BAB I PENDAHULUAN
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ekologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Dalam penelitian ini, bahan baku yang digunakan adalah Limbah Cair Kelapa Sawit dari P.T. Perkebunan Nusantara III, Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Rambutan, Kabupaten Serdang Bedagai.
Penelitian dilakukan menggunakan reaktor Up-flow Anaerobic Sludge Blanket Hollow Center Packed Bed (UASB-HCPB) pada kondisi operasi suhu ruangan dengan volume cairan 5,4 liter. Adapun variabel-variabel dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Variabel tetap:
1). Temperatur : 30 OC 2). pH : 7 ± 0.2
2. Variabel bebas: variasi HRT yaitu 40; 25; 10 dan 6 hari
Analisis yang akan dilakukan pada penelitian ini meliputi analisis cairan yang masuk dan keluar dari reaktor dan analisis biogas yang diproduksi. Adapun analisis cairan terdiri dari:
1. Analisis pH
2. Analisis M-Alkalinity (Metode Titrasi)
3. Analisis Total Solids (TS) (Metode Analisa Proksimat) 4. Analisis Volatile Solids (VS) (Metode Analisa Proksimat)
5. Analisis Total Suspended Solids (TSS) (Metode Analisa Proksimat) 6. Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) (Metode Analisa Proksimat) 7. Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) (Metode Reflux Terbuka)
Analisis pH, M-Alkalinity, TS, VS, TSS dan VSS dilakukan setiap hari, sedangkan analisis COD dilakukan setiap 3 hari. Analisis gas yang dilakukan adalah pengukuran volume biogas setiap hari dengan dengan metode gelas ukur terbalik dan setiap 3 hari dilakukan analisa konsentrasi CH4, CO2 dan H2S mengunakan gas detector.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ATAU PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)
Limbah cair didefinisikan sebagai cairan atau campuran yang terdiri dari materi padat tersuspensi dalam media cair yang terkandung dalam, atau dibuang dari, salah satu bejana, tangki atau wadah lainnya (Ujang, et al, 2010). Palm oil mill effluent (POME) atau limbah cair pabrik kelapa sawit merupakan salah satu limbah agroindustri yang paling sering menyebabkan polusi dan merupakan limbah terbesar dari proses pengolahan kelapa sawit (Yejian, et al, 2011). Limbah cair pabrik kelapa sawit (POME) terutama dihasilkan dari proses sterilisasi, hydrocyclone dan proses klarifikasi di mana banyak menggunakan sejumlah besar uap dan /atau air panas (Bala, et al, 2014), terdiri dari suspensi koloid yang mengandung 95-96% air, minyak 0,6-0,7% dan 4-5% total padatan serta 2-4%
padatan tersuspensi. Komposisi utama POME adalah air, minyak, padatan tersuspensi, padatan terlarut dan pasir (Nukul, et al, 2013). POME merupakan cairan kental berwarna kecoklatan, bersuhu tinggi, bersifat asam dan padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan COD yang tinggi (Hadi, et al, 2008). Saat ini, pemulihan produk organik berbasis terbarukan adalah pendekatan baru dalam mengelola POME. Teknologi ini bertujuan untuk memulihkan produk seperti asam lemak volatil, biogas dan polyhydroxyalkanoates untuk mengembangkan keberlanjutan industri kelapa sawit. Selain itu, telah dipertimbangkan bahwa POME dapat digunakan kembali sebagai substrat fermentasi dalam produksi berbagai metabolit melalui kemajuan bioteknologi (Azmi, et al, 2015).
8
Berikut karakteristik POME disajikan pada tabel 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Karakteristik POME
Parameter umum Nilai Komponen logam dan lainnya
Elemen Nilai Total Volatile Solid (TVS) Ammoniacal Nitrogen (AN)
*Seluruh Parameter dalam mg/L kecuali Temperatur dan pH Sumber : Azmi, et al, 2015
Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup
Parameter Kadar Maksimum (mg/L) Sumber : Kementrian Lingkungan Hidup, 2014
Selain itu, POME terdiri dari asam organik tinggi dan cocok untuk digunakan sebagai sumber karbon (Azmi, et al, 2015). Oleh sebab itu penelitian ini dilakukan karena adanya potensi dari POME untuk diubah menjadi salah satu energi alternatif yaitu biogas.
