TINJAUAN PUSTAKA
2.4 PARAMETER YANG PENTING DALAM PROSES DIGESTASI ANAEROBIK
Efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor meliputi suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam-asam lemak volatil, nutrisi, zat racun, waktu retensi hidrolik, kandungan bahan organik, dan konsentrasi amonia. Beberapa kondisi optimum dari berbagai parameter pada proses produksi biogas seperti yang disajikan pada tabel 2.6 :
Tabel 2.6 Kondisi Optimum Produksi Biogas [42] Parameter Kondisi Optimum
Suhu 550C
Derajat Keasaman 6,8-7,8
Nutrien Utama Karbon dan Nitrogen
Sulfida <200 mg/L
Logam-logam berat terlarut < 1 mg/L
Sodium <5000 mg/L
Kalsium < 2000 mg/L
Magnesium < 1200 mg/L
Amonia < 1700 mg/L
Semua parameter harus senantiasa dijaga agar tetap dalam kondisi optimum. Jika tidak, maka bukan metana sebagai produk utama akan tetapi berubah menjadi Karbondioksida sebagai produk utama [42].
2.4.1 Temperatur
Salah satu faktor yang paling penting yang mempengaruhi digestasi anaerobik dari limbah organik adalah temperatur. Digestasti anaerobik dapat dikembangkan pada rentang suhu yang berbeda termasuk mesofilik suhu (sekitar 35ºC) dan suhu termofilik mulai dari 55 ºC hingga 60 ºC. Digestasi anaerobik Konvensional dilakukan pada suhu mesofilik (35-37 ºC), terutama karena kebutuhan energi yang lebih rendah dan stabilitas yang lebih baik dari proses. LCPKS dibuang pada suhu sekitar 80-90 oC yang benar-benar membuat pengolahan limbah cair tersebut pada kedua suhu mesofilik dan termofilik dapat dilakukan terutama di negara-negara beriklim tropis [43].
2.4.2 Alkalinitas
Alkalinitas pada limbah cair dihasilkan dari hidrokarbon, karbonat (CO32-) dan bikarbonat (HCO3-) yang berikatan dengan kalsium, magnesium, kalium dan amonia. Alkalinitas pada limbah cair membantu untuk mempertahankan pH agar tidak mudah berubah yang disebabkan oleh penambahan asam. Konsentrasi dari alkalinitas pada limbah cair sangatlah penting karena kadar alkalinitas mempengaruhi pengolahan zat-zat kimia dan biologi, juga dibutuhkan untuk nutrisi bagi mikroba.
Kadar alkalinitas didapat melaluiproses titrasi sampel dengan larutan standar asam, dalam satuan mg/L [42].
2.4.3 pH
pH dari reaktor anaerobik mempengaruhi efisiensi proses penguraian. Berbagai jenis mikroba dalam digester anaerobik sangat sensitif terhadap perubahan pHdan sangat mempengaruhi produksi metana [43]. Tingkat pH optimal untuk kelompok fungsional biokimia pada proses anaerob yaitu [44]:
1) Hidrolisis, biasanya optimal di atas pH 6 tetapi memungkinkan hingga pH 5. 2) Asidogenesis, optimal antara pH 5,5 dan 8, tetapi memungkinkan hinggapH 4. 3) Asetogenesis/hidrogen memanfaatkan metanogen, optimal antara pH 6 tetapi
memungkinkan hingga pH 5.
4) Metanogenenesis, optimal antara pH 7 tetapi memungkinkan hingga pH 6
2.4.4 Nutrisi
Nutrisi sangat penting bagi pertumbuhan mikroba, nutrisi untuk pertumbuhan mikroba dalam limbah cair umumnya adalah nitrogen dan phospor. Untuk mendapatkan sludge yang kecil pada proses anaerobik, maka diperlukan kadar nitrogen dan pospor dalam kandungan yang cukup untuk pertumbuhan biomassa. Oleh karena itu, penambahan nitrogen dan/atau phospor yang dibutuhkan tergantung dari substrat dan nilai dari SRT, biasanya jumlah nutrisi yang dibutuhkan seperti nitrogen, phospor, dan sulfur pada range 10-13,2-2,6 dan 1-2 mg per 100 mg limbah. Akan tetapi, agar methanogenesis maksimum, konsentrasi nitrogen, phospor dan sulfur biasanya 50, 10, dan 5 mg/L. Kandungan nitrogen dapat diperoleh dari berbagai macam senyawa seperti amonium hidrogen karbonat (NH4HCO3) [42].
