HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3 Evaluasi Kinerja Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis
4.3.2 Pengaruh Clearance Baffle Reactor (CBR) terhadap Kinerja Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis Hidrolisis-Asidogenesis
Anaerobic Baffle Reactor (ABR) merupakan bioreaktor yang memiliki kompartment yang dibatasi oleh sekat-sekat vertikal. ABR mampu mengolah
berbagai macam jenis influent. Umumnya sebuah ABR terdiri dari kompartment yang disusun secara seri.
Rangkaian kompartment pada ABR secara seri memiliki keuntungan dalam mengolah substansi yang sulit di degradasi seperti limbah PKS yang memiliki COD yang tinggi. Aliran limbah diarahkan menuju ke bagian bawah hanging baffle lalu melewati bagian atas dari standing baffle, akibat dari adanya tekanan dari umpan masuk sehingga air limbah dapat mengalir dari ruang awal menuju ruang berikutnya.
Pada saat aliran keatas, aliran melewati sludge blangket sehingga limbah dapat kontak dengan mikroorganisme aktif. Reaktor memiliki bagian downflow dimana areanya lebih kecil dibanding upflow untuk mencegah akumulasi mikroorganisme.
Istilah downflow sering disebut dengan Clearance Baffle Reactor (CBR) atau jarak dasar reaktor dengan handling baffle reactor.
Pengamatan dengan variasi CBR dilakukan pada reaktor hidrolisis-asidogenesis untuk mengetahui unjuk kerja reaktor. Jarak CBR yang digunakan berdasarkan perhitungan dimensi reaktor, dengan jarak CBR yang dibuat adalah 1,5 cm dan 3 cm.
4.3.2.1 Pengaruh Clearance Baffle Reactor (CBR) dalam Reaksi Hidrolisis
Prinsip ABR adalah proses penggabungan sedimentasi dan penguraian substrat di setiap ruang. Morgenroth (2002) mengemukakan karakteristik sedimen dalam reaktor dapat dipengaruhi oleh laju dan mekanisme reaksi hidrolisis dalam limbah. Reaktor ABR memiliki sekat/ruang yang disusun secara seri, dengan sekat tersebut sedimen
yang mengendap dapat tertahan di dalam dasar reaktor. Pada saat penambahan substrat berikutnya, diharapkan sedimen tersebut dapat kontak kembali sehingga substrat baru dapat terurai oleh mikoorganisme yang ada dalam sedimen atau dalam suspensi.
Keterangan : HRT 18 Hari HRT 12 Hari HRT 6 Hari
Gambar 4.7 Laju dekomposisi TS pada variasi CBR (1,5 cm dan 3 cm) Untuk Konsentrasi 1/2 kali
Pola aliran limbah melalui sekat meliputi, sedimen yang terbentuk dari ruang pertama akan terdorong menuju ruang berikutnya, demikian seterusnya hingga pada titik ruang akhir dari reaktor (Foxon, 2006). Tetapi CBR yang kecil akan memperluas sebaran kontak limbah dengan substrat. Dengan demikian reaksi terus berlangsung sehingga terbentuk kembali reaksi hidrolisis dan asidogenesis, karena jutaan mikroorganisme anaerob ada dalam limbah yang sangat kompleks.
Untuk mengetahui pengaruh CBR dalam reaktor, dilakukan pendekatan dengan pengukuran total solid (TS) yang terbentuk (Herawati dkk, 2010). Gambar 4.7 menunjukkan nilai TS yang cenderung berbeda pada setiap ruang namun perbedaan tersebut tidak begitu signifikan untuk kedua variasi CBR. Secara umum untuk kedua variasi CBR, laju penurunan TS pada HRT 18 hari lebih tinggi daripada HRT 12 dan 6 hari. Gambar 4.7 memperlihatkan perubahan nilai TS pada ruang III dan IV hampir sama dimana naik dan turunnya nilai TS lebih fluktuasi jika dibandingkan dengan pada ruang I dan II. Hal ini disebabkan waktu penambahan substrat segar lebih lama pada ruang III dan IV daripada ruang I dan II. Waktu tinggal (HRT) substrat sangat berpengaruh pada perubahan nilai TS, dimana semakin lama waktu tinggal substrat dalam reaktor maka semakin tinggi nilai TS yang terdekomposisi. Secara umum pada HRT 18 hari menunjukkan bahwa laju dekomposisi TS lebih tinggi jika dibandingkan dengan HRT 12 hari. Demikian juga pada HRT 12 hari diperoleh lebih tinggi laju dekomposisi TS daripada HRT 6 hari. Gambar 4.8 menunjukkan laju dekomposisi nilai TS rata-rata untuk setiap ruang dan HRT pada variasi CBR.