9 2.2 DIGESTASI ANAEROB
Digestasi anaerobik dari bahan organik dengan produksi simultan biogas adalah cara yang menarik untuk pengolahan limbah organik ramah lingkungan (Lindmark, et al, 2014). Digestasi anaerobik adalah proses dimana bakteri mendegradasi bahan organik dan mengubahnya terutama menjadi karbon dioksida dan metana. Keuntungan utama dari teknologi ini adalah degradasi komponen organik tanpa penambahan oksigen dan menghasilkan produk samping yang berguna seperti bahan bakar gas dan residu padat yang bisa dijual sebagai pupuk tanah (Kabaouris, et al, 2009). Digestasi anaerobik dapat dipecah menjadi empat langkah berbeda: (i) hidrolisis, dimana senyawa organik kompleks seperti karbohidrat, protein dan lemak dipecah menjadi gula, asam lemak dan asam amino; (ii) asidogenesis, di mana komponen ini dipecah lebih lanjut untuk produk fermentasi misalnya rantai pendek asam organik, alkohol, hidrogen dan karbon dioksida; (iii) asetogenesis, di mana asetat, hidrogen dan karbon dioksida yang dihasilkan dari produk-produk dari asidogenesis; dan (iv) metanogenesis, di mana metana dan karbon dioksida terbentuk (Soetopo, et al, 201). Secara umum digestasi anaerobik dilakukan pada kondisi mesofilik (30 – 37 oC ) dan termofilik (50 - 60 oC) dan terjadi dalam berbagai variasi reaktor seperti reaktor terus menerus tangki berpengaduk (CSTR), reaktor batch, semi-kontinyu, sequencing batch reaktor (Schnürer dan Jarvis, 2009). Dalam rangka meningkatkan kinerja digestasi anaerobik, metode baru seperti metode digestasi anaerobik dua tahap terus dikembangkan. Dari penelitian yang telah dilakukan ditemukan bahwa terdapat tiga keuntungan dibandingkan dengan digestasi anaerobik satu tahap, yaitu waktu penahanan singkat, efisiensi konversi gas yang lebih tinggi dan konsentrasi metana yang lebih tinggi (Kabaouris, et al, 2009).
10 2.3 TAHAPAN DIGESTASI ANAEROBIK
Secara umum digestasi anaerobik memiliki 4 tahapan yaitu : hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis.
Tahapan yang terjadi dalam proses digestasi senyawa organik menjadi gas metana ditunjukkan pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Diagram Tahapan Digestasi Anaerobik (USDA, 2014)
2.3.1 Hidrolisis
Hidrolisis secara teoritis langkah pertama digestasi aerobik, di mana bahan organik kompleks (polimer) diurai menjadi unit yang lebih kecil (mono dan oligomer). Selama hidrolisis, polimer seperti karbohidrat, lipid, asam nukleat dan protein diubah menjadi glukosa, gliserol, purin dan piridina. Mikroorganisme hidrolitik mengeluarkan enzim hidrolitik, mengkonversi biopolimer menjadi senyawa sederhana dan larut seperti yang ditunjukkan di bawah ini :
11
Selulase, Selobiase, Xilanase, Amilase
Lemak Asam Lemak, Gliserol
Polisakarida Monosakarida
Protein Asam Amino
Gambar 2.2 Reaksi Hidrolisis (Seadi, et al, 2008)
Bakteri yang berperan dalam tahap hidrolisis ini adalah sekelompok bakteri anaerobik, adapun jenis bakteri pada hidrolisis dapat dilihat pada tabel 2.4 berikut:
Tabel 2.3 Klasifikasi Bakteri Hidrolisis Berdasarkan Substrat Yang Diolah Bakteri Substrat yang dihidrolisis
Acetivibrio Karbohidrat /polisakarida
Peptostreptococcus, dan Bifidbacterium Protein
Clostridium Lemak
Sumber : Lang, 2007
2.3.2 Asidogenesis
Selama asidogenesa, produk hidrolisis dikonversi oleh Acidogenic (fermentasi) bakteri ke dalam substrat metanogen. Gula sederhana, asam amino dan asam lemak terdegradasi menjadi asetat, karbon dioksida dan hidrogen (70%) serta menjadi asam volatil lemak (VFA) dan alkohol (30%) (Seadi, et al, 2008).
