Dokumen tersebut membahas tentang perancangan instalasi gas bio dari sampah di TPA. Secara singkat, dokumen menjelaskan prinsip desain pengelolaan sampah dan TPA, metodologi perancangan TPA, fakta pembentukan gas dari proses degradasi anaerobik sampah, dan komponen-komponen pengolahan gas hasil degradasi tersebut.

1. Perancangan TPA Sampah
Instalasi Gas BioInstalasi Gas Bio
Jurusan Teknik Lingkungan
Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro

2. Prinsip Alur Desain Persampahan
Sampling SampahPerumahan Non-Perumahan
Timbulan Sampah
Desain Pengelolaan dan
Pengolahan Sampah
Kg/orang/hari L/orang/hari
Material Balance
by Ganjar Samudro

3. Metodologi Perancangan TPA
Desain Pengelolaan dan
Material Balance
Desain Pengelolaan dan
Pengolahan Sampah
Desain TPA
by Ganjar Samudro

4. Fakta Pembentukan Gas
• Pada awalnya sampah yang ditimbun akan
mengalami proses degradasi secara aerob.
• Sejalan dengan teknik operasional yang saat ini
dianut, yaitu sampah ditimbun lapis perlapis dandianut, yaitu sampah ditimbun lapis perlapis dan
setiap periode tertentu ditutup dengan tanah
penutup, maka kondisi aerob tidak dapat lama
bertahan dalam.
• Kondisi yang paling dominan kemudian adalah
kondisi anaerob, sehingga memunculkan timbulnya
gas-bio, khususnya gas metana CH4 dan CO2.

5. Kondisi Operasional: Aerob
• Relatif tidak menimbulkan bau,
• Proses degradasi lebih cepat,
• Lindi yang dihasilkan akan lebih ringan
• Memungkinkan kondisi eksotermis• Memungkinkan kondisi eksotermis
Namun hal ini sulit dicapai pada kondisi
pengoperasian yang biasa. Beberapa usaha yang
sudah dirintis adalah menerapkan lahan-urug
semi aerob atau lahan-urug aerob dengan suplai
udara. ???

6. Pembentukan Gas Landfill
• Hasil proses dekomposisi material organik secara anaerobik. Tahapan
proses dekomposisi:
a. Hydrolisis, yaitu pemecahan rantai karbon panjang menjadi rantai
karbon yang lebih sederhana pada proses degradasi sampah oleh
mikroorganisme.
b. Acidogenesis, dari senyawa dengan rantai karbon yang lebih pendekb. Acidogenesis, dari senyawa dengan rantai karbon yang lebih pendek
dirubah menjadi asam-asam organik (butirat, propionat, aseton,
propanol, butanol, etanol dan laktat) akibat adanya aktivitas dari
mikroorganisme acidogen.
c. Acetogenesis, dari senyawa asam-asam organik (butirat, propionat,
dll) menjadi Asetat, Format, CO2 dan H2.
d. Methanogenesis, adalah tahap degradasi yang menghasilkan gas
methan dan gas lain akibat aktivitas mikrooganisme pembentuk
methan.

7. CODBOD

8. Degradasi Sampah Anaerobik

9. 5 Fase Pembentukan Gas
• Pada tahap awal disebut dengan fase aerobik, dimana
terjadi saat awal penimbunan sampah di TPA dan
oksigen (O2) masih ada di dalam tumpukan sampah.
• Fase kedua dan ketiga disebut dengan fase transisi
asam yang terkait erat dengan proses acidogenesis danasam yang terkait erat dengan proses acidogenesis dan
mulai terbentuk gas CO2.
• Gas mulai terbentuk pada tahap metagonesis yaitu fase
ke-4 yang menghasilkan CH4 dan CO2.
• Fase ke-5 adalah fase pematangan dimana sampah
sudah menjadi produk yang lebih stabil.

