BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Parameter-parameter Penting Digestasi Anaerobik
2.6.7 Organic Loading Rate (OLR)
Tingkat Beban Organik (OLR) adalah ukuran dari kapasitas konversi biologis digestasi anaerobik. Berbagai penelitian telah membuktikan bahwa OLR akan mengurangi efisiensi penyisihan COD (Stamatelatou, et, al, 2011). OLR menentukan berapa banyak kandungan volatile solids (VS) yang masuk ke digester. OLR yang tinggi akan membutuhkan bakteri yang banyak, yang dapat menyebabkan sistem crash, jika tidak disiapkan. Salah satu bahaya meningkatnya OLR bahwa bakteri Acidogenic akan bertindak di awal proses digesti dan berkembang biak dengan cepat jika diberikan substrat yang cukup yang akan menghasilkan asam dua kali lebih cepat. Bakteri metanogens, akan membutuhkan waktu lebih lama untuk meningkatkan populasi mereka, yang tidak akan mampu untuk mengkonsumsi asam yang terbentuk. pH sistem kemudian akan turun, membunuh lebih banyak bakteri metanogens dan menyebabkan proses digestion berhenti. Ini merupakan indikasi awal penurunan produksi biogas dan penurunan nilai pH (Ostrem, 2004).
20
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ekologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU), Medan.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan-bahan
3.2.1.1 Bahan Utama
1. Starter yang digunakan berasal dari pilot plant yaitu proses digestasi anaerobik tahapan metanogenesis.
2. Sampel bahan baku: Limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) PTPN III Unit Kebun Rambutan, Tebing tinggi.
3.2.1.2 Bahan Kimia
1. Asam klorida (HCl) 0,1 N 2. Aquadest (H2O)
3. Sodium Hydroxide (NaOH) 1 M 4. Natrium Bikarbonat (NaHCO3) 5. Kalium Dikromat (K2Cr2O7) 6. Merkuri (II) Sulfat (HgSO4) 7. Perak Sulfat (Ag2SO4)
8. Amonium Besi (II) Sulfat (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O 9. Ferroin C36H24FeN62+
21 3.2.2 Peralatan
Rangkaian peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah seperti yang terlihat pada gambar 3.1
Gambar 3.1 Rancangan Rangkaian Peralatan
Measuring cylinder
Biogas outlet
Biogas colector
Effluent
Sampling port 3
Out tank Sampling port 2
HCPB
Sampling port 1
Sludge bed
Excess sludge Peristaltic pump
Feed tank Influent
22
Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan
3.2.3 Spesifikasi Reaktor UASB-HCPB
Adapun spesifikasi reaktor UASB-HCPB adalah sebagai berikut:
Diameter reaktor : 9 cm Tinggi reaktor : 96 cm Bahan silinder : Akrilik Diameter hollow : 4,5 cm Diameter packing : 1 cm Tinggi HCPB : 21 cm Bahan packing : PVC
3.3 PERSIAPAN BAHAN BAKU
Bahan baku berupa limbah cair pabrik kelapa sawit diperoleh dari pabrik kelapa sawit (PKS) PTPN III Unit Kebun Rambutan Tebing Tinggi. Sebanyak 120 liter disimpan dalam freezer untuk sementara sebelum digunakan. Hal ini bertujuan agar mikroorganisme yang terdapat didalam bahan baku tidak bekerja ketika disimpan dalam freezer bersuhu rendah dan karakter dalam bahan baku tetap terjaga.
Berikut hasil analisis Karakteristik LCPKS pada tabel 3.1.