2.3.3 Asetogenesis
Produk dari asidogenesa, yang tidak dapat langsung diubah menjadi metana oleh bakteri metanogen, diubah menjadi substrat metanogen selama asetogenesis. VFA dan alkohol dioksidasi menjadi substrat metanogen seperti asetat, hidrogen dan karbon dioksida. VFA, dengan rantai karbon lebih dari dua unit dan alkohol, dengan rantai karbon lebih panjang dari satu unit, dioksidasi menjadi asetat dan hidrogen. Produksi hidrogen meningkatkan tekanan parsial hidrogen. Hal ini dapat dianggap sebagai "produk limbah" dari asetogenesis dan menghambat metabolisme bakteri asetogenik. Selama metanogenesis, hidrogen
Lipase
Protease
12
diubah menjadi metana. Asetogenesis dan metanogenesis biasanya berjalan paralel, sebagai simbiosis dari dua kelompok organisme (Seadi, et al, 2008).
Produk yang terbentuk selama asetogenesis disebabkan oleh sejumlah mikroba yang berbeda, misalnya, Syntrophobacter wolinii dekomposer propionat dan Wolfei sytrophomonos dekomposer butirat dan pembentuk asam lainnya adalah Clostridium spp, Peptococcus anerobus, Lactobacillus, dan Actinomyces (Lu, 2006). Asam lemak volatil dengan empat atau lebih rantai karbon tidak dapat digunakan secara langsung oleh metanogen. Asam-asam organik ini dioksidasi terlebih dahulu menjadi asam asetat dan hidrogen oleh bakteri asetogenik penghasil hidrogen melalui proses yang disebut asetogenesis. Asetogenesis juga temasuk pada produksi asetat dari hidrogen dan karbon dioksida oleh asetogen dan homoasetogen. Kadang-kadang proses asidogenesis dan asetogenesis dikombinasikan sebagai satu tahapan saja (Seadi, et al, 2008). Reaksi asetogenesis dapat dilihat di bawah ini :
CH3CH2COOH CH3COOH + CO2 + 3 H2 (asam propionat) (asam asetat)
CH3CH2CH2COOH 2CH3COOH + 2 H2
(asam butirat) (asam asetat)
Gambar 2.3 Reaksi Asetogenesis (Dioha, et al, 2013)
Pada tahap asetogenesis, sebagian besar hasil fermentasi asam harus dioksidasi di bawah kondisi anaerobik menjadi asam asetat, CO2, dan hidrogen yang akan menjadi substrat bakteri metanogen. Bakteri pembentuk oksidasi ini adalah bakteri syntrofik atau bakteri asetogen atau mikroba obligat pereduksi proton. Salah satunya adalah asam propionat akan dioksidasi oleh bakteri Syntrophobacter wolinii menjadi produk yang digunakan oleh bakteri metanogen dalam pembentukan gas metana. Saat bakteri asetogen memproduksi asetat, hidrogen akan ikut terbentuk. Jika terjadi akumulasi pembentukan hidrogen dan tekanan hidrogen, hal ini akan mengganggu aktivitas bakteri asetogen dan kehilangan produksi asetat dalam jumlah besar. Oleh karena itu, bakteri asetogen mempunyai hubungan simbiosis dengan bakteri pembentuk metana yang menggunakan hidrogen untuk memproduksi metana. Hubungan simbiosis ini akan
13
mempertahankan konsentrasi hidrogen pada tahap ini tetap rendah, sehingga bakteri asetogen dapat bertahan (Osuji, et al, 2013).
2.3.4 Metanogenesis
Metanogenesis merupakan langkah penting dalam seluruh proses digestasi anaerobik, karena proses reaksi biokimia yang paling lambat.
Metanogenesis ini sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi. Komposisi bahan baku, laju umpan, temperatur, dan pH adalah contoh faktor yang mempengaruhi proses pembentukan gas metan. Digester over loading, perubahan suhu atau masuknya besar oksigen dapat mengakibatkan penghentian produksi metana (Seadi, et al, 2008).
Pada akhirnya gas metana diproduksi dengan dua cara. Pertama adalah mengkonversikan asetat menjadi karbon dioksida dan metana oleh organisme asetropik dan cara lainnya adalah dengan mereduksi karbon dioksida dengan hidrogen oleh organisme hidrogenotropik. Berikut ini adalah reaksi utama (reaksi metanogenesis) yang terlibat dalam konversi substrat menjadi metana dapat dilihat pada reaksi dibawah ini.