10. Grafik 5 fase Pembentukan Gas

11. Teori Stanforth
• Stanforth et al. (1979) memperkenalkan model proses degradasi yang dapat terjadi
dalam sebuah lahan-urug, berdasarkan teori klasik dari proses degradasi materi
organik. Model tersebut membagi proses degradasi menjadi 2 fase, yaitu :
a. Fase aerob, ditandai oleh likuifaksi dan hidrolisa materi organik, yang
mengakibatkan turunnya pH dan larutnya mineral-mineral (I dan II)
b. Fase anaerob, dibagi menjadi 2 tahap, yaitu (III dan IV):
Tahap 1 : setelah oksigen berkurang, maka bakteri anaerob fakultatif menjadi
dominan, likuifaksi terus berlangsung, sejumlah besar asam-asam volatil serta CO2
akan dihasilkan dari sistem ini, dan materi anorganik akan lebih banyak lagi larut,
terutama karena turunnya pH.
Tahap 2 : fase ini bisa berlangsung karena meningkatnya alkalinitas, sehingga pH
menjadi naik, dan memungkinkan bakteri-bakteri metan dapat hidup; asam-asam
volatil akan dikonversi menjadi metan dan CO2, dan materi organik terlarut
menjadi berkurang karena kelarutannya menjadi berkurang akibat pH yang naik.

12. Unsur-Unsur Gas
• Karakteristik gas yang dihasilkan dari proses dekomposisi sampah
ditentukan oleh karakteristik sampah yang ditimbun.

13. Potensi Gas Methan di Indonesia

14. Studi Kasus
• Untuk setiap ton metana yang terlepaskan, hal
itu setara dengan pelepasan 72 ton gas karbon
dioksida.
CH = 72 * COCH4 = 72 * CO2
• Contoh kasus Kota Semarang:
Produksi CH4 per tahun = 18.000.000 Ton
Setara dengan Produksi CO2 per tahun =
1.296.000.000 Ton ≈ 1.296.000 MT

15. CH4 to Electricity Potency
• Produksi CO2 per tahun = 1.296.000.000 Ton =
324.000.000.000 Liter solar = Rp.
1.458.000.000.000.000,00 =
1.833.962.264.150,943 kWh1.833.962.264.150,943 kWh

16. Contoh Karakteristik Sampah
Komponen Berat (ton/hari) Persen
Sampah organik 1.867,70 71,85
Kertas 323,63 12,45
Plastik 197,56 7,60Plastik 197,56 7,60
Logam 23,40 0,90
Kaca/ gelas 23,40 0,90
Karet 14,04 0,54
Kain 50,43 1,94
Lain-lain 99,30 3,82
Jumlah 2.599,45 100,00

17. Stoikiometri Sampah ke Gas Metan
• Produksi gas yang dihasilkan pada landfill sangat
bergantung dari komposisi sampah yang ada.
• Timbulan gas landfill akan dihitung berdasarkan
berat kering masing-masing komposisi sampah.berat kering masing-masing komposisi sampah.

18. •• Contoh soalContoh soal :
Dari hasil analisa sampah kota diperoleh data sbb :
Komponen Sampah Cepat Sampah sulit urai
C (12)
H (1)
O (16)
N (14)
68.3
110.6
50.1
1.0
19.5
29.0
9.2
1.0
• Rumus molekul sampah cepat urai = C68.3 H110.6 O50.1 N1.0
= C68 H111 O50 N1
• Rumus molekul sampah sulit urai = C19.5 H29 O9.2 N1.0
= C20 H29 O9 N1
• Prakiraan volume gas methan (CH4) yang terbentuk apabila :
Densitas CH4 = 0.77 kg/m3 = 0.77 g/l

19. • Jawaban :
Menentukan Persamaan Reaksi
Untuk sampah cepat urai :
C68 H111 O50 N + (4x68 – 111 – 2x50 – 3x1) H20
4
(4x68 + 111 – 2x50 -3x1)CH + (4x68 - 111 + 2x50 + 3x1)CO +1 NH
Kalkulasi (lanjutan)
(4x68 + 111 – 2x50 -3x1)CH4 + (4x68 - 111 + 2x50 + 3x1)CO2 +1 NH3
8 8
C68 H111 O50 N + 14,5 H20 35 CH4 + 33 CO2 + NH3
BM 1741 18 16 44 17
Berat total 1741 261 560 1452 17
(14,5x18) (35x16) (33x44)