23
Tabel 3.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN III Rambutan
Parameter Satuan Hasil Uji Metode Uji
pH - 3,90-4,50 APHA 4500-H
Chemical Oxygen Demand (COD)
mg/L 40.288 APHA 5220B
Total Solid (TS) mg/L 14.000-28.000 APHA 2540B Volatile Solid (VS) mg/L 10.000-26.000 APHA 2540E Total Suspended Solid
(TSS)
mg/L 21.040-25.160 APHA 2540D Volatile Suspended
Solid (VSS)
mg/L 9.040-17.160 APHA 2540E Soluble Chemical
Oxygen Demand (SCOD)
mg/L 19.424 APHA 5220B
Sumber : Lubis, 2018
3.4 DESKRIPSI PROSES
Penelitian ini merupakan proses digestasi anaerobik satu tahap menggunakan reaktor Upflow Anaerobic Sludge Blanked Holo Center Packing Bed (UASB-HCPB) untuk menghasilkan biogas. Pada tahap awal LCPKS yang dicampur dengan starter metanogenesis dengan komposisi campuran 20% starter + 80% LCPKS segar dimasukkan ke dalam tangki pengumpanan, kemudian diaduk sampai homogen.
Campuran tersebut diumpankan ke dalam reaktor dengan volume kerja 5,4 liter dengan kondisi ambient (30 oC).
Proses dimulai dengan perlakuan tanpa pemberian beban organik (batch) sampai pH dan Alkalitasnya stabil (2000 – 4000 ppm). Setelah tercapai kondisi stabil dilakukan tahap kontinu dengan HRT 45, 25, 10 dan 6 hari masing – masing dilakukan pemberian beban organik secara bertahap pada kondisi operasi suhu ambient (30oC), pH 7 0,2 dan Alkalitasnya stabil (2000 – 4000 ppm). Dijaga stabil agar kondisi kehidupan mikroba di dalam reaktor dapat berkembang dengan baik.
Untuk mencegah terjadinya penurunan pH dan alkalinitas dapat ditambahkan NaHCO3 kedalam reaktor dari awal proses sampai akhir operasi.
Dilakukan analisis pH, alkalinitas, COD, TS, VS, TSS, dan VSS selama proses berlangsung. Analisis pH, M-Alkalinity, TS, VS, TSS dan VSS dilakukan setiap hari, sedangkan analisis COD dan gas dilakukan 3 hari sekali sampai akhir proses. Analisa pH, M-Alkalinity, COD menggunakan sampel yang keluar dari
24
overflow pada reaktor, sedangkan analisa TS, VS, TSS, dan VSS menggunakan sampel yang berada pada titik sampling di sepanjang reaktor.
Adapun Biogas yang terbentuk diukur melalui gas meter yang dihubungkan dengan reaktor lalu analisa yang dilakukan adalah komposisi gas CH4, CO2 dan H2S menggunakan gas detector.
3.4.1 Loading Up dan Operasi Target
Adapun prosedur loading up dan operasi target adalah:
1) Starter metanogenesis 20% + 80% LCPKS segar dimasukkan kedalam tangki umpan dan diaduk sampai homogen.
2) Larutan bahan baku dipompakan dari tangki umpan kedalam reaktor dengan volume kerja 5,4 liter.
3) Suhu di dalam reaktor selama proses pada kondisi ambient (30oC).
4) HRT awal dimulai tanpa dilakukan penambahan LCPKS segar karena untuk adaptasi hidrolitik bakteri dengan umpan dimasukkan secara bertahap sampai kondisi pH dan alkalinitas stabil.
5) Setelah pH dan alkalinitas stabil, percobaan dilanjutkan untuk HRT 45, 25, 10 dan 6 hari.
6) pH di dalam reaktor di dijaga konstan pH 7 0,2 selama proses dengan penambahan NaHCO3 hingga pH yang dinginkan tercapai.
7) Dilakukan analisis pada setiap run.
3.5 ANALISA DATA 3.5.1 Analisis M-Alkalinity
Adapun prosedur analisis M-alkalinity adalah:
1) Sampel dimasukkan sebanyak 5 ml ke dalam beaker glass lalu ditambahkan dengan aquadest hingga volume larutan 80 ml.
2) Beaker glass diletakkan di atas magnetic stirrer, dan diletakkan pH elektroda di dalam beaker gelas, kemudian stirrer dihidupkan dan kecepatan diatur sedemikian rupa hingga sampel tercampur sempurna dengan aquadest.
