CONTINUOUS PROCESS EFFECTIVENESS OF TWO-STAGE DIGESTION ANAEROBIC ON BIOLOGICAL SLUDGE TREATMENT OF PAPER INDUSTRY
METODA PENELITIAN Bahan dan Peralatan
B. Hasil Percobaan Proses Kontinyu Metano genesis
Proses metanogenesis merupakan proses lan- jutan dari proses asidogenesis. Percobaan proses metanogenesis dilakukan di dalam reaktor UASB kapasitas 200L. Pada start-up percobaan, ke- dalam reaktor UASB dimasukkan biomassa mik- roba metanogenik sebanyak 15% V/V atau 30 L. Umpan yang digunakan adalah supernatan dari hasil proses asidogenesis yang telah ditampung terlebih dahulu di dalam tangki umpan reaktor UASB dan dinetralkan pH nya. Karakteristik umpan proses metanogenesis adalah pH rata-rata 6,53 ( 5,84 – 7,52), COD terlarut rata-rata 1.757 ( 1.242 – 2.579) mg/L dan TSS 268 ( 77 – 480) mg/L. Ke dalam umpan tersebut ditambahkan NaHCO3 sebanyak 2.500 mg/L yang berfungsi sebagai buffer untuk mencegah terjadinya peru- bahan pH yang rendah. Makronutrisi dari urea sebagai sumber N dan H3PO4 sebagai sumber P ditambahkan juga ke dalam umpan dengan per- badingan COD : N : P = 350 : 7 : 1.
Pada proses metanogenesis ini, VFA yang terbentuk pada tahap asidogenesis akan diurai menjadi gas metan (CH4) dan CO2 oleh bakteri metanogenik pada kondisi anaerobik obligat. Ke- berhasilan proses metanogenesis dapat diketahui
Gambar 6. Eisiensi Reduksi CODf Proses Metanogeness pada berbagai Waktu Retensi
Gambar 7. Eisiensi Reduksi TSS Proses Metanogenesis pada berbagai Waktu Retensi
Gambar 9. Biogas yang Terbentuk dan Komposisi Hasil Proses Metanogesis
Berdasarkan data eisiensi reduksi COD ter- larut yang dihasilkan sudah dapat mencapai lebih besar dari 65% dan berdasarkan dari biogas yang dihasilkan sudah mengandung kadar CH4 cukup besar selanjutnya waktu retensi proses metanasi reaktor UASB dirturunkan menjadi 10 hari.
Pada hari ke 26, reaktor UASB dioperasi- kan proses metanasi dengan waktu retensi 10 hari dengan debit air olahan dari reaktor termo-
ilik asidiikasi 14 ml/menit. Air limbah tersebut
memiliki karakteristik COD terlarut = 1.639 – 1.868 mg/L dan TSS = 210 – 1.120 mg/L. Pe- ngoperasian reaktor UASB dengan waktu retensi 10 hari berlangsung dari hari ke 26 sampai hari ke 55 dengan beban organik 0,141 – 0,187 kg CODf/m3.hari (gambar 6). Pada waktu retensi
tersebut proses metanasi dengan reaktor UASB dapat menurunkan COD terlarut sebesar 25,25
– 83,90% dengan konsentrasi eluen CODf =
283 – 1.052 mg/L, menurunkan TSS = 14 - 75% dengan konsentrasi TSS = 175 - 330 mg/L (Gam- bar 7) dan dapat menghasilkan biogas sebesar 0,76 – 6,81 L/hari atau 0,03 – 0,94/gr CODf
removed (Gambar 8) yang mengandung CH4 =
29,5 – 62,6% dan CO2 = 19 – 45% (Gambar 9.).
Melihat dari data eisiensi reduksi COD terlarut
yang dihasilkan yang rata-rata sudah dapat men- capai lebih besar dari 65% dan bahkan redukasi COD terlarut sampai 83,90% dapat dicapai serta biogas yang dihasilkan sudah mengandung kadar CH4 cukup besar umumnya antara 45 – 60%, per- cobaan selanjutnya mencoba untuk menurunkan waktu retensi proses metanasi reaktor UASB dirturunkan menjadi 5 hari.