20. • Untuk sampah sulit urai, dicari dengan cara yang sama
• Volume CH4 yang dihasilkan sampah cepat urai :
Berat Total CH4 x Berat Sampah Kering
Kalkulasi (lanjutan)
Berat sampah organik x densitas
560 gram x ? gram =
1741 gram x 0,77 kg/m3

21. Contoh Perkiraan
Komposisi Elemen Sampah
No. Komponen
Berat
(ton/hari)
Kandungan
kelembabana
(% berat)
Persen komposisib (ton/hari)
C H O N S Abu
1
Sampah
organik
1161.8 70 73 6.4 37.6 2.6 0.4 5
2 Kertas 201.3 6 43.4 5.8 44.3 0.3 0.2 6
3 Plastik 122.9 2 60 7.2 22.8 103 Plastik 122.9 2 60 7.2 22.8 10
4 Logam 14.6 3 4.5 0.6 4.3 0.1 90.5
5 Kaca/ gelas 14.6 2 0.5 0.1 0.4 0.1 98.9
6 Karet 8.7 2 69.7 8.7 1.6 20
7 Kain 31.4 10 48 6.4 40 2.2 0.2 3.2
8 Lain-lain 61.8 8 24.3 3 4 0.5 0.2 68
Jumlah 1617.0
Sumber: Komposisi Elemen Sampah Kabupaten
Keterangan:
a Tabel 3.5 Tchobanoglous, 2001
b Tabel 4.3 Tchobanoglous, 2001

22. Contoh Perhitungan
Komposisi Elemen Sampah
No. Komponen
Berat kering
(ton/hari)
Persen komposisib (ton/hari)
C H O N S Abu
1
Sampah
organik
348,54 254 16,3 6,12 0,159 0,000637 3.18.10-5
2 Kertas 189,24 82,1 4,76 2,11 0,00633 1,27.10-5 7.60.10-7
3 Plastik 120,43 72,3 5,20 1,19 0
30 %
73 %
3 Plastik 120,43 72,3 5,20 1,19 0
4 Logam 14,12 0,635 0,00381 0,000164 1.64.10-7 0
5 Kaca/ gelas 14,26 0,0713 0,0000713 2,85.10-7 2.85.10-10 0
6 Karet 8,56 5,96 0,519 0 0
7 Kain 28,23 13,6 0,867 0,347 7.63E-03 1,53.10-5 4.88.10-7
8 Lain-lain 56,83 13,8 0,414 0,0166 8.29E-05 1,66.10-7 1.13.10-7
Jumlah
(ton/hari)
780,21 443 0,281 9,78 1.73E-01 6,65.10-4 3.32.10-5
Jumlah
(lb/hari)
353.904,25 0,201 0,0127 0,00444 7.86E-05 3,02.10-7 1.51.10-8

23. Contoh
Perhitungan Komposisi Molar
C H O N S
lb/mol 12.01 1.01 16 14.01 32.06
lb/hari 0.200880735 0.012726 0.004437521 7.86E-05 3.02E-07
Total mol 0.016726123 0.0126 0.000277345 5.61E-06 9.41E-09
Mol ratio bila N = 1 2982.059746 2246.347 49.44717307 1
0,20 / 12,01
0,016726123 / 5,61.10-6

24. Kalkulasi Akhir
• C2982H2246O49N + 2397 H2O → 1759 CH4 + 1223 CO2 + 1 NH3
(38.828) (43.141,5) (28.146) (53.806,5) (17)
• Berat spesifik gas methan dan karbondioksida masing-masing adalah 0,0448 lb/ft3 dan 0,1235 lb/ft3.
Methan:
= [(28.146) x (644.961,63)]/[(38.828) x (0,0448 lb/ft3)]
= 18.153.090.038 / 1.739,4944
= 10.435.843 ft3
Ρ = 0,0448 lb/ft3
= 295.334,4 m3
• Karbondioksida:
= [(53.806,5) x (644.961,63)]/[(38.828) x (0,1235 lb/ft3)]
= 34.703.127.945 / 4.795,258
= 7.236.968 ft3
= 204.806,2 m3
• Jumlah total gas secara teoritis yang dihasilkan setiap unit berat kering dari penghancuran bahan organik adalah sebagai
berikut: (Vol/lb)
= (10.435.843 ft3 + 7.236.968 ft3) / 644.961,63 lb
= 17.672.811 / 644.961,63 lb
= 27,40134 ft3/lb
= 1,709563 m3/kg
Ρ = 0,0448 lb/ft
Ρ = 0,1235 lb/ft3