CH3COOH CH4 + CO2
2C2H5OH + CO2 CH4 + 2CH3COOH CO2 + 4H2 CH4 +2H2O Gambar 2.4 Reaksi Metanogenesis (Kim, 2014)
2.4 BIOGAS
Biogas adalah gas poduk digester dari aktivitas bakteri anaerobic metanogens yang mendekomposisi senyawa organik. Biogas yang diperoleh dapat digunakan dalam berbagai bidang ekonomi, terutama dalam proses teknologi dan untuk tujuan rekayasa listrik, termasuk berikut:
1. Produksi energi panas di boiler gas dan produksi energi panas dan listrik dalam unit terkait (dari 1 m3 biogas dihasilkan 2,1 kWh energi listrik dan 2,9 kWh panas)
2. Produksi energi listrik di percikan/pengapian atau turbin mesin
14
3. Gas yang diperoleh digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin motor/mobil
4. Gas yang diperoleh digunakan dalam berbagai proses teknologi, misalnya dalam produksi metanol.
(Ziemiński dan Frac, 2012).
Biogas adalah istilah teknis untuk gas yang dihasilkan dari digesti anaerobik. Biogas sebagian besar terdiri dari metana dan karbon dioksida, tetapi juga mengandung beberapa impiuritis (hidrogen sulfida, amonia dan hidrogen).
Biogas dengan kandungan metana lebih besar dari 45% bersifat mudah terbakar (Ayu, 2010). Berikut adalah komposisi biogas pada tabel 2.4.
Tabel 2.4 Komposisi Biogas
Sumber : (Ziemiński dan Frac, 2012).
2.5 REAKTOR UPLOW ANAEROBIK SLUDGE BLANKET (UASB)
Reaktor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) merupakan suatu reaktor anaerob yang mempunyai sistem pengaliran influen dari bawah ke atas (upflow). Mikroorganisme yang bekerja dalam reaktor UASB mendapatkan nutrisi dari kandungan dalam air limbah yang diolah, yang digunakan untuk tumbuh dan berkembang biak (Chaisri, et al, 2007). UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) merupakan salah satu cara pengolahan limbah secara anaerobik yang dioperasikan secara kontinyu, dalam fermentor UASB limbah dialirkan secara
Komponen Konsentrasi
Metana (CH4)
Karbon dioksida (CO2) Uap Air (H2O)
Sulfida (H2S) Nitrogen (N2) Amonia (NH3) Hidrogen (H2) Oksigen (O2)
Karbon monoksida (CO)
50 – 75 % 24 – 45 % 2 – 7 % 0 – 1 % 0 - 2 % 0 - 1 % 0 - 1 % 0 - 2 % 0- 2 %
15
vertikal dari bagian bawah menuju ke atas melewati Sludge Blanket yang di dalamnya terdapat mikroba pengurai limbah (Kaviyarasan, 2014).
Reaktor upflow anaerobic sludge blanket (UASB) adalah suatu perkembangan yang paling populer dalam sistem digestasi anaerobik untuk pengolahan air limbah dan lebih dari 1000 jenis reaktor tersebut digunakan hampir di seluruh dunia (terutama di negara tropis). Reaktor UASB yang semakin berkembangkan pesat ,dan banyak digunakan dalam proses pengolahan berbagai macam limbah industri karena dinilai sangat efektif. Reaktor ini mempunyai kinerja yang baik untuk pengolahan air limbah padat tersuspensi tinggi dan menghasilkan volume metana yang lebih tinggi. Populasi mikroorganisme (bakteri asetat dan Methanosaeta sp) sangat mempengaruhi laju pertumbuhan lumpur granular. Pembentukan lumpur granular adalah merupakan indikator utama dalam proses digestasi anaerobik. Efisiensi penyisihan COD bergantung pada banyaknya ketersediaan lumpur granular yang terbentuk. Terlebih lagi, pola aliran turbulensi yang terbentuk dapat memecah lumpur, dan memperbanyak kontak limbah dengan biomassa. granulasi / proses pembentukan lumpu granular di dalam blanked reaktor, dipengaruhi oleh jumlah padatan dan hidraulic retention time (HRT) secara khusus dan efisien, sehingga dapat mengurangi waktu pengohan dari hari ke jam (Kaviyarasan, 2014).
2.6 PARAMETER-PARAMETER PENTING DIGESTASI ANAEROBIK Tingkat di mana mikroorganisme tumbuh adalah sangat penting dalam proses digestasi Anaerobik. Parameter operasi digester harus dikendalikan sehingga dapat meningkatkan aktivitas mikroba dan dengan demikian meningkatkan efisiensi sistem degradasi anaerobik sistem (Speece,1996). Beberapa parameter ini dibahas dalam bagian berikut.
