)	Tipe pengisian curah ( langsung)
Jenis digester yang pengisian bahan organik (campuran kotoran sapi dan air) dilakukan sekali sebesar 80% dari volume tangki digester kemudian ditunggu sampai biogas keluar. Setelah biogas tidak berproduksi lagi isian digester dibongkar lalu diisi kembali dengan bahan organik yang baru. Digester tipe ini umumnya dugunakan sebagai instrumen penelitian. merupakan jenis reaktor biogas yang pengisian bahan organik (campuran bahan organik dan air) dilakukan sekali sampai dengan kapasitas yang ditentukan. Kemudian ditunggu sampai biogas dihasilkan. Setelah tidak berproduksi lagi atau produksinya sangat rendah, isi didalam digester dibongkar, lalu diisi dengan bahan organik yang baru. Keuntungan dari pengisian curah, diantaranya yaitu tidak adanya gas yang terlepas keluar saat pemasukan bahan organik setelah pemasukan pertama, desain dari digester lebih sederhana sehingga dapat menghemat biaya juga, semua bahan organik yang dimasukkan akan terfermentasi secara maksimal.
2)	Tipe pengisian kontinyu
Jenis digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan setiap hari. Pada pengisian awal sebesar 80% dari volume tangki digester, lalu ditunggu sampai biogas berproduksi. Setelah berproduksi, pengisian bahan organik dilakukan secara kontinyu setiap hari. Volume pengisian harian = 1/60 dari volume pengisian awal. Merupakan jenis reactor biogas yang pengisian bahan organiknya dilakukan setiap hari dalam jumlah tertentu. Pada pengisian awal, digester diisi penuh, lalu ditunggu sampai biogas diproduksi. Setelah biogas diproduksi, pengisian bahan organic dilakukan secara kontinyu setiap har dengan jumlah tertentu. Setiap pengisian bahan organic yang baru akan elalu diikuti pengeluaran bahan sisa (sludge). Karenaitu, jenis ini didesain dengan membuat lubang pemasukan dan pengeluaran. Keuntungan dari continous feeding, diantaranya yaitu pengisian dapat dilakukan secara kontinyu sehingga dapat menghasilkan biogas secara terus menerus.