Waktu tinggal limbah dengan mikroorganisme yang lama dapat menurunkan nilai TS substrat, misalnya pada HRT 18 hari dan ruang IV diperoleh laju penurunan TS pada CBR 1,5 cm adalah 60,92% sedangkan untuk CBR 3 cm diperoleh 59,34 %.
Demikian juga untuk HRT 12 hari pada ruang IV diperoleh laju penurunan TS pada CBR 1,5 cm adalah 57,02 % dan CBR 3 cm diperoleh 54,97 %.
Gambar 4.8 Laju dekomposisi TS rata-rata pada variasi CBR (1,5 cm dan 3 cm) untuk Konsentrasi 1/2 kali setiap ruang dan HRT
Hanya sedikit perbedaan penurunan laju TS pada HRT 18 dan 12 hari untuk kedua variasi CBR, dimana semakin kecil CBR laju penurunan TS semakin tinggi. Berbeda dengan HRT 18 dan 12 hari, bahwa laju penurunan TS pada HRT 6 hari dan CBR 1,5 cm lebih kecil daripada CBR 3 cm, dimana penurunan TS pada CBR 1,5 cm diperoleh 41,25 % dan pada CBR 3 cm diperoleh 44,13 %. Hanya sedikit perbedaan nilai dari kedua variasi CBR yaitu 2,88%. Adanya perbedaan laju penurunan TS
0 10 20 30 40 50 60 70
I II III IV I II III IV I II III IV
Laju Dekomposisi TS (%)
HRT 12 hari HRT 18 hari CBR 1,5 cm CBR 3 cm
HRT 6 hari
untuk masing-masing HRT dan ruang kemungkinan disebabkan adanya sel mikroorganisme yang ikut tersampling dan dihitung sebagai total solid (Morgenroth, 2002). Adanya peningkatan laju dekomposisi pada ruang IV diperoleh sekitar 7 % dari ruang III. Hal ini disebabkan oleh mikroorganisme yang ada dalam ruang IV mengalami kekurangan substrat baru dimana pola aliran substrat baru yang harus melewati sekat-sekat reaktor. Seiring dengan penambahan HRT, maka waktu tinggal substrat sisa dan penambahan substrat segar semakin lama karena pengumpanan dilakukan pada ruang I dan memerlukan waktu yang lama sampai pada ruang IV.
Mikroorganisme lebih banyak menguraikan substrat sisa yang tertahan pada ruang IV tanpa harus menunggu substrat segar yang mengalir dari ruang III. Dengan demikian, substrat sisa banyak terurai sehingga laju penurunan nilai TS diperoleh pada ruang IV relatif tinggi.
Secara umum laju dekomposisi TS untuk kedua CBR tidak berpengaruh secara signifikan. Pada kedua variasi CBR, perbedaan laju penurunan TS diperoleh sangat kecil yaitu pada rentang 0 – 3 %, sehingga jarak dasar reaktor dengan sekat tidak begitu berpengaruh terhadap efisiensi penurunan bahan organik. Sani Elly Yuniarty (2006) dalam penelitiannya mengemukakan jarak sekat dalam ABR tidak berpengaruh dalam penurunan konsentrasi bahan organik. Sama halnya dengan pengamatan ini bahwa jarak dasar reaktor dengan hanging baffle tidak berpengaruh secara signifikan. Pengaruh HRT lebih dominan daripada jarak sekat dengan dasar reaktor dalam menurunkan bahan organik (TS) dalam reaks hidrolisis asidogenesis pada pengolahan LCPKS menjadi biogas.