3) Campuran dititrasi dengan larutan HCl 0,1 N hingga pH mencapai 4,8 ± 0,02.
25
4) Analisis M-Alkalinity dilakukan untuk Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dan limbah fermentasi pada reaktor.
5) M-Alkalinity dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
M-Alkalinity mg NaHCO3 /L =
3.5.3 AnalisisTotal Solids (TS)
Adapun prosedur analisis Total Solids (TS) adalah:
1) Cawan penguap kosong yang telah dibersihkan, dipanaskan pada 105oC di dalam oven selama 1 jam. Apabila akan dilanjutkan untuk analisis zat tersuspensi organik, cawan dipanaskan pada 550oC, selama 1 jam.
2) Cawan didinginkan selama 15 menit di dalam desikator, lalu ditimbang.
3) Sampel dikocok merata, lalu dituangkan ke dalam cawan. Volume sampel diatur sehingga berat residu antara 2,5-200 mg.
4) Cawan berisi sampel dimasukkan ke dalam oven, suhu 98oC untuk mencegah percikan akibat didihan air di dalam cawan. Namun bila volum sampel kecil dan dinding cawan cukup tinggi maka langkah ini tidak perlu.
5) Pengeringan diteruskan di dalam oven dengan suhu 103-105oC selama 1 jam.
6) Cawan yang berisi residu zat padat tersebut didinginkan di dalam desikator sebelum ditimbang.
7) Langkah 5 dan 6 diulang sampai didapat berat yang konstan atau berkurang berat lebih kecil 4% berat semula atau 0,5 mg, biasanya pemanasan 1-2 jam sudah cukup. Penimbangan harus dikerjakan dengan cepat untuk mengurangi galat.
8) Kandungan TS dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
mL
Keterangan: A = berat residu kering + cawan porselen, mg B = berat cawan porselen, mg
(3.1)
(3.2)
26 3.5.4 Analisis Volatile Solids (VS)
Adapun prosedur analisis Volatile solids (VS) adalah:
1) Cawan penguap setelah dari TS dipanaskan dengan menggunakan muffle furnace pada suhu 550oC selama 1 jam.
2) Setelah itu cawan penguap didinginkan di dalam desikator hingga mencapai suhu kamar.
3) Berat cawan penguap ditimbang.
4) Kandungan VS dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
mL
Keterangan: A = berat residu+cawan porselen sebelum pembakaran, mg B = berat residu + cawan porselen setelah pembakaran, mg
3.5.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
Adapun prosedur analisis Total Suspended Solids (TSS) adalah:
1) Berat kertas saring kering yang digunakan ditimbang.
2) Kertas saring dibasahi dengan sedikit air suling.
3) Sampel diaduk dengan magnetic stirrer untuk memperoleh sampel yang lebih homogen.
4) Sampel dipipetkan ke penyaringan dengan volume tertentu pada waktu contoh diaduk dengan magnetic stirer.
5) Kertas saring dicuci atau disaring dengan 3 x 10 ml aquadest.
6) Kertas saring dipindahkan secara hati-hati dari peralatan penyaring ke wadah timbang dengan aluminium sebagai penyangga.
7) Dikeringkan di dalam oven setidaknya selama 1 jam pada suhu 103ºC sampai dengan 105ºC, didinginkan dalam desikator untuk menyeimbangkan suhu dan massanya.
8) Tahapan pengeringan, pendinginan dalam desikator, dan penimbangan diulangi sampai diperoleh berat konstan atau sampai perubahan berat lebih kecil dari 4%
terhadap penimbangan sebelumnya atau 0,5 mg.
9) Kandungan TSS dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
mL
27
Keterangan: A = berat kertas saring + berat residu, mg B = berat kertas saring, mg
3.5.6 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS)
Adapun prosedur analisis Volatile Solids (VSS) adalah:
1) Sampel residu hasil analisa TSS dibakar mengunakan api bunsen di dalam cawan porselen yang telah dikering dan diketahui beratnya.