2.6.1 Hydraulic Retention Time (HRT)
Waktu Hidrolik Retensi (HRT) adalah jumlah hari bahan tetap di dalam tangki. HRT sama dengan volume tangki dibagi dengan aliran harian (HRT = V / Q). Waktu retensi hidrolik penting karena menetapkan jumlah waktu yang tersedia untuk pertumbuhan bakteri, terutama untuk pertumbuhan bakteri
16
Acidogenic dan hidrolitik untuk konversi berikutnya dari bahan organik ke gas.
HRT ini terkait erat dengan OLR dan konsentrasi substrat, sehingga keseimbangan yang baik harus tercapai untuk operasi digester yang baik (Mun, 2012).
Waktu retensi yang diperlukan untuk penyelesaian reaksi digesti anaerobik bervariasi sesuai, teknologi, suhu proses, dan komposisi limbah yang berbeda.
HRT yang lebih rendah diperlukan dalam digester yang dioperasikan dikisaran suhu termofilik. Sebuah reaktor dengan padatan tinggi yang beroperasi direntang suhu termofilik memiliki waktu retensi 14 hari (Wong, et al, 2013).
Menurut persamaan (HRT = V / Q), meningkatkan beban organik mengurangi HRT. Waktu retensi harus cukup panjang untuk memastikan bahwa jumlah mikroorganisme dihilangkan pada effluent (digestate) tidak lebih banyak dari jumlah mikroorganisme yang direproduksi. Laju duplikasi bakteri anaerob biasanya 10 hari atau lebih. HRT yang singkat menyediakan laju aliran substrat yang baik, tapi menghasilkan yield gas yang rendah. Oleh karena itu, penting mengadaptasi HRT untuk laju dekomposisi spesifik dari substrat yang digunakan.
Mengetahui HRT ditargetkan dapat mengetahui input bahan baku harian dan laju dekomposisi substrat, agar memungkin untuk menghitung volume digester diperlukan (Seadi, et al, 2008).
2.6.2 Alkalinitas
Alkalinitas adalah ukuran kapasitas untuk menetralisir asam dan terutama disebabkan oleh garam-garam dari asam lemah. Alkalinitas merupakan salah satu konsep yang paling sentral karena mengontrol pH. Alkalinitas harus diakui sebagai salah satu faktor utama dalam semua perlakukan anaerobik terdiri dari spesies yang berbeda dari garam asam lemah, sehingga sangat nyaman dan konvensional untuk mengungkapkan semua alkalinitas sebagai CaCO3 dalam satuan mg/ L. Karena CO2 sering melebihi asam lemah lainnya dalam sistem anaerobik dengan aktivitas mikroba, alkalinitas bikarbonat yang cukup harus hadir untuk menetralkan dan karena itu sangat penting. Dalam sistem anaerobik garam asam volatil juga berkontribusi terhadap alkalinitas pada pH netral, tetapi tidak tersedia untuk netralisasi penambahan asam volatil meskipun mereka mungkin
17
merupakan sebagian besar dari total alkalinitas. Sistem anaerob beroperasi dalam rentang pH netral di mana bikarbonat adalah spesies yang dominan, sehingga alkalinitas bikarbonat minat utama (Lemmer, et al, 2013).
2.6.3 pH
Bakteri anaerob, khususnya metanogens, sensitif terhadap konsentrasi asam dalam digester dan pertumbuhannya dapat dihambat oleh kondisi asam.
Konsentrasi asam dalam sistem berair dinyatakan oleh nilai pH, yaitu konsentrasi ion hidrogen. Penelitian menunjukan bahwa pembentukan metana relative terjadi pada interval pH 5,5-8,5 dengan rentang pH optimum diantara 7-8 untuk bakteri metanogens. Selama pencernaan dua proses yaitu pengasaman dan metanogenesis membutuhkan tingkat pH yang berbeda untuk kontrol proses yang optimal (Özmen dan Solmaz, 2009).
Dalam kebanyakan kasus, transformasi anaerobik bahan organik dicapai paling efisien pada pH netral, meskipun banyak spesies dapat tumbuh pada pH yang lebih rendah atau lebih tinggi. Nilai pH yang rendah akibat akumulasi produk intermediete berlebih yang merupakan penghambat metanogens yang diakibatkan oleh bakteri Acidogenic. Acidogens dapat tumbuh dan terus menghasilkan asam pada pH rendah (5-6) yang mengintensifkan kondisi penghambatan terhadap metanogens dalam produksi matana (Stamatelatou, et, al, 2011).
