Pembuatan Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (POME) Menggunakan Fermentor Anaerob Termofilik
HRT 8 hari HRT 10 hari HRT 20 har
TS mg/L 58.610 65.800 58.290 VS mg/L 45.400 52.900 48.720 SS mg/L 18.000 34.400 18.000 VSS mg/L 16.700 32.500 16.700 BOD mg/L 50.000 59.000 50.000 COD mg/L 76.000 99.000 76.000 Kj-N mg/L 1.100 1.200 1.100 NH4-N mg/L 90 80 90 VFA mg/L 10.020 8.000 10.020 T-P mg/L 250 250 250
Minyak dan oli mg/L 7.200 9.200 7.200
C wt% 42,8 46,2 42,8 H wt% 6,35 6,42 6,35 N wt% 1,87 1,73 1,87 S wt% ttd 0,43 ttd P wt% ttd ttd ttd ttd = tidak terdeteksi
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ekologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Fermentasi dijalankan dengan menggunakan peralatan
utama yang meliputi fermentor tangki berpengaduk/ jar fermentor (EYELA model No.: MBF
300ME), pompa sludge /slurry pump (HEISHIN, model No.:3NY06F), gas meter
(SHINAGAWA, model No.:W-NK-0.5B), tangki umpan (service tank), sensor temperatur,
pH elektroda, timer (OMRON, model No.:H5F) dan data logger (KEYENCE, model No.:NR-
250). Adapun rangkaian peralatan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 1.
Untuk run I, fermentor diberi umpan POME dengan HRT tinggi (±80 hari). Apabila kinerja fermentasi ditinjau dari volume biogas yang dihasilkan dan M-alkalinitas dinilai baik, maka laju HRT dapat diturunkan dengan menambah laju umpan harian sebesar 20%. Untuk itu, penghitungan lamanya fermentasi berlangsung baru dilakukan setelah selang waktu selama durasi HRT yang digunakan terhitung sejak tercapainya HRT tersebut, di mana seluruh isi fermentor telah digantikan oleh bahan baku POME yang digunakan. Pengumpanan dilakukan secara otomatis dengan bantuan timer dan pengatur frekuensi sebanyak 4 kali sehari dengan
interval 6 jam. pH dijaga konstan antara 6,5-8 dan pada temperatur termofilik sekitar 55oC. Reaktor dioperasikan hingga mencapai keadaan steady state untuk setiap HRT. Pengamatan
terhadap parameter-parameter percobaan yaitu pH, pengumpanan riil, M-alkalinitas TS, VS, dan volume biogas dilakukan sejak awal percobaan hingga kondisi operasi steady state
berakhir. Pada kondisi steady state, dilakukan juga pengukuran kadar CO2 dalam biogas dan kadar COD cairan keluaran fermentor. Analisa COD, VSS dan komposisi unsur penyusun POME serta komposisi biogas riil. Percobaan diulangi dengan variabel pengumpanan pada HRT yang lain.
Gambar 1 Sketsa rangkaian peralatan dan keterangannya
Untuk setiap 1 liter umpan POME, ditambahkan 2,5 gram NaHCO3 untuk mengatur
alkalinitas, 300 µl larutan kimia campuran logam (FeCl2, NiCl.6H2O dan CoCl2.6H2O) sebagai nutrisi bagi metanogen dan 1,13 gram NH4HCO3 untuk mencukupi kebutuhan nitrogen. Campuran diaduk hingga rata sebelum dimasukkan ke dalam tangki umpan.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1Pengaruh HRT terhadap VSS
VSS (volatile suspended solid) merupakan metode konvensional untuk menentukan kuantitas
biomassa (Hong, 2003). Angka HRT yang semakin tinggi mengindikasikan semakin lamanya waktu yang diperlukan untuk mengganti isi reaktor secara keseluruhan. Dengan kata lain, HRT yang semakin tinggi memungkinkan waktu tinggal biomassa yang semakin lama, sehingga hubungan antara HRT dengan kuantitas biomassa seharusnya dapat menunjukkan hubungan yang serupa dengan grafik pertumbuhan mikrobial.
Bila grafik pada gambar 2 dihubungkan dengan bentuk kurva pertumbuhan mikrobial, dapat disimpulkan bahwa pada HRT 8 hari, biomassa yang digunakan masih dalam fasa pertumbuhan (log phase) dan pada HRT 20 hari, biomassa sudah memasuki fasa kematian
(death phase). Sedangkan untuk HRT 10 hari, kurangnya jumlah titik yang diplot pada grafik
tidak memungkinkan penentuan fasa yang dialami biomassa pada HRT ini. Biomassa pada HRT 10 hari mungkin masih berada dalam fasa pertumbuhan, sudah berada pada fasa kematian, atau termasuk ke dalam fasa konstan (stationary phase).