2) Setelah terbakar sempurna atau bebas asap, selanjutnya sampel diabukan di dalam furnace pada suhu 550oC selama 1 jam.
3) Setelah 1 jam, furnace dimatikan dan sampel diambil setelah suhu furnace sekitar 100oC dan disimpan di dalam desikator selama 15 menit lalu ditimbang.
4) Kandungan VSS dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
mL sampel, volume
1000 B) volatil/L (A
rsuspensi padatan te
mg
Keterangan: A = berat residu + cawan porselen sebelum pembakaran, mg B = berat residu + cawan porselen setelah pembakaran, mg
3.5.7 AnalisisChemical Oxygen Demand (COD) Adapun prosedur analisis COD adalah:
1) Dimasukkan 10 ml contoh uji kedalam erlenmeyer 250 ml.
2) Ditambahkan 0,2 g serbuk raksa (II) sulfat (HgSO4) dan beberapa batu didih.
3) Ditambahkan 5 ml larutan kalium dikromat, (K2Cr2O7) 0,25 N.
4) Ditambahkan 15 ml pereaksi asam sulfat (H2SO4) – perak sulfat (Ag2SO4) perlahan-lahansambildidinginkandalam air pendingin.
5) Dihubungkan dengan pendingin Liebig dan dididihkan di atas hot plate selama 2 jam.
6) Didinginkan dan dicuci bagian dalam dari pendingin dengan air suling hingga volume contoh uji menjadi lebih kurang 70 ml.
7) Didinginkan sampai temperatur kamar, ditambahkan indicator ferroin 2 sampai dengan 3 tetes, dititrasi dengan larutan ferro ammonium sulfat atau FAS 0,1 N sampai warna merah kecoklatan, dicatat kebutuhan larutan FAS.
(3.5)
28
8) Langkah 1 sampai dengan 7 dilakukan terhadap air suling sebagai blanko.
Kebutuhan larutan FAS dicatat. Analisis blanko ini sekaligus melakukan pembakuan larutan FAS dan dilakukan setiap penentuan COD.
9) Kandungan COD dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
sampel ml
N)8000 )(
B A O (
mg/l 2
Keterangan: A = ml FAS untuk titrasi blanko B = ml FAS untuk titrasi sampel N = Normalitas FAS
8000 = berat mili ekivalen oksigen 1000 ml/l
3.6 ANALISIS GAS
Analisis gas yang dilakukan adalah pengukuran volume gas setiap hari dengan gas meter dan analisa konsentrasi CO2, H2S, dan CH4 dengan gas detector.
Tabel 3.2 berikut merupakan jadwal analisa influent dan effluent.
Tabel 3.2 Jadwal Analisa Influent dan Effluent Hari ke
Analisis 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 pH M-Alkalinity TS VS TSS VSS COD Gas Keterangan: = Analisa influent = Analisa effluent
(3.6)
29 3.7 JADWAL PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian direncanakan selama 6 (enam) bulan. Jenis kegiatan dan jadwal pelaksanaannya dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian No
.
Kegiatan Bulan ke 1 Bulan ke-2 Bulan ke-3 Bulan ke-4 Bulan ke-5 Bulan ke-6 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Persiapan penelitian
2. Survei dan pembelian bahan
3.
Pelaksanaan
penelitian dan pengumpulan data
4. Kompilasi data dan penarikan kesimpulan
5. Penulisan karya ilmiah
30
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PROFIL CAIRAN UMPAN PADA REAKTOR UASB-HCPB Adapun profil cairan umpan pada reaktor ditunjukkan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Profil cairan umpan pada reaktor UASB-HCPB
Gambar 4.1 menunjukkan profil cairan umpan pada reaktor UASB-HCPB, dimana disepanjang reaktor profil cairan umpan berbeda dari bawah hingga atas.