25. Faktor Produksi Gas
• Unsur-unsur pembentukan sampah seperti karbon, hidrogen dan nitrogen serta
oksigen yang diperoleh dari analysis karakteristik sampah, yaitu ultimate analysis.
• Tergantung dari kecepatan degradasi sampah yang dibedakan atas sampah yang
cepat terurai dan lambat terurai. Waktu untuk penguraian bahan organik yg
mudah terurai adalah 5 tahun, sedangkan waktu penguraian bahan organik yang
lambat terurai adalah 15 tahun

26. Emisi Gas Metan: Jenis Sampah
Purwanta, W., 2009

27. Total Emisi Metan TPA Sampah
Indonesia dan Skenario Mitigasi
Purwanta, W., 2009

28. Komposisi Sampah Masuk TPA

29. Contoh Pipa Gas HDPE

30. Komponen Pengelolaan Gas
• Perpipaan horizontal dan vertikal : pembawa
gas
• Kompresor: penyedot gas bio
• Storage: Pengumpul /penyimpan gas bio• Storage: Pengumpul /penyimpan gas bio
• Instalasi pemurni gas bio

31. Sistem Penyaluran Gas
• Guna mengalirkan gas yang terbentuk ke udara bebas, atau
menuju ke pemanfaatan gas bio dibutuhkan ventilasi.
• Metode untuk mengendalikan pergerakan gas adalah:
a. Menempatkan materi impermeable pada atau di luar
perbatasan landfill untuk menghalangi aliran gas.perbatasan landfill untuk menghalangi aliran gas.
b. Menempatkan materi granular pada atau di luar
perbatasan landfill untuk penyaluran dan atau
pengumpulan gas.
c. Pembuatan ventilasi di dalam lokasi landfill.
d. Pembuatan ventilasi di sekeliling perbatasan landfill
(perimeter).

32. • Ventilasi horizontal : merupakan ventilasi
yang bertujuan untuk membentuk aliran gas
dalam satu sel.
• Ventilasi vertikal : merupakan ventilasi yang
Sistem Penyaluran Gas
• Ventilasi vertikal : merupakan ventilasi yang
mengarahkan gas yang terbentuk mengalir ke
udara bebas.
• Ventilasi akhir : merupakan ventilasi yang
dibangun pada saat timbunan akhir sudah
terbentuk.

33. Sistem Penyaluran Gas
• Lapisan impermeabel akan membatasi dan mengisolasi sampah yang
ditimbun sehingga dapat membantu pengaliran gas.
• Lapisan impermeabel yang dapat dipergunakan adalah membran sintesis,
clay, beton dan aspal. Tanah clay dapat menjaga nilai saturasi tanah, yang
dapat menciptakan rongga untuk pergerakan gas.
• An Hua (1981) menunjukan bahwa aliran gas dalam arah horisontal adalah• An Hua (1981) menunjukan bahwa aliran gas dalam arah horisontal adalah
37,5 kali lebih besar dibandingkan dengan aliran gas dalam arah vertikal.
• Sistem pengumpul gas horizontal biasanya dibangun setelah terbentuk 2
lapisan atau lebih kemudian diteruskan hingga selesainya timbunan. Jarak
sistem vertikal biasanya 25 m, sedang jarak horizontal sekitar 30 m.
• Ventilasi horizontal biasanya berbentuk saluran-saluran kerikil, yang
berfungsi juga untuk pengaliran lindi. Sistem pengumpul horizontal
dengan perpipaan lebih diutamakan pada landfill yang luas.

