SELEKSI DAN URAIAN PROSES
2.5. Uraian Proses
Proses pembuatan biogas merupakan proses fermentasi anaerobik yaitu
proses dekomposisi bahan-bahan organik secara biologis dengan bantuan
mikroorganisme yang menghasilkan biogas dan kompos pad lingkungan tanpa
adanya oksigen. Secara umum kandungan karbon di dalam sampah dapat
dikonversi menjadi biogas (campuran metana dan CO2), sedangkan kandungan
nutriennya akan dikonversi menjadi kompos.
Proses pembuatan gas metana secara garis besar dibagi ke dalam
tahap-tahap berikut ini :
1. Tahap pretreatment
2. Tahap reaksi
3. Tahap pemurnian produk
4. Tahap penamganan produk utama
5. Tahap penanganan hasil samping
2.5.1. Tahap pretreatment
Pada tahap persiapan bahan baku dilakukan proses secara kontinyu. Pada
tahap ini faktor yang perlu diperhatikan untuk mempermudah proses reaksi serta
mampu menghasilkan produk dengan kuantitas dan kualitas yang tinggi adalah :
1. Pemilihan jenis bahan baku dan kualitasnya
Bahan baku dalam bentuk selulosa mudah dicerna oleh bakteri anaerobik.
Tetapi bila banyak mengandung lignin maka pencernaa menjadi sukar.
2. Faktor keasaman (pH)
pH optimum bakteri anaerobik bekerja yaitu antara 6,8 – 8. Pada kondisi
ini akan mencapai hasil laju produksi maksimum.
3. Pengenceran bahan baku isian
Jenis kotoran pengencer isian dengan air dilakukan berbeda-beda agar
diperoleh isian dengan kandungan bahan kering yang optimum. Adapun
isian yang paling baik untuk menghasilkan gas metana mengandung 7 – 9
% bahan kering.
4. Faktor temperatur
Perkembangbiakan bakteri dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur kerja
yang optimum untuk menghasilkan metana adalah 300C.
5. Faktor pengadukan
Pengadukan dilakukan agar hambatan terhadap laju gas metana yang
dihasilkan dapat dikurangi. Adapun hambatan yang sering terjadi biasanya
bahan baku yang membentuk kerak pada permukaan cairan.
Bahan baku berupa kotoran sapi dengan pH 4-5 dan suhu 300 C ditampung
dalam Storage kotoran sapi (F-113) kemudian diangkut dengan bucket elevator
(J-117) menuju bin kotoran (F-114) ke dalam tangki pencampur/mixing tank
(M-110) beroperasi 15-50 rpm, kemudian disertai dengan penambahan air dengan
perbandingan 2 : 1 ( 2 kg air : 1 kg kotoran sapi ). Bubuk kapur dari bin kapur
(F-112) dialirkan ke tangki pengencer (M-111) untuk diencerkan dengan air hingga
konsentrasi 10 %, kemudian hasilnya dialirkan ke mixing tank. Hasil campuran
dari mixing tank dipompa ke tangki pemanas (R-121) sampai suhu sekitar 50 0C
dan pH 7-8. setelah itu bahan siap dipompa ke tahap berikutnya.
2.5.2. Tahap reaksi
Pada tahap ini proses yang digunakan secara batch dimana setelah bahan
memenuhi syarat pH 7-8 dan temperatur 50 0C serta tekanan 1 bar, maka dapat
langsung dipompakan ke tangki buffer (F-123) untuk pengkondisian kapasitas
untuk mensuplai kebutuhan feed pada digester/fermentor (R-120). Bahan
dimasukkan dalam fermentor dengan tujuan untuk didegradasi / diuraikan oleh
bakteri fermentatif untuk menghasilkan biogas dengan retention time pada
digester adalah 2 hari. Dari biogas yang dihasilkan maka lebih dari 60 % berupa
gas metana. Proses dalam tahap ini dijaga pada pH 7-8 dan suhu 50 0C.
Mikrobia merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan berhasil
tidaknya suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi. Keadaan
sangat penting diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan bahan
organik.