Gambar 2 Pengaruh HRT (hydraulic retention time) terhadap VSS (volatile
suspended solid)
Hanya saja, VSS tidak dapat menggambarkan secara langsung kuantitas mikroba di dalam proses fermentasi dalam penelitian ini. Hal ini disebabkan karakteristik VSS yang tidak dapat membedakan massa mikroba dari buangan organik tidak terlarut seperti selulosa dan karbohidrat (Hong, 2003). Walaupun demikian, grafik VSS terhadap HRT dapat memberikan gambaran mengenai tren kuantitas mikroba terhadap waktu tinggal yang digunakan.
3.2Pengaruh HRT terhadap Kuantitas Biogas yang Dihasilkan
HRT yang semakin tinggi memungkinkan waktu fermentasi yang semakin lama, akan tetapi jumlah substrat yang diumpankan semakin sedikit setiap interval waktu tertentu dan karenanya, akan mengurangi volume biogas yang dihasilkan.
Gambar 3 Pengaruh HRT (hydraulic retention time) terhadap volume biogas
yang dihasilkan
Kuantitas biogas dalam pembahasan ini akan diwakili oleh parameter volume biogas yang dihasilkan setiap hari. Data yang digunakan adalah data pada kondisi stabil, yakni kondisi ketika proses fermentasi anaerob telah berlangsung setidaknya selama periode 3 x HRT, di mana penggantian isi digester, dengan mempertimbangkan adanya pencampuran merata, telah mencapai 95% atau lebih. Pengambilan data stabil ini biasanya berlangsung selama 5 hingga 7 hari.
Gambar 3 memperlihatkan hubungan di mana angka HRT yang semakin tinggi akan diikuti oleh semakin rendahnya produksi biogas. Fermentasi anaerob pada HRT 8 hari menghasilkan volume biogas rata-rata sebesar 9,65 liter.hari-1, pada HRT 10 hari menurun hingga angka 8,762 liter.hari-1 dan pada HRT 20 hari penurunan produksi biogas spesifik terjadi hingga mencapai nilai 3,79 liter.hari-1.
Hasil tersebut telah sesuai dengan yang seharusnya, di mana semakin tinggi HRT, produksi biogas per hari akan semakin sedikit karena makin kecilnya jumlah susbrat yang diumpankan setiap harinya, sehingga produksi biogas spesifik juga akan menurun.
3.3Pengaruh HRT terhadap Kadar Metana (CH4) dalam Biogas yang Dihasilkan
Kadar gas metana dalam biogas sangat menentukan kualitas biogas karena hanya biogas dengan kadar metana di atas 45% yang dapat terbakar (Garcelon dan Clark, 2007), dan semakin tinggi kadar metana, nilai bakar biogas yang dihasilkan akan semakin baik (Chesshire, 2005).
Untuk HRT 8 hari, diperoleh kadar gas metana yang sedikit lebih tinggi, yakni 61%. Sedangkan pada HRT 10 dan 20 hari, kadar gas metana yang dihasilkan sama, yakni 60%. Dapat ditarik kesimpulan bahwa untuk percobaan fermentasi anaerobik terhadap POME PT. Sisirau yang telah dilakukan, variabel HRT kurang berpengaruh terhadap kadar gas metana dalam biogas yang dihasilkan.
3.4Pengaruh HRT dan VSS terhadap Laju Dekomposisi COD
(a)
(b)
Gambar 4 (a) Pengaruh HRT terhadap laju dekomposisi COD; (b) Pengaruh VSS terhadap laju dekomposisi COD
HRT 8 hari
HRT 10 hari HRT 20 hari
Selain parameter-parameter yang mengukur efisiensi suatu proses anaerob dari segi kualitas dan kuantitas biogas yang dihasilkan, parameter yang menjadi indikator kualitas cairan fermentasi yang dikeluarkan atau discharged slurry juga sangat penting dan harus
memperhatikan baku mutu limbah buangan industri yang berlaku. Parameter yang paling sering digunakan dalam hal ini adalah COD (chemical oxygen demand), yakni ukuran tak
langsung dari jumlah senyawa organik, baik yang dapat terbiodegradasi maupun yang tidak dapat terbiodegradasi. Pengujian COD biasanya dilakukan dengan mengukur kemampuan kalium dikromat untuk mengoksidasi senyawa organik.