34. Kriteria Desain Pipa Vertikal
• Pipa gas dengan casing PVC atau PE : 100- 150
mm
• Lubang bore: 50 - 100 cm
• Perforasi: 8 - 12 mm• Perforasi: 8 - 12 mm
• Kedalaman: 80 %
• Geomembran: jarak antar pipa = 45 – 60 m
(Tchobanoglous, 1993)
• Clay dan tanah penutup: jarak antar pipa = 30 m
(Tchobanoglous, 1993)

35. Potensi Produksi Gas
• Metode 1: uji sumur
Bila yang diuji adalah landfill di negara berkembang, maka jumlah yang
diperoleh dikalikan faktor (disarankan = 0,5) akibat adanya pemadatan
yang tidak merata, serta kondisi lain sehingga tidak semua gas terkumpul
dengan baik.
• Metode 2: perkiraan kasar• Metode 2: perkiraan kasar
Setiap ton sampah yang dikubur diperkirakan akan menghasilkan gas
sebesar 6 m3 per tahun
Porsi gas metan dianggap 50%, umur sampah lebih tidak lebih dari 10
tahun, produksi gas dianggap dijamin antara 5-15 tahun.
• Metode 3: estimasi dengan persamaan
Persamaan first order decay model:

36. first order decay model
• LFG = jumlah gas yang dihasilkan (m3/tahun)
• Lo = potensi metan di sampah
• R = rata-rata sampah masuk ke sarana per tahun (kg)
• k = konstanta decay untuk timbulan metan
• t = waktu (tahun) sejak landfill digunakan• t = waktu (tahun) sejak landfill digunakan
• c = waktu (tahun) sejak landfill ditutup

37. “waste-in-place”
• Proyek recovery gas di USA
LFG = 2 [4,32 + 2,91 W – 1,1 W x D]
dimana:
LFG = gas yang dihasilkan pada tahun berjalan (jutaLFG = gas yang dihasilkan pada tahun berjalan (juta
m3)
W = Jumlah sampah di tempat kurang dari 30 tahun
(juta ton)
D = indikator daerah kering, ≤ 1 (=1 bila presipitasi <
63,5 mm/tahun)

38. Hasil Akhir
• Hasil dari model decay maupun model waste-
in-place perlu dikali faktor efisiensi
pengumpulan, yaitu = 70%-85%.
• Contoh tabel berikut menggunakan faktor• Contoh tabel berikut menggunakan faktor
efisiensi pengumpulan sebesar 75 %.

39. Tugas
• Hitung kembali potensi produksi gas dari tabel
tersebut.

40. Pemanfaatan Gas: RT
• Pipa distribusi terbuat dari polyethylene berwarna hitam dengan diameter 1" klas 8.
Pipa
jenis ini digunakan karena lebih kuat dari pada pipa pralon.
• Campuran gas yang dapat terbakar/menyala terdiri dari 5-15 % metana murni dengan
85 -95 % udara (Perry, 1973). Jadi satu volume gas TPA dari sumur berkualitas 60 %
metana kira-kira perlu dicampurkan dengan 5-10% volume udara untuk dapat terbakar.
Campuran ini biasanya terjadi di dalam kompor pada orificenya. Perbandingan gas iniCampuran ini biasanya terjadi di dalam kompor pada orificenya. Perbandingan gas ini
sangat tergantung dari kuantitasdan kualitas gas yang diproduksi.
• Perbandingan luas lubang untuk udara yang masuk dengan lubang pengeluaran gas
adalah 10 : 100.
• Luas pancaran orifice 0,25 mm2
• Perbandingan luas pancaran gas: lubang pemasukan udara dan lubang pengeluaran gas
(flame port) = 1 : 5 : 100.
• Alat pembakaran perlu diatur agar kecepatan gas pada spuyer tidak terlalu karena
diameter spuyer besar, menyebabkan udara yang masuk terlalu banyak sehingga terjadi
pembuangan nyala. Sebaliknya apabila kecepatan gas terlalu rendah maka nyala api
tidak stabil.