Pada hari ke 56, reaktor UASB dioperasi- kan proses metanasi dengan waktu retensi 5 hari dengan debit air olahan dari reaktor termo-
ilik asidiikasi 28 ml/menit. Air limbah tersebut
memiliki karakteristik COD terlarut 261 – 678 mg/L (Gambar 9.) dan TSS 80 – 410 mg/L. Pen- goperasian reaktor UASB dengan waktu retensi 5 hari berlangsung dari hari ke 56 sampai hari ke 86 dengan beban organik 0,052 – 0,136 kg CODf/m3.hari (Gambar 6). Pada waktu retensi
tersebut proses metanasi dengan reaktor UASB dapat menurunkan COD terlarut sebesar 15,12 –
52,21% dengan konsentrasi eluen CODf = 160
– 402 mg/L (Gambar 7), menurunkan TSS = 32 - 82% dengan konsentrasi TSS = 18 - 175 mg/L (Gambar 7) dan dapat menghasilkan biogas sebe- sar 4,07 – 15,82 L/hari atau 0,66 – 2,38/gr CODf
removed (Gambar 8) yang mengandung CH4
= 50,4 – 64,1% dan CO2 = 18 – 30% (Gambar
9). Dari data tersebut terlihat walaupun eisiensi
reduksi COD terlarut lebih rendah darpada yang dihasilkan dengan waktu retensi 10 hari akan tetapi jumlah biogas yang dihasilkannya lebih tinggi dan mengandung kadar CH4 yang tinggi 50 – 64%. Kandungan CH4 dalam biogas yang dihasilkan nampaknya sudah optimal mengingat digestasi lumpur hasil penelitian yang dilaporkan oleh Polprasert (1989) dan Ros et. al.(2003) bahwa kadar CH4 dalam biogas hasil digestasi lumpur berkisar antara 55 – 70% dan jarang lebih besar. Berdasarkan data-data hasil percobaan tersebut menunjukkan bahwa waktu retensi 5 hari menun- jukkan hasil terbaik, hal tersebut dapat diketahui
KESIMPULAN
1. Limbah sludge biologi IPAL mengandung kadar padatan total 43,2 g/L, kandungan ba- han organik 52,5 g/L dan kadar abu 20,7 g/L yang secara visual limbah sludge ini sulit mengendap. Limbah sludge ini banyak men- gandung protein yaitu 19,65 g/L, lemak 4,0 g/L dan kandungan selulosa yang sangat ren- dah 2,3 mg/L Karakteristik limbah sludge
demikian berpotensi untuk diolah dengan proses digestasi anaerobik.
2. Kondisi optimum proses asidogenesis ada-
lah pH sekitar 5, suhu termoilik (55°C),
sedangkan kondisi optimum proses metano- genesis adalah pH sekitar 7 pada suhu meso-
ilik. Dosis optimum protease adalah 5 mg/ g
VS limbah sludge ditambahkan pada proses asidogenesis. Pada pengoperasian reak- tor asidogenesi dengan waktu retensi 1 hari dengan beban 7,2 – 8,2 g. VS sludge/g. VS mikroorganisme, hari dapat menghasilkan peningkatan kadar VFA rata-rata dalam su- pernatan 152 % atau dengan laju pembentu- kan VFA rata-rata 12,27 g VFA/kg VS, hari. 3. Pengolahan limbah sludge dua tahap mam-
pu mengubah zat padat tersuspensi menjadi senyawa terlarut yang kemudian berubah menjadi produk biogas yang mengandung gas metan cukup tinggi dan endapan lumpur yang mengandung unsur-unsur hara yang memenuhi syarat untuk dijadikan sebagai kompos yang memenuhi syarat .
4. Pada waktu retensi 5 hari, proses metanasi dengan reaktor UASB dapat menurunkan COD terlarut sebesar 15,12 – 52,21% dengan menghasilkan biogas sebesar 4,07 – 15,82 L/ hari atau 0,66 – 2,38/gr CODf removed yang mengandung CH4 = 50,4 – 64,1% dan CO2 = 18 – 30%.
SARAN
Mengingat penelitian proses kontinyu digesta- si anaerobik ini telah menghasilkan rancangan satu rangkaian digestasi anaerobik kapasitas 30 m3/hari. , disarankan dapat dijadikan model skala
pilot di industri, untuk memperoleh kinerja reak- tor digestasi anaerobik yang siap diterapkan pada skala industri kertas di Indonesia dalam mengatasi pengelolaan limbah sludge IPAL proses biologi.
DAFTAR PUSTAKA
Appels Lise, Jan Baeyens, Jan Degreve, Raf Dewil, 2008. Principles and potential of the
anaerobic digestion of waste-activated sludge,
Progress in Energy and Combustion Science 34 755–781
Blonskaja V., A. Menert, R. Vilu, 2003. Use of two-stage anaerobic treatment for distillery
waste, Advances in Environmental Research
7, 671–678
Deminer et al. 2008. Two phase thermophilic and mesophilic methanogenesis anaerobik diges-
tion of waste activated sludge. Env Engineer-
ing Science. Vol. 25. No.9. 1291 – 1300. Elliott Allan, Talat Mahmood, 2007. Pretreat-
ment technologies for advancing anaerobic digestion of pulp and paper biotreatment resi- dues, Water Research 41 4273 – 4286 Elizabeth C.P.. paul N. C. 1981. Biogas produc-
tion and utilization. Ann Arbor Science pub-
lishers Inc.