Reaktor yang digunakan memiliki tinggi 96 cm dikombinasikan dengan HCPB yang memiliki tinggi 21 cm yang terletak dibagian tengah. Cairan umpan yang masuk memiliki warna coklat pekat. Cairan yang terletak pada bagian bawah reaktor memiliki warna coklat kekuningan karena adanya endapan dari zat-zat organik.
Cairan pada bagian tengah yang terdapat packing memiliki warna coklat kekuningan karena terdapat zat-zat organik yang tertinggal dan menempel pada packing tetapi zat organiknya lebih sedikit dibandingkan pada bagian bawah reaktor. Sedangkan cairan pada bagian atas reaktor memilki warna hitam kecoklatan karena sedikit mengandung zat organik.
31
4.2 PENGARUH HRT TERHADAP PROFIL pH DAN ALKALINITAS Proses degradasi anaerob sangat tergantung pada pH karena masing-masing kelompok mikroba yang terlibat dalam reaksi memiliki kisaran pH tertentu untuk pertumbuhan optimal. pH yang stabil menunjukkan keseimbangan sistem dan stabilitas reaktor. Bakteri metanogenesis bekerja pada range pH 6,8-7,6 (Jingquan, 2006). Selama proses reaktor dioperasikan dengan penurunan HRT dari 45; 25; 10 dan 6 hari pada kondisi ambient. Oleh sebab itu, pada proses digunakan pH 7 (±0,2).
pH VFA dijaga stabil dengan dengan penambahan NaHCO3, dimana umpan memiliki pH 4,8 sehingga diperoleh profil pH stabil yaitu 7 (±0,2). Pengaruh HRT terhadap profil pH dan alkalinitas ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pengaruh HRT Terhadap Profil pH dan Alkalinitas
Gambar 4.2 menunjukkan bahwa pengaruh HRT terhadap profil pH dan alkalinitas relatif stabil dengan rentang pH antara 5,8 – 7,2. Pada proses mertanogenesis, pH dan alkalinitas merupakan faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan aktivitas bakteri. Kedua faktor tersebut menunjukan kestabilan dalam proses metanogenesis (Andreas, et al, 2013). Dari kondisi pH dan alkalinitas di dalam fermentor dapat diramalkan apakah proses metanogenesis masih berjalan. Pada Gambar 4.2 pH dari reaktor mengalami fluktuasi disebabkan oleh
32
penambahan umpan baru yang memiliki pH lebih rendah, sehingga menyebabkan terjadinya fluktuasi alkalinitas di dalam reaktor.Nilai alkalinitas berfluktuasi seiring dengan perubahan pH dalam reaktor.
Pada loading up nilai alkalinitas yang diperoleh pada HRT ∞ berfluktuasi antara 2.000 – 3.500 mg/L, pada HRT 45 alkalinitas berfluktuasi antara 2.800 – 4.000 mg/L, pada HRT 25 alkalinitas berfluktuasi antara 2.500 – 3.800 mg/L, pada HRT 10 alkalinitas berfluktuasi antara 2.800 – 3.800 mg/L, dan pada HRT 6 alkalinitas berfluktuasi antara 2.800 – 4.000 mg/L.
Meski demikian, nilai pH dan alkalinitas yang diperoleh pada penelitian ini termasuk kedalam rentang yang masih dapat dihidupi oleh bakteri metanogenesis yaitu pada pH 6,8-7,6 dan alkalinitas 1.500 – 5.000 mg/L (Joko, 2007).
Oleh karena itu, proses metanogenesis pada kondisi ambient, penurunan HRT 45 hingga 6 masih dalam kondisi stabil untuk aktivitas digesti anaerobik tahap metanogenesis. Grafik alkalinitas mengalami fluktuasi dalam rentang kisaran pH dan alkalinitas pada proses metanogenesis.