Machaim (1992) menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah organik
menjadi metana membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari
populasi mikroba yang berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan kondisi
fisiologi yang siap diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai starter.
Sejumlah besar bakteri anaerobik yang terlibat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides, Bifidobacterium,
Clostridium, Lactobacillus, dan Streptococcus. Bakteri asidogenik (pembentukan
asam) seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat
dan H2) seperti Syntrobacter wolinii dan Syntrohomonas wolfei (Said, 2006).
Berikut dalah mekanisme reaksi perombakan bahan organik (selulosa) :
1. Tahap Hidrolisa
Pada tahapan hidrolisa, mikroba hidrolitik mendegradsi senyawa organik
kompleks yang berupa polimer menjadi monomernya yang berupa senyawa tak
terlarut dengan berat molekul yang lebih ringan. Proses hidrolisis membutuhkan
mediasi exo-enzim yang dieksresi oleh bakteri fermentatif. Pada tahap hidrolisis,
bahan-bahan biomasa yang mengandung selulosa, hemiselulosa diuraikan
Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh enzim ekstra seluler seperti sellulase,
protease dan lipase (Said, 2006).
Reaksi yang terjadi :
C6H10O5 + H2O C6H12O6
Selulosa glukosa
C6H12O6 + H2O 2CH3CH2OH + 2CO2
Glukosa etanol
2. Tahap Asetogenesis
Monomer-monomer hasil hidrolisis dikonversi menjadi asam asetat.
CH3CH2OH + 2CO2 CH3COOH + 2H2
Etanol asam asetat
3. Tahap Pembentukan Metana (Metanogenesis)
Pada tahap ini, terbentuk metana dan karbondioksida. Metana dihasilkan dari
asam asetat.
CH3COOH CH4 + CO2
Asam asetat metana
2.5.3. Tahap pemurnian
Pada tahap ini produk berupa biogas dilewatkan cooler (E-131) untuk
menurunkan suhu dari 50 0C hingga 30 0C, kemudian dialirkan ke kompresor
(G-132) untuk menaikkan tekanan dari 1 bar hingga 10 bar. Setelah itu langsung
dialirakan ke absorber (D-130) untuk penyerapan gas H2S dan CO2 dengan
menggunakan air pada suhu yang sama yaitu 30 0C, gas CH4 yang tidak larut
dalam air dapat langsung diperoleh sebagai produk utama dengan kemurnian 99%,
dan ditangkap oleh gas holder (F-134).
2.5.4. Tahap penanganan produk
Gas metana pada suhu 30 0C dan tekanan 10 bar yang sudah dimurnikan
hingga 99% ditangkap oleh gas holder (134), kemudian dicairkan dengan
penaikkan tekanan pada kompresor (G-139) sampai tekanan 46 bar. Setelah itu
metana siap dikemas dan dipasarkan.
2.5.5. Tahap penanganan produk samping
Gas impurities yang telah terlarut dalam air, dilewatkan ekspander (G-135)
untuk menurunkan tekanan dari 10 bar hingga 1 bar pada suhu 30 0C, agar
solubilitynya turun hingga mendekati nol, sehingga gas impurities tersebut
terpisah dari air. Pemisahan gas impurities terjadi dalam kolom menara regenerasi
(F-136), dimana air akan menjadi produk bawah dan direcycle menuju kolom
water scrubber sedangkan gas impurities menjadi produk atas dan diolah lebih
lanjut.
Gas impurities yang telah dipisahkan dengan air dikompresi dengan
kompresor multistage (G-138), proses yang terjadi pertama tekanan mencapai titik
kritis CO2 sehingga gas H2S terpisah dan menguap ke atas dan masuk flare.
Setelah dikompresi, lebih lanjut CO2 menjadi snow (dry ice) dan siap dikemas.
Sludge hasil samping dari proses fermentasi dilewatkan pada screw press (H-140)
untuk memisahkan menjadi padatan dan cairan. Hasil padatan akan diaerasi dalam
bak terbuka menjadi kompos (F-142), sedangkan cairnya akan menjadi pupuk cair
dan masuk ke bak penampung slury cair (F-141).
BAB III