TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Faktor Yang Mempengaruhi Digestasi Anaerob
Proses digestasi anaerobik berhubungan satu sama lain. Jika aktivitas dari salah satu grup mikroorganisme terhambat maka akan mempengaruhi laju dari mikroorganisme lain, mengubah kesetimbangan populasinya dan menurunkan efektifitas proses [8]. Faktor yang mempengaruhi aktifitas tersebut antara lain :
2.3.1 Temperatur
Proses anaerobik sensitif terhadap suhu, pengubahan asam asetat menjadi metana sangat dipengaruhi temperatur. Suhu yang biasa digunakan dalam proses anaerobik yaitu suhu psychrophilic (10-20) 0C [17] suhu mesofilik (35-40 ) 0C dan suhu termofilik (50-65) 0C [12] . Temperatur mesofilik yang biasa digunakan adalah 35 0C dan termofilik adalah 55 0C [17]. Pada temperatur antara 40-50 0C mikroba mesofilik tidak aktif lagi, temperatur ini disebut dengan temperatur intermediet [13]. Suhu menjadi salah satu faktor penting yang mempengaruhi efisiensi penggurangan COD pada percobaan anaerobik. Pada umumnya, diketahui bahwa digester termofilik menghasilkan biogas lebih banyak daripada digester mesofilik [19]
Penelitian yang dilakukan oleh Choorit et al , 2007 [10] pada limbah cair pabrik kelapa sawit untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap produksi biogas. Dalam penelitian ini diperoleh, pada suhu mesofilik (37 0C) dihasilkan biogas 3,73 L/L reaktor/hari dengan 71,04 % metana. Pada temperatur thermofilik (55 0C) diperoleh biogas 4,66 L/L reaktor/hari dengan 69,53 % metana. Jeong et al, 2014 [19] juga telah melakukan penelitian tentang pengaruh suhu terhadap produksi biogas dari limbah cair pabrik kelapa sawit. Produksi biogas tertinggi diperoleh pada suhu termofilik (55 0C) daripada suhu mesofilk (37 0C).
15 2.3.2 pH
pH menunjukkan konsentrasi asam dalam larutan. pH dari reaktor anaerobik mempengaruhi efisiensi proses penguraian. Proses Hidrolisis, asidognesis dan metanognesis memiliki pH optimum masing masing [17]. Metanogenesis bekerja efektif pada pH 6,5 – 8,2 [12]. pH untuk proses hidrolisis dan asidognesis masing masing adalah 5,5 dan 6,5 [17]. pH mempengaruhi fungsi dari enzim extraselular dan laju proses hidrolisis. Pada beberapa kasus digestasi anaerobik lebih efektif pada pH yang netral. Karna beberapa mikroorganisme mengalami pertumbuhan yang lamban dalam pH yang tinggi atau rendah [8]. pH akan sangat berpengaruh terhadap produksi biogas jika mencapai 5. Hal ini disebabkan karna pada pH yang rendah aktivitas dari bakteri metanognesis akan menurun. Menjaga pH yang konstan sangat penting untuk mengontrol hubungan antara VFA dan konsentrasi bikarbonat. Untuk mengontrol pH, NaHCO3 ditambahkan kedalam saat mulai dijalankan [12]. Nilai pH dari substrat mempengaruhi pertumbuhan dari mikroorganisme dan mempengaruhui penguraian beberapa komponen yang sangat penting dalam proses digestasi anaerobik [34].
2.3.3 Rasio Karbon – Nitrogen (C/N)
Nitrogen adalah nutrisi terbesar dalam pertumbuhan mikroba. Karbon digunakan sebagai sumber energi dan Nitrogen digunakan sebagai pembangun struktur sel [40]. Untuk penguraian yang baik rasio dari karbon dan nitrogen sekitar 25-30 pada substrat. Jika kandungan nitrogen rendah populasi mikroba yang tersisa kan menurun dan waktu yang diperlukan untuk mencerna kabon yang tersedia akan semakin lama. Kelebihan nitrogen juga menyebabkan masalah pada pembentukan ammonia dimana mempengaruhi proses anaerobik. Konsentrasi karbon dan nitrogen menunjukkan kinerja proses digestasi anaerobik [12].
Untuk mencapai rasio C/N pada sebagian kasus digunakan pencampuran dua bahan (Co-Digestasion) seperti kotoran lembu dan limbah kota [8]. Pada penelitian yang dilakukan O-Thong et al [42], pencampuran anatara POME dan palm empty fruit bunches dapat meningkatkan produksi biogas 25 sampai 32 %.