2.6.4 Temperatur
Ada beberapa keadaan temperatur untuk proses fermentasi anaerob, berkisar antara 3°C-70°C. Secara umum, dibagi dalam tiga rentang suhu yaitu, pesofilik (<
20°C), mesofilik (20-40°C), dan termofilik (> 40°C) (Christy, et al, 2013).
Tingkat produksi metana meningkat dengan meningkatnya suhu. Di sisi lain, peningkatan suhu pada gilirannya juga akan meningkatkan konsentrasi amonia bebas. Akibatnya, proses akan terhambat dan produksi metana akan berkurang.
Proses pembentukan metana sangat sensitif terhadap perubahan temperatur.
Secara umum ada tiga perubahan dalam rentang suhu yang diterima sebagai efek penghambatan proses. Batas fluktuasi tidak boleh melebihi rentang yang diberikan
18
yaitu; ± 2 °C/jam untuk pesofilik, ± 1 °C/jam untuk mesofilik, dan ± 0, 5 °C/jam untuk termofilik (Özmen dan Solmaz, 2009).
Peningkatan temperatur pada digesti anaerobik memiliki beberapa keuntungan yaitu, dapat meningkatkan kelarutan senyawa organik, meningkat laju reaksi kimia dan biologi, meningkatkan difusi substrat terlarut, meningkatkan tingkat kematian bakteri patogen, terutama di bawah termofilik kondisi, meningkatkan degradasi asam lemak rantai panjang, VFA dan produk intermediate lainnya (Fang, et al, 2010).
2.6.5 Volatile Fatty Acid (VFA)
Pada proses digesti anaerobik, LCPKS pertama kali dikonversi menjadi asam lemak volatil (VFA) oleh bakteri pembentuk asam. Asam lemak volatil kemudian dikonversi menjadi metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Dengan demikian, perhatian yang signifikan telah difokuskan pada hubungan antara konsentrasi VFA dan kinerja fermentasi anaerob. Stabilitas proses digesti anaerobik tercermin oleh konsentrasi produk intermediete seperti VFA. VFA adalah senyawa intermediate (asetat, propionat, butirat, laktat), yang dihasilkan selama asidogenesis, dengan rantai atom karbon (C) hingga enam atom karbon.
.VFA adalah senyawa intermediete penting dalam jalur metabolisme fermentasi metana. Konsentrasi VFA yang tinggi dalam sistem dapat menyebabkan penghambatan proses metanogenesis. Hal ini karena bakteri metanogens tidak mampu menghilangkan gas hidrogen (H2) dan VFA yang mudah menguap karena diproduksi di bawah kondisi kelebihan beban atau hadir sebagai inhibitor. Selain itu, akumulasi VFA akan menyebabkan menipisnya kapasitas buffer dan penurunan pH. Oleh karena itu, konsentrasi VFA menjadi pertimbangan utama untuk kinerja terbaik dari proses digesti anaerobik. Dan sangat penting juga untuk memeriksa kondisi optimal dan efisiensi dari digester dengan memeriksa konsentrasi VFA (Wong, et al, 2013).
2.6.6 Pengadukan
Tujuan dari pengadukan dalam digester adalah untuk memadukan bahan segar dengan sludge yang mengandung bakteri. Selanjutnya, pengadukan
19
mencegah pembentukan sampah dan menghindari gradien suhu dalam digester.
Namun pengadukan berlebihan dapat mengganggu mikroba dan pengadukan lambat biasanya lebih disukai (Verma, 2002). Pengadukan akan memberikan kontak yang baik antara substrat dan mikroba untuk memberikan kondisi suhu yang seragam, mengurangi resistensi terhadap transfer massa, dan meminimalkan membangun kondisi lingkungan penghambat. Pengadukan mampu membawa bakteri konsorsium ke dalam kontak substrat. Pengadukan juga akan mengurangi ukuran partikel yang menimbulkan pelepasan biogas dari pencampuran.
Bioreaktor dengan pengaduk telah diterapkan oleh pabrik di bawah Keck Seng (Malaysia) Berhad di Masai Johor sejak 1980. Pabrik kelapa sawit berhasil mengurangi penyisihan 83% COD dan memproduksi metana 62,5% (Mun, 2012).
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
pH - 3,90-4,50 APHA 4500-H