4.3 PENGARUH HRT TERHADAP PERTUMBUHAN MIKROBA
Pada proses digestasi anaerob pertumbuhan mikroba sangat berpengaruh terhadap beberapa hal yaitu pH, alkalinitas, temperatur operasi, retention time dan laju pengadukan. VSS merupakan cara pengukuran mikroorganisme dan produksi biomassa secara tidak langsung (Trisakti, et al, (2015). Konsentrasi Volatile Suspended Solid (VSS) biasanya digunakan sebagai indikator bertumbuhnya mikroba dan produksi biomassa (Ghanimeh, et al, 2012). Begitu pula menurut Bambang Trisakti, et al, (2015), profil pertumbuhan mikroba dapat digambarkan dari perubahan konsentrasi VSS. Adapun Konsentrasi VSS dapat menjadi indikator pertumbuhan mikroba aktif dalam reaktor. Analisa VSS dilakukan dengan 3 titik sampling yang terdapat di sepanjang reaktor. Hal ini bertujuan untuk melihat pertumuhan mikroba disepanjang reaktor. Pengaruh HRT terhadap pertumbuhan mikroba ditunjukkan pada Gambar 4.3.
33
Gambar 4.3 Pengaruh HRT Terhadap Pertumbuhan Mikroba
Gambar 4.3 menunjukkan profil VSS selama proses yang diperoleh mengalami fluktuasi yang cenderung meningkat. Selama Metanogenesis konsentrasi VSS pada sampling I HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 hari mengalami fluktuasi dengan rentang nilai masing-masing antara 6.000 mg/L, 6.800 –9.800 mg/L, 7.000 – 10.000 mg/L, 7.200 –11.600 mg/L, 7.200 – 12.400 mg/L. Konsentrasi VSS pada sampling II HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 mengalami fluktuasi dengan rentang nilai masing-masing antara 6.000 mg/L, 7.000 –10.000 mg/L, 7.400 – 10.200 mg/L, 8.000 –10.800 mg/L, 7.400 – 13.000 mg/L. Konsentrasi VSS pada sampling III HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 mengalami fluktuasi dengan rentang nilai masing-masing antara 6.000 mg/L, 7.000 – 10.000 mg/L, 6.000 – 10.800 mg/L, 7.400 –10.600 mg/L, 7.000 – 12.000 mg/L. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan mikroba dalam proses digestasi anaerobik yang membutuhkan waktu untuk beradaptasi dalam mengkonsumsi substrat yang diumpankan ke dalam reaktor (Wong, et al, 2011). Pada HRT 10 dan 6 disetiap samplingnya mengalami kenaikan konsentrasi VSS yang lebih tinggi dibandingkan dengan HRT 45 dan 25. Hal ini disebabkan karena meningkatnya jumlah umpan baru yang masuk pada HRT 10 dan 6 lebih tinggi dibandingkan umpan yang masuk pada HRT 45 dan 25. Dengan demikian pertumbuhan mikroba akan lebih tinggi.
Pertumbuhan mikroorganisme pada HRT 6 sampling II menunjukkan hasil yang paling baik dibandingkan sampling I dan III, dimana konsentrasi VSS pada
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
VSS (mg/L)
Waktu (hari)
VSS 1 VSS 2 VSS 3
34
HRT ini cenderung meningkat dengan konsentrasi tertinggi yaitu 13.000 mg/L. Hal ini menandakan bahwa pertumbuhan mikroba pada reaktor cukup stabil, mikroba mampu beradaptasi dan efektif dalam mengkonsumsi substrat yang diumpankan kedalam reaktor. Konsentrasi mikroba yang semakin banyak ini menunjukkan mikroba telah siap melakukan penguraian bahan organik (Wong, et al, 2011). Dari hasil ini menunjukkan HRT 6 sudah siap untuk proses digestasi anaerobik operasi target.