16 2.3.4 Pengadukan
Pengadukan dilakukan menghomogenkan padatan terlarut dalam digester dengan mikroba yang aktif [46]. Pengadukan selama proses dekomposisi untuk mencegah terjadinya benda-benda mengapung pada permukaan cairan dan berfungsi mencampur metanogen dengan substrat. Tujuan dari proses pengadukan adalah agar seluruh mikroorganisme menerima asupan nutrisi yang menyeluruh dan seimbang dan produk hasil metabolismenya dapat dipisahkan secara maksimal. Pencampuran Substrat yang segar dengan substrat yang telah tergradasi diperlukan agar substrat segarnya berinokulasi dengan mikroorganisme yang aktif [7]
2.3.5 Hydraulic Retention Time (HRT)
Parameter yang penting untuk ukuran dari digester biogas adalah waktu tinggal (HRT). HRT adalah interval waktu rata-rata selama substrat tinggal di dalam tangki digester. HRT adalah korelasi dari volume digester dan volume umpan substrat per unti waktu yang dituliskan dalam persamaan berikut :
HRT = VR/V [37]
Dimana :
HRT = Waktu tinggal hidraulik ( hari) VR = Volume digester (m3)
V = Volume substrat umpan per unit waktu (m3/ hari)
HRT untuk digestasi anaerobik dipengaruhi oleh temperatur dan komposis dari limbah yang digunakan. Pada keadaan mesofilik HRT berkisar antara 10 sampai 40 hari. HRT untuk thermofilik biasanya lebih rendah [17].
Penelitian yang dilakukan oleh Scoma et al, 2013[44] untuk mengetahui pengaruh HRT terhadap produksi Volatille Fatty Acid (VFA) dan Biohidrogen. Sampel yang digunakan adalah limbah pengolahan minyak zaitun. HRT yang digunakan adalah 7,5,3 dan 1 hari. Diperoleh HRT 5 dapat menghasilkan VFA tertinggi. Chotwattanasak et al, 2011 [45] mengamati pengaruh HRT terhadap produksi biogas dari limbah cair pabrik kelapa sawit. Penelitian ini dilakukan pada pH 7 dan variasi HRT 14,10,7 dan 6,5 dengan reaktor yang berukuran 2,1 m3. Produksi biogas maksimal diperoleh pada HRT 15 hari yaitu 70,03 %.
17 2.4 Biogas
Biogas adalah campuran gas yang terdiri dari 40 – 60 % CH4, 30-50 % CO2, dan mengandung sebagian kecil SO2 dan NH3. Biogas telah digunakan sebagai bahan bakar sejak 100 tahun yang lalu. Karna komponen yang bermanfaat pada biogas adalah metana, dibeberapa daerah biogas telah ditingkatkan menjadi biometana dimana mengandung metana lebih dari 97 %. Biogas dapat diproduksi dari berbagai limbah tumbuhan, limbah makanan dan limbah perkotaan [40]. Biogas merupakan alternatif sebagai energi terbarukan untk menggantikan energi fosil [41]. Biogas merupakan energi alternatif yang dapat digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, bahan bakar kendaraan dan lain lain. Biogas memberikan dampak buruk yang lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Bahan baku biogas juga dari limbah sehingga mengurangi volume limbah yang dibuang ke tanah dan air [6].
2.1 ANALISA EKONOMI
Pada penelitian ini dilakukan analisa ekonomi yang sederhana terhadap proses asidogenesis LCPKS pada temperatur 45 0C dengan produk yang diharapkan berupa VFA yang pada tahapan berikutnya dapat dikonversi menjadi biogas. Kondisi yang digunakan tidak memerlukan pemanas dalam penelitian ini. Maka pada penelitian ini yang dikaji adalah jumlah VFA yang akan dikonversi menjadi biogas pada proses digestasi anaerobik dua tahap. Beberapa penelitian yang berhasil menghitung volume pembentukan biogas dari VFA ditunjukkan pada Tabel 2.9.
Tabel 2.9 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang Terbentuk
Pada penelitian ini, total pembentukan VFA tertinggi diperoleh pada variasi pH 5,5 dengan jumlah 20.298 mg/L. Menurut A.K. Kivaisi, et al konversi VFA menjadi biogas adalah 100%. Melalui Tabel 2.9 dapat digambarkan grafik linear seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 berikut.
Peneliti Total VFA (mg/L) Volume Biogas (L/L·hari)
Kivaisi dan Mtila 2.058,85 1,70
Li et al. 4.020,00 3,97
18
Gambar 2.7 Konversi Total VFA menjadi Biogas
Gambar 2.9 menunjukkan grafik linearisasi pembentukkan biogas dari VFA dengan persamaan garis lurus: y = 0,062 x + 907 dengan y merupakan produksi biogas dan x merupakan VFA yang terbentuk. Berdasarkan persamaan tersebut maka jumlah biogas yang dapat dihasilkan dari total VFA tertinggi pada penelitian ini adalah: y = 0,0009 x+ 0,1043
= 0,0009 x 20.298 + 0,1043 = 18,3725 L/ L LCPKS
Produksi Biogas tertinggi = 18,3725 L biogas/L LCPKS
= 18,3725 m3 biogas /m3 LCPKS Perbandingan 1m3 biogas terhadap solar adalah 0,52 liter solar
Sehingga 18,3725 m3 biogas / m3 LCPKS hari setara dengan 9,5537 Liter Solar / m3 LCPKS
Harga solar industri = 10.400/liter
Maka produksi perhari setara dengan = 10.448 x 9,5537 L solar/ m3 LCPKS = Rp. 99.817 / m3 LCPKS
Harga solar industri = 10.400/liter
Maka produksi perhari setara dengan = 10.448 x 9,5537 L solar/ m3 LCPKS = Rp. 99.817 / m3 LCPKS y = 0,0009x + 0,104 0 2 4 6 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 P r o d u k si B io gas (L/ L· h ar i) Total VFA (mg/L) Biogas Linear (Biogas)
19