Dari gambar 4(a), seolah-seolah tidak ada hubungan yang jelas antara HRT dengan laju dekomposisi COD. Akan tetapi, apabila kedua variabel tersebut dihubungkan lebih lanjut dengan parameter VSS yang telah diperoleh hubungannya pada bagian 3.1, dapat diperoleh hubungan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4(b). Laju dekomposisi COD yang diperoleh pada HRT 10 hari merupakan yang tertinggi dibandingkan dengan HRT 8 hari maupun HRT 20 hari karena jumlah biomassanya merupakan yang tertinggi dibandingkan dengan jumlah biomassa pada dua HRT yang lain.
Dengan demikian, hasil yang diperoleh untuk hubungan antara HRT dengan laju dekomposisi COD telah sesuai dengan teori, di mana pada HRT dengan VSS yang semakin tinggi, laju dekomposisi COD akan semakin besar pula. Hal ini disebabkan pada VSS yang semakin tinggi, akan ada lebih banyak mikroba yang memungkinkan dekomposisi COD berlangsung lebih sempurna.
3.5Keseluruhan Jalannya Proses Fermentasi Anaerob
Gambar 5 menunjukkan produksi biogas dalam satuan volume per hari selama percobaan fermentasi anaerob terhadap sampel POME yang telah dilakukan dengan digester tangki
berpengaduk dengan kapasitas 2 liter.
Gambar 5 Kurva produksi biogas selama jalannya proses fermentasi anaerob
Berikut ini adalah catatan mengenai produksi biogas rata-rata, tertinggi dan terendah untuk semua HRT yang digunakan.
Tabel 2 Produksi biogas rata-rata, tertinggi dan terendah untuk tiap-tiap HRT
Produksi Biogas (liter.hari-1) HRT (hari)
Tertinggi Terendah Rata-Rata
8 12,7 (hari ke-5) 6,8 (hari ke-11) 8,91939
10 11,9 (hari ke-20) 6,05 (hari ke-1) 8,72
Tabel 2 memperlihatkan bahwa untuk produksi biogas tertinggi, terendah, maupun produksi biogas rata-rata, kecenderungan di mana HRT yang semakin tinggi akan menghasilkan biogas terbanyak masih sesuai dengan yang seharusnya.
4. Kesimpulan
Pada HRT 8 hari, biomassa yang digunakan masih dalam fasa pertumbuhan (log phase) dan
pada HRT 20 hari, biomassa sudah memasuki fasa kematian (death phase). Biomassa pada
HRT 10 hari mungkin masih berada dalam fasa pertumbuhan, sudah berada pada fasa kematian, atau termasuk ke dalam fasa konstan (stationary phase). Untuk percobaan
fermentasi anaerob terhadap sampel POME dari PT. Sisirau yang telah dilakukan, perubahan
HRT tidak berpengaruh terhadap kadar gas metana (CH4) yang dihasilkan. Pada HRT dengan
VSS (volatile suspended solid) yang semakin tinggi, laju dekomposisi COD akan semakin
besar pula. HRT yang semakin tinggi cenderung lebih stabil dalam hal produksi biogas dan pemulihannya terhadap gangguan lebih cepat dibandingkan dengan HRT rendah. Akan tetapi, perlu diperoleh nilai HRT terendah yang masih dapat menjalankan sistem secara efisien untuk meningkatkan kapasitas dan nilai ekonomis proses. Nilai HRT yang memberikan kombinasi hasil terbaik yang diperoleh dari penelitian ini yakni HRT 10 hari dengan nilai VSS sebesar 8.600 mg L-1, produksi biogas sebesar 8,762 liter.hari-1, kadar gas metana 60%, laju dekomposisi COD 79,8% dan laju dekomposisi ThOD 72,2%.
Daftar Pustaka
[1] Chesshire, Michael, 2005, Biogas from Energy Crops and Agrowastes, http://
www.jyu.fi/science/muut_yksikot/summerschool/en/history/JSS15report.pdf. [10
September 2008]
[2] Garcelon, John dan Joe Clark, 2007, Waste Water Design, http://www.ce.
ufl.edu/~mih/activities/waste/wddins.html. [18 September 2008]
[3] Hong, Chen, 2004, ATP content and biomass activity in sequential anaerobic/aerobic
reactors, Journal of Zhejiang University SCIENCE, Vol. 5 No. 6, hal 727-732, http://www.springerlink.com/index/5314746682633138.pdf. [10 September 2008]
[4] Kiely. G., 1999, Environmental Engineering, Fundamentals, Technologies and
Management Systems, McGraw-Hill, Madrid.
[5] Roberts, 2003, Anaerobic Processes, http://web.deu.edu.tr/atiksu/ana07 /4thset.pdf.