2.4.5 Logam Terlarut
Logam terlarut sangat penting di dalam proses fermentasi limbah cair, terutama pada proses methanogenesis. Logam terlarut ini berfungsi sebagai nutrisi penting pada pertumbuhan mikroba. Kandungan untuk logam terlarut yang direkomendasikan pada pengolahan limbah cair seperti besi, kobalt, nikel dan seng adalah 0,02; 0,004; 0,003 dan 0,02 mg/g produksi asam asetat. Penambahan logam-
logam ini meningkatkan aktifitas mikroba dan sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair. Kadar logam berat terlarut yang direkomendasikan per liter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; 0,1 mg NiCl2; dan 0,1 mg ZnCl2 [42].
2.4.6 Pengadukan
Pengadukan dilakukan untuk mendapatkan campuran substrat yang homogen dengan ukuran partikel yang kecil. Pengadukan selama proses dekomposisi untuk mencegah terjadinya benda-benda mengapung pada permukaan cairan dan berfungsi mencampur methanogen dengan substrat. Pengadukan juga memberikan kondisi temperatur yang seragam dalam biodigester [45]. Biasanya mikroorganisme tumbuh dalam gumpalan, yang memudahkan penutupan penggumpalan dan transfer hidrogen. Pengadukan yang pelan bermanfaat untuk penyebaran dari penggumpalan dan pencampuran secara kontinu menghindari pengendapan. Dalam tangki digestasi sebaiknya dilengkapi dengan pengaduk untuk mencampur substrat dan mikroorganisme secara baik [46].
Hal lain yang perlu diperhatikan dalam menggunakan pengadukan adalahdurasi dan intensitas pengadukan yang juga mempengaruhi performance dari fermentasi anaerobik. Faktor utama yang berpengaruh terhadap pengadukan digester adalah strategi pengadukan, intensitas, durasi dan lokasi pengaduk di dalam sistem. Pengadukan yang cukup menunjukan pendistribusian substrat, enzim, dan mikroorganisme secara merata di dalam digester. Sebaliknya, pengadukan yang tidak cukup akan menunjukan hasil timbulnya lapisan padatan pada bagian atas [47].
Pengadukan juga memiliki kaitan yang erat dengan densitas dan viskositas cairan yang dihasilkannya. Densitas merupakan ukuran yang menyatakan kekentalan suatu zat. Viskositas merupakan sifat dari fluida yang menyebabkan naiknya ketahanan relatif dari batas lapisan dalam fluida. Studi menunjukkan bahwa perpindahan dari aliran laminar ke turbulen di dalam pipa tidak hanya fungsi dari kecepatan saja, tetapi juga merupakan fungsi dari densitas dan viskositas. Beberapa variabel dikombinasikan menjadi sebuah persamaan yang disebut bilangan Reynold (tak berdimensi) [48] :
Keterangan:
Nre = Bilangan Reynold D = Diameter impeller (m2) N = Kecepatan putaran (rps)
ρ = Densitas fluida (kg/m3)
µ = Viskositas fluida (kg/m.s)
2.4.7 Zat Racun (Toxic)
Faktor lain yang berpengaruh terhadap aktivitas mikroorganismeanaerobik adalah kehadiran dari komponen senyawa toxic. Zat-zat toxic terebut dapat terbawa ke dalam sistem digestasi anaerobik bersamaan dengan umpan atau dihasilkan selama proses berlangsung, sehingga akan berpengaruh terhadap hasil dari digestasi anaerobik tersebut [49].
2.4.8 Hydraulic Retention Time
Umumnya sistem anaerobik didesain untuk dapat menahan limbah dalam jangka waktu beberapa hari. Lamanya waktu materi tinggal di dalam tangki itu disebut waktu penahanan hidraulik atau Hydraulic Retention Time (HRT). Nilai HRT ini sama dengan volume tangki dibagi laju alir umpan per satuan waktu atau dirumuskan sebagai berikut :
Q V HRT=
Keterangan : HRT = Hydraulic Retention Time (hari) V = Volume tangki (m3)
Q = Volume umpan substrat per satuan waktu (m3/hari)
Berdasarkan rumus diatas dapat dilihat bahwa peningkatan beban organik akan mengurangi HRT. HRT ini penting karena menentukan jangka waktu yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme dan konversi senyawa organik menjadi gas. Waktu HRT ini haruslah cukup lama untuk memastikan jumlah mikroorganisme yang terbuang bersama effluent lebih rendah dibanding mikroorganisme yang direproduksi. Umumnya laju pembiakan mikroorganisme adalah 10 hari atau lebih. HRT yang rendah akan menyebabkan pembentukan gas
yang rendah namun laju alir substrat yang baik. Oleh karena itu adalah sangat penting untuk mengaplikasikan HRT yang sesuai dengan laju penguraikan substrat yang digunakan [33, 46].