d.	Jenis Peralatan
Peralatan penghasil biogas sangat bermacam-macam tetapi prinsipnya sama, yaitu adanya bak digester yang digunakan oleh bakteri anaerob untuk menghaslkan biogas (Paimin, 1995)
Peralatan penghasil biogas yang terbuat dari plastik bisa bertahan lebih lama dibandingkan dengan bahan yang tebuat dari logam. Keamanan dengan bahan plastik memang beresiko terhadap bahaya kebocoran, namun bahan plastik tidak akan hancur dalam kurun waktu 100 tahun, sedangkan bahan yang terbuat dari logam sangat rentan terhadap karat ( Irianto, 2007).
e.	Proses Pembentukan
Dalam pembentukan biogas terdapat dua macam bakteri yang umum digunakan yaitu bakteri pembentuk asam dan bakteri pembentuk gas metana. Pembentukan asam antara lain Pseudomonas, Escherchia, Alcaligenes. Bakteri – bakteri tersebut akan mendegradasi bahan – bahan organik menjadi asam – asam lemah. Selanjutnya asam – asam lemah tersebut didegradasi menjadi methana oleh bakteri pembentuk gas methan seperti Methanobacterium, Methanosarcina, dan Methanococcus ( Basuki, 1992).
Penguraian bahan – bahan organik menjadi biogas melalui tiga proses utama yaitu hidrolisis, asidifikasi, dan metanisasi/fermentasi. Pada tahap hidrolisis penguraian senyawa rantai panjang seperti lemak, protein dan karbohidrat menjadi senyawa – senyawa yang lebih sederhana. Dalam tahap asidifikasi terjadi pembentukan asam – asam organik dan pertumbuhan atau perkembangan sel bakteri, sedangkan pada tahap metanisasi terjadi perkembangan sel mikroorganisme yang menghasilkan gas metana sebagai komponen utama biogas ( Hambali, 2007).
f.	Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas
Faktor–faktor yang dapat mempengaruhi produksi atau terbentuknya biogas yaitu ( Paimin, 1995)
1)	Bahan baku isian
Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, dan sampah organik. Bahan baku ini harus terhindar dari bahan anorganik seperti, pasir, batu, plastik, dan beling. Biogas akan terbentuk bila bahan  bakunya berupa padatan berbentuk bubur halus atau butiran kecil. Bahan baku dalam bentuk sellulosa akan lebih mudah dicerna oleh bakteri anaerobik. Sebaliknya, pencernaan akan sukar dilakukan apabila bahan bakunya mengandung kayu atau lignin, misalnya jerami. Bahan baku semacam ini akan terapung di permukaan cairan atau membentuk kerak, dimana kerak tersebut akan menghambat laju terbentuknya biogaas.
Level nutrisi harus sekurang-kurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurang nutrisi akan menjadi penghambat proses pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan cara sederhana seperti glukosa, buangan industri dan sisa-sisa tanaman terkadan diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. 
2)		Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,5 – 8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik, pH akan berbentuk asam yang akan menurunkan pH. Kegagalan biogas bisa dikarenakan tidak seimbangnya bekteri methan dan bakteri asam yang mengakibatkan liingkungan menjadi asam  ( pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kehidupan bakteri methan. Oleh sebab itu untuk mencegah terjadinya penurunan pH dapat dilakukan dengan cara penambahan kapur tohor.
3)	Suhu dan Temperatur
Suhu yang baik untuk proses pembentukan biogas berkisar antara 200C – 400C dan suhu optimum 350C untuk perkembangbiakan bakteri, hal ini disebabkan karena perkembangbiakan bakteri sangat dipengaruhi oleh kondisi suhu ruang dan cukup sensitis terhadap temperatur. Umumnya bakteri penghasil metan adalah bakteri mesofil. Bakteri ini akan tumbuh subur apabila suhu di sekitarnya berada pada suhu kamar.
4)	Pengenceran Bahan Baku
Isian dalam pembentukan biogas harus berupa  bubur. Bentuk bubur ini dapat diperoleh bila bahan bakunya mempunyai kandungan air yang tinggi. Bahan baku dengan kadar air yang rendah dapat menjadi tinggi dengan penambahan air yang disesuaikan dengan perbandingan kadar kering bahan tersebut. Isisan bahan baku yang paling baik mengandung 7%-9% bahan kering. Dalam keadaan ini proses pencernaan akan berjalan baik.
5)	Pengadukan
Bahan baku yang sukar dicerna akan membentuk lapisan kerak di permukaan cairan. Lapisan ini dapat dipecahkan dengan cara pengadukan. Untuk itu perlu dilakukan pengadukan secara rutin untuk mengatasi terbentuknya kerak tersebut.
6)	Stater
Stater diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik hingga menjadi biogas. Stater merupakan mikroorganisme, stater ditambahkan pada saat pengisian pertama untuk membangkitkan proses fermentasi bakteri anaerob.
g.	Waktu Pembentukan Biogas
Waktu yang diperlukan untuk pembuatan biogas sekitar 4 sampai 5 minggu. Menurut Junus (1995), waktu tersebut tergantung dari sifat bahan baku yang dugunakan dan juga tergantung substrat bahan baku pada digester pencerna.
Biogas mulai terbentuk pada hari ke lima dengan suhu pencerna 280C. secara praktis, terbentuknya gas sulit diketahui, tetapi pada minggu pertama gas mulai terbentuk didalam tangki pencerna. Penutupan awal tangki sebaiknya dilakukan pada hari ke lima setelah pengisian ( Widarto L, 2007)
Biogas pada minggu pertama harus dibuang dengan cara membuka pipa keluaran gas selama 1 sampai 2 jam. Keterlambatan dalam pembuangan biogas dapat menimbulkan letusan karena reksi yang timbul antar metandengan sisa udara dalam tangki pencerna. Letusan dapat terjadi jika konsentrasi gas metan yang terbentuk sudah mencapai 5-14% ( Junus, 1995).