EPA, 2006. Biosolid Technology Fact Sheet
: Multi Stage Anaerobic Digestion.United
States Environmental Protection Agency. Ferguson. K.. 1991. Environmental Solutions for
The Pulp and Paper Industry. Miller Free-
man. San Francisco. USA
HJ Gijzen et al. 2005. Anaerobik degradation of papermill sludge in a two-phase digester.
Journal Biotech.
Han Sun-Kee and Hang-Sik Shin, 2004. Perfor- mance of an Innovative Two-Stage Process Converting Food Waste to Hydrogen and
Methane, J. Air & Waste Manage. Assoc.
54:242–249
Kraristya. 2004. Teknologi digester. kharistya. wordpress.com
Presiden Republik Indonesia. 2006. Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun
2006 Tentang Kebijakan Energi Nasional. Ja-
karta
Liu Dawei, 2008. Bio-hydrogen Production by Dark Fermentation from Organic Wastes and
Residues, PhD Thesis, Department of Envi-
ronmental Engineering Technical University of Denmark
Lehninger. A.L..1982. Principles of Biochemis- try. Worth publisher.Inc.
Mshandete, Anthony Manoni et al, 2008. Two Stage Anaerobic Digestion of Aerobic Pre
Treated Sisal Leaf Decortications Residues: Hydrolases Activities and Biogas Production
Proile. African Journal of Biochemistry Re- search Vol.2 (11), pp. 211-218. November 2008
Medhat M. A. Saleh and Usama F. Mahmood, 2004. Anaerobic Digestion Technology for
Industrial Wastewater Treatment, Eighth
International Water Technology Conference, IWTC8, Alexandria, Egypt
Nils Holgerssongymnasiet, Skurup, Sweden. Bi-
ogas chemistry, www. rat.africa-web.org./bi-
ogas
Purwati S.. Rina S. Soetopo. Setiaji. Yusup Se- tiawan. 2006. Potensi dan Alternatif Peman- faatan Limbah Padat Industri Pulp dan Ker- tas. Berita Selulosa. Vol. 41. No. 2. Desember 2006. Hal 67- 79.
Purwati S.. Rina. S. Soetopo. 2006. Produksi Bi- ogas dan Pupuk Organik Hasil Digestasi An-
aerobik Limbah sludge IPAL Industri Kertas.
Berita Selulosa. Vol. 41. No. 1. 30 – 36. Paramsothy, 2004. Optimizing Hydrolysis/Acido-
genesis Anaerobic Reactor With TheApplica-
tion of Microbial Reaction Kinetic. University
of Peradeniya. Tropical Agricultural Research Vol 16: 327-338.
Polprasert, Chongkrak (1989), Organic Waste
Recycling, New York, John Willey & Son,
Hal. 105 – 144.
Rina. S. Soetopo dkk, 2009. Produksi Biogas Sebagai Hasil Pengolahan Limbah Lumpur Industri Kertas Dengan Proses Digestasi An-
aerobik Dua Tahap. Laporan Penelitian Pro-
gram Riset Insentif DIKNAS. BBPK- Depar- temen Perindustrian
Ros, Milenko and Zupancic, Gregor Drago (2003), Thermophilic Anaerobic Digestion of
Waste Activated Sludge, Acta Chim.Slov:50,
35 – 374.
SNI 6989.57:2008. Air dan air limbah –Metoda pengambilan contoh air permukaan
Scafer, Winfried, 2005. Nutrient balance of a two-
phase solid manure biogas plant. Proceedings
from the seminar Manure – an agronomic and environmental challenge. 5-6 September 2005 Shuizhou Ke, Zhou Shi, and Herbert H.P. Fang, , 2005. Applications of two-phase anaerobic degradation in industrial wastewater treat-
ment, Int. J. Environment and Pollution, Vol.
23, No. 1
Thomas. 2003. Anaerobic Digester Methane to
Energy. Focus On energy. Mc mahon Associ-
ates.Inc. Wisconsin. Hal 4-6.
United Nations Environment Programme Indus- try and Environment (UNEP). 1996. Cleaner Production at Pulp and paper mills.