4.4 PENGARUH HRT TERHADAP DEGRADASI BAHAN - BAHAN ORGANIK
Organic loading rate (OLR) berhubungan dengan konsentrasi substrat dan HRT, sehingga keseimbangan yang baik antara kedua parameter harus diperoleh untuk operasi digester yang baik (Bala, et al, 2014). OLR merupakan parameter yang menunjukkan jumlah volatile solids (VS) yang dimasukkan ke dalam digester setiap hari. VS merupakan sebagian dari bahan padatan organik yang dapat dicerna, sedangkan sisanya adalah padatan tetap (abu). Untuk tujuan mengevaluasi dampak dari OLR pada efisiensi proses, pengurangan VS dan hasil biogas keduanya diperhitungkan sebagai indikator untuk menilai kinerja reaktor dan efisiensi setiap tingkat pembebanan umpan masuk (Babaee dan Jalal, 2011). Analisa VS dilakukan dengan 3 titik sampling yang terdapat di sepanjang reaktor untuk melihat degradasi bahan - bahan organik disepanjang reaktor.
Sedangkan chemical oxygen demand (COD) merupakan parameter yang menunjukkan banyaknya senyawa organik yang terdapat dalam bahan baku VFA sebagai influent dan keluaran dari fermentor sebagai effluent. Pada proses metanogenesis VFA ini diharapkan penurunan nilai COD yang besar dikarenakan hasil yang didapat merupakan produk akhir berupa cairan yang nantinya akan dibuangke lingkungan. Profil VS dan COD selama proses ditunjukkan pada Gambar 4.4.
35
Gambar 4.4 Pengaruh HRT Terhadap Degradasi Bahan - bahan Organik Gambar 4.4 menunjukkan bahwa pada perubahan HRT mulai dari HRT ∞, 45, 25, 10, dan 6 degradasi VS dan COD terhadap perubahan HRT mengalami peningkatan. Reduksi COD yang diperoleh pada HRT ∞ yaitu 29,183%, pada HRT 45 yaitu 34,397%, pada HRT 25 yaitu 37,586%, pada HRT 10 yaitu 41,353%, pada HRT 6 yaitu 44,154%. Dengan menurunnya nilai COD menyebabkan peningkatan pada nilai reduksi COD. Nilai penguraian COD tertinggi terdapat pada HRT 6 yaitu 53,835%. Peningkatan reduksi COD pada HRT 6 dapat terjadi disebabkan oleh meningkatnya OLR (organic loading rate) (Ghanimeh, et al, 2012). sehingga dapat disimpulkan bahwa substrat yang masuk kedalam fermentor pada HRT 6 lebih tinggi dibandingkan substrat yang masuk pada HRT 10, hal ini menyebabkan pertumbuhan mikroba yang lebih tinggi.
Untuk profil rata – rata Reduksi VS terhadap HRT mengalami fluktuasi.
Reduksi VS I yang diperoleh pada HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 masing-masing nilai yaitu 30,769; 27,692; 33,333; 34,615 dan 38,974 %. Reduksi VS II yang diperoleh pada HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 masing-masing nilai yaitu 30,769; 32,308; 32,051;
32,051 dan 33,846 %. Reduksi VS III yang diperoleh pada HRT ∞, 45, 25, 10 dan 6 masing-masing nilai yaitu 30,769; 29,231; 33,333; 30,769 dan 37,949 %. Nilai penguraian VS mengalami fluktuasi dan cenderung menurun ini disebabkan oleh kemampuan mikroba disetiap HRT berbeda – beda. Hasil reduksi VS tertinggi pada
20 40 60
∞ 4 5 2 5 1 0 6
ΔVS Decompotition (%) COD Removal (%)
HRT (hari)
Δ VS 1 (%) Δ VS 2 (%) Δ VS 3 (%) COD (%)
36
tiap samplingnya terdapat pada HRT 6 dengan nilai masing-masing yaitu 38,974;
33,846 dan 37,949 %. Parameter utama yang dapat menunjukan potensi dari produksi metana adalah nilai VS. Semakin tinggi VS yang tereduksi menunjukkan semakin banyak bahan organik yang dikonversi oleh mikroba dalam fermentor (Goswami, 2005). Hal tersebut dapat dilihat dari nilai rata-rata VSS dimana diperoleh pertumbuhan mikroba yang paling tinggi pada HRT 6 pada tiap samplingnya, reduksi VS pada HRT 6 menunjukkan hasil yang lebih baik sesuai derngan pertumbuhan mikroba yang ditunjukkan VSS pada HRT 6.