h.	Kegunaan dan Keuntungan Biogas
Biogas mempunyai kegunaan dan keuntungan antara lain :
1)   Kegunaan biogas menurut Basuki (1992)
a)	Kompor gas
Pengalaman menunjukan untuk melayani makan tiga orang keluarga dengan memasak dua kali sehari dibutuhkan ruang penangkap gas volume 2m3.
b)	Lampu petromax
Lampu ini membutuhkan 50-100L gas methan/jam dengan kekuatan cahaya 10-40 watt
c)	Lemari Pendingin
Kebutuhan gas untuk lemari pendingin ukuran 6 kubik feet 150L/jam
d)	Mesin Bakar
Gas methan dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk menjalankan mesin. Dapat menjalankan satu motor tenaga kuda selama 2 jam.
e)	Hasil Sampingan
Bahan organik yang telah membusuk dan tertinggal di dalam tangki dapat digunakan sebagai pupuk organik.
2)   Keuntungan Gas
a)  Keuntungan dari segi kesehatan , telur – telur parasit dapat berkurang sampai 2%, cacing Sceistoma dapat terkurangi, cacing tambang dapat dikurangi sampai 99%. Telur cacing tambang yang mati dalam waktu 1 bulan di tangji digester lebih dari 99%, didalam waktu panas lebih lama menjadi 70 hari. Selain itu, adanya pemanfaatan kotoran untuk biogas dapat membunuh bakteri –bakteri pathogen, dalam 30 jam basil disentri akan mati dalam tangki biogas.
b) Biogas yang dihasilkan diharapkan dapat mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap penggunaan minyak tanah yang jumlahnya terbatas dan harganya sangat mahal.
c)	Biogas dapat menghasilkan api yang biru bersih dan   tidak menghasilkan asap.
d) 	Teknologi ini dapat mengurangi pencemaran lingkungan karena kotoran yang semula hanya mencemari lingkungan dapat digunakan dengan demikian kebersihan lingkugnan dapat terjaga.
e)	Pengolahan kotoran sapi menjadi biogas memberikan multiplier effect. Selain dihasilkan biogas sebagai energi alternatif, dalam proses ini dihasilkan juga sisa fermentasi yang dapt digunakan langsung untuk memupuk tanaman. Pupuk sisa fermentasi mempunyai kualitas lebih baik dibandingkan dengan pupuk hasil pengomposan biasa, karena bakteri pathogen dan biji tnaman gulma dalam kotoran ternak matu selama proses fermentasi (Hambali, 2007).
4.	Stater
Stater yang mengandung bakteri methana diperlukan untuk mempercepat proses fermentasi  anaerob. Beberapa jenis stater antara lain :
a. Stater alami : yaitu lumpur aktif seperti lumpur kolam ikan, atau cairan septic tank, timbunan kotoran atupun timbunan sampah.
b. Stater semi buatan : yaitu dari fasilitas digester dalam stadium aktif.
c. Stater buatan : yaitu bakteri yang dikembangbiakan secara laboratorium dengan media buatan 
(Agung, 2008; Anonim 2008; Koes 2007).
5.	Air Cucian Beras
Komposisi kimia beras berbeda-beda bergantung pada varietas dan cara pengolahannya. Selain sebagai sumber energi dan protein, beras juga mengandung berbagai unsur mineral dan vitamin. Sebagian besar karbohidrat beras adalah pati (85-90%) dan sebagian kecil adalah pentosan,selulosa, hemiselulosa, dan gula. Dengan demikian, sifat fisikokimia beras terutama ditentukan oleh sifat fisikokimia patinya. Protein adalah komponen kedua terbesar dari beras setelah pati. Sebagian besar (80%) protein beras merupakan fraksi yang tidak larut dalam air yang disebut protein glutein. Sebagai bahan makanan pokok di Indonesia, beras menyumbang sedikitnya 45% protein dalam komposisi gizi masyarakat. Beras pecah kulit rata-rata mengandung 8% protein, sedangkan beras giling mengandung 7% protein. 
Dibandingkan dengan biji-bijian lainnya, kualitas protein beras lebih baik karena mengandung lisinnya lebih tinggi. Lisin tetap merupakan asam amino yang utama dalam beras meskipun jumlahnya sedikit. Kandungan lemak beras pecah kulit adalah 1,9%, sedangkan pada beras giling hanya 0,7%. Dengan kata lain, sekitar 80% lemak terdapat dalam dedak dan bekatul yang terpisah dari beras giling saat penyosohan. Beras pecah kulit mengandung vitamin lebih besar daripada beras giling. Vitamin terkonsentrasi pada bekatul dan lembaga. Penyosohan menurunkan dengan drastis kadar vitamin B kompleks sampai 50% atau lebih. Beras mengandung vitamin C atau D dalam jumlah yang sangat kecil atau tidak sama sekali (Made Astawan, 2004). (diakses dari http://www.penulislepas.com).
B.	Kerangka Konsep

Limbah Padat kotoran sapi

Tidak dimanfaatkan

Dimanfaatkan

Air Cucian Beras

Pencemaran Lingkungan

	Biogas

Volume biogas

Gangguan estetika

Gangguan kesehatan

Gambar 1. Kerangka Konsep Penelitian

Keterangan :        	= diteliti.
		  = tidak diteliti

C.  Hipotesis
1.  Hipotesis Mayor
Ada pengaruh penambahan air cucian beras pada proses pembuatan biogas dari kotoran sapi terhadap volume biogas yang dihasilkan
2.  Hipotesis Minor
a.	Volume biogas yang dihasilkan dari penambahan air cucian beras 70%  pada proses pembuatan biogas dari kotoran sapi.
b.	Volume biogas yang dihasilkan dari penambahan air cucian beras 75%  pada proses pembuatan biogas dari kotoran sapi.
c.	Volume biogas yang dihasilkan dari penambahan air cucian beras 80%  pada proses pembuatan biogas dari kotoran sapi.
d. Ada Konsentrasi yang paling efektif dari berbagai konsentrasi air cucian beras pada proses pembuatan biogas dari terhadap volume biogas yang dihasilkan.