4.3.2.2 Pengaruh Clearance Baffle Reactor (CBR) dalam Reaksi Asidogenesis
Reaksi asidogenesis adalah proses penguraian senyawa monomer menjadi asam volatil misalnya perubahan asam lemak bebas menjadi asam asetat. Pengaruh variasi CBR terhadap kinerja reaktor dalam reaksi asidogenesis dapat dilihat dari asam volatil yang terbentuk. Sama halnya dengan penjelasan pada subbab 4.3.1.2 bahwa pH dapat mengindikasikan adanya asam volatil yang terbentuk dalam limbah.
Ruang
Gambar 4.9 Nilai pH pada variasi CBR dengan konsentrasi 1/2 kali
Gambar 4.9 menunjukkan nilai pH rata-rata limbah dalam reaktor untuk variasi CBR 1,5 dan 3 cm pada setiap HRT dan ruang reaktor. Terlihat adanya kecenderungan penurunan pH ketika dilakukan penambahan waktu tinggal limbah (HRT) dalam ruang reaktor. Nilai pH pada HRT 6 dan 12 hari diperoleh hampir sama
4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9
I II III IV I II III IV I II III IV
pH rata-rata
HRT 12 Hari HRT 6 hari
R1(CBR 1,5 cm) R3 (CBR 3 cm)
HRT 18 hari
untuk kedua CBR, akan tetapi pada HRT 18 hari diperoleh lebih rendah pada CBR 1,5 cm. Hal ini disebabkan oleh CBR yang sempit akan mengakibatkan substrat mengalir lebih lama sehingga mikroorganisme dapat menguraikan substrat lebih lama (pembentukan reaksi asidogenesis lebih lama). Keseluruhan nilai pH rata-rata masih dalam kategori asam dan dapat dianggap telah terjadi reaksi asidogenesis. Secara umum, Gambar 4.9 memperlihatkan adanya penurunan pH dari ruang I hingga ruang IV untuk kedua CBR, hal ini disebabkan semakin banyak sekat yang dilalui maka proses penguraian substrat juga lebih lama. Dengan demikian reaksi asidogenesis dominan diperoleh pada ruang III dan IV.
Untuk melihat hasil reaksi asidogenesis pada variasi CBR, dilakukan pengujian asam asetat pada saat diperoleh nilai pH yang paling rendah dan tertinggi. Untuk variasi CBR ditetapkan kondisi pengukuran pada CBR 1,5 cm dan konsentrasi 1/2 kali, dimana nilai pH paling rendah adalah pada kondisi HRT 18 hari dan ruang III sedangkan pH paling tinggi adalah HRT 6 hari dan ruang I. Untuk CBR 3 cm dengan konsentrasi 1/2 kali, nilai pH paling rendah adalah pada kondisi HRT 18 hari dan ruang IV sedangkan pH paling tinggi adalah HRT 6 hari dan ruang IV.
Hasil pengukuran asam asetat dapat dilihat pada Tabel 4.4 untuk kedua kondisi tersebut untuk mewakili data variasi CBR. Konsentrasi asam asetat paling rendah (pH paling tinggi) diperoleh untuk CBR 1,5 cm yaitu 0,048% sedangkan nilai pada CBR 3 cm diperoleh 0,093%. Konsentrasi asam asetat paling tinggi (pH paling rendah) diperoleh 1,190 % untuk CBR 3 cm dan 1,202 % untuk CBR 3 cm.
Tabel 4.4 Konsentrasi Asam Asetat (asam volatil) pada Variasi CBR pada
Perbedaan kedua variasi CBR tidak berpengaruh secara signifikan dalam pembentukan reaksi asidogenesis, karena perbedaan nilai asam asetat hanya sekitar 0,012%.
4.4 Kinerja Reaktor dalam Pembentukan Biogas pada Reaktor