Pada penelitian ini diperoleh reduksi VS tertinggi pada HRT 6 sampling I dengan nilai 38,974 %. Hal tersebut disebabkan karena aktivitas mikroba yang tinggi dalam mendegradasi senyawa organik yang ada dalam umpan untuk dapat diolah menjadi biogas.
4.5 PENGARUH HRT TERHADAP PRODUKSI BIOGAS
Pada proses digestasi anaerobik, tahapan metanogenesis merupakan langkah kedua yang mengkonversikan asam-asam organik berantai pendek menjadi biogas sebagai bioenergi (Mujdalipah, et al, 2014). Kandungan biogas yang terbesar yaitu metana dan karbondioksida. Pada penelitian ini jumlah biogas yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan liter yang dibagi dengan rata – rata penguraian VS setiap harinya. Profil produksi biogas selama proses metanogenesis ditunjukkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Pengaruh HRT Terhadap Total Produksi Biogas
0 1 2 3 4 5
45 25 10 6
Produksi Gas L/mgVS.hari
HRT (hari)
37
Gambar 4.5 menunjukkan profil produksi total biogas mengalami peningkatan. Volume biogas pada HRT 45, 25, 10 dan 6 diperoleh nilai masing-masing yaitu 2,55 x 10-5; 3,31 x 10-5; 4,42 x 10-5 dan 4,47 x 10-5 L/mg VS.hari.
Volume biogas yang paling tinggi diperoleh pada HRT 6 dengan nilai 4,47x 10
-5L/mg VS.hari. Perbedaan produksi biogas disebabkan karena ketersediaan nutrisi (sumber energi) bagi bakteri anaerob yang berbeda - beda dari masing - masing komposisi, sehingga berdampak pada perbedaan laju fermentasi dari setiap komposisi. Semakin tinggi VS yang tereduksi menunjukkan semakin banyak bahan organik yang dikonversi oleh mikroba dalam fermentor (Goswami, 2005). Hal ini dikarenakan semakin banyak senyawa organik yang diumpankan ke dalam fermentor seiring dengan menurunnya HRT sehingga semakin banyak umpan yang akan dikonversi menjadi biogas.
4.6 PENGARUH HRT TERHADAP KOMPOSISI BIOGAS
Pada proses digestasi anaerobik, tahapan metanogenesis merupakan langkah kedua yang mengkonversikan asam-asam organik berantai pendek menjadi biogas sebagai bioenergi (Mujdalipah, et al, 2014). Pada penelitian ini konsentrasi Biogas ditunjukkan oleh konsentrasi metana (CH4), karbondioksida (CO2) dan hidrogen sulfida (H2S). Kandungan biogas yang terbesar yaitu metana. Berikut pengaruh HRT terhadap komposisi biogas yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6 Pengaruh HRT Terhadap Komposisi Biogas
81,5 84,5 85,5 88,0
38
Gambar 4.6 menunjukkan bahwa komposisi produksi biogas meningkat terhadap perubahan HRT 45, 25, 10 dan 6. Pada HRT 45 diperoleh nilai komposisi metana, karbondioksida, dan hidrogen sulfida masing-masing sebesar 81,50; 17,50 dan 0,15 %, Pada HRT 25 diperoleh nilai komposisi metana, karbondioksida, dan
Gambar 4.6 menunjukkan bahwa komposisi produksi biogas meningkat terhadap perubahan HRT 45, 25, 10 dan 6. Pada HRT 45 diperoleh nilai komposisi metana, karbondioksida, dan hidrogen sulfida masing-masing sebesar 81,50; 17,50 dan 0,15 %, Pada HRT 25 diperoleh nilai komposisi metana, karbondioksida, dan