Pra Rancangan Pabrik Pembutan Gas Metana Dari Sampah Organik Kapasitas Olahan 570 Ton/Hari

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN

GAS METANA

DARI SAMPAH ORGANIK KAPASITAS OLAHAN

570 TON/HARI

Diajukan Untuk Memenuhi Pesyaratan Ujian Sarjana Sain Terapan

Oleh :

025201045 Nova God Arif

PROGRAM STUDI TEKNK KIMIA

JURUSAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

INTISARI

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini mengolah 23750 kg/jam. Jumlah karyawan yang digunakan adalah 118 orang dengan luas areal pabrik 6240 m2

Bentuk dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini ialah berupa Perusahaan Terbatas (PT).

.

Analisa Ekonomi dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini adalah :

• Total Penjualan = Rp 252.167.154.040,- • Biaya Tetap = Rp 72.817.611.311,- • Biaya Variabel = Rp 25.055.781.042,- • Biaya Produksi = Rp 97.871.408.295,- • Break Event Point (BEP) = 32,08 %

• Profit Margin (PM) = 71,3 %

• Pay Out Time (POT) = 1,9 tahun • Return of Network (RON) = 85,41 % • Return of Investment (ROI) = 0,512 %

• Internal Rate of Return (IRR) = 64,04 %

Berdasarkan data diatas bahwa Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini layak untuk didirikan.

(3)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR

INTISARI ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-2 1.3 Tujuan Rancangan ... I-3 1.4 Manfaat Rancangan ... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sampah ... II-1 2.2 Pemanfaatan Sampah ... II-2 2.3 Sejarah Penemuan Biogas ... II-3 2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas ... II-4 2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi Biogas ... II-13 2.6 Sifat-sifat Gas Metana ... II-14 2.7 Deskripsi Proses ... II-15 BAB III NERACA MASSA

3.1 Tresser ... III-2 3.2 Tangki Penampung Umpan ... III-3 3.3 Fermentor ... III-4 3.4 Absorber (CO2

3.5 Absorber (H

) ... III-12

2

BAB IV NERACA PANAS

S) ... III-14

(4)

BAB V SPEKSIFIKASI PERALATAN

5.1 Elevator ... V-1 5.2 Tresser ... V-1 5.3 Fermentor ... V-2 5.4 Bak Pengendap ... V-2 5.5 Tangki Penampung Metana ... V-2 5.6 Absorber CO2

5.7 Absorber H

... V-3

2

5.8 Pompa ... V-4 S ... V-3

5.9 Blower ... V-4 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi ... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ... VI-5 BAB VII UTILITAS

7.1 Kebutuhan Air ... VII-1 7.2 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-4 7.3 Kebutuhan Listrik ... VII-4 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-5 7.5 Unit Pengolahan Limbah ... VII-5 7.6 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-6 7.6.1 Pompa Sumur Bor ... VII-6 7.6.2 Bak Pengendapan ... VII-6 7.6.3 Pompa Bak Pengendapan ... VII-7 7.6.4 Sand Filter ... VII-7 7.6.5 Pompa Sand Filter ... VII-7 7.6.6 Tangki Utilitas ... VII-8 7.6.7 Pompa Tangki Utilitas ... VII-8 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK

(5)

BAB IX ORGANISASI MANAJEMEN PERUSAHAAN

9.1 Organisasi dan Manajemen ... IX-1 9.2 Bentuk Badan Usaha ... IX-1 9.2.1 Badan Usaha Perorangan ... IX-2 9.2.2 Badan Usaha Persekutuan ... IX-2 9.2.3 Badan Usaha Perorangan ... IX-5 9.2.4 Koperasi ... IX-5 9.2.5 Badan Usaha Milik Negara ... IX-6 9.2.6 Penggabungan Badan Usaha ... IX-6 9.3 Bentuk Struktur Organisasi ... IX-7 9.4 Uraian Tugas Wewenang dan Tanggung Jawab ... IX-8 9.4.1 Direktur ... IX-8 9.4.2 Kepala Bagian Produksi dan Laboratorium ... IX-8 9.4.3 Kepala Bagian Personalia dan Pemasaran ... IX-9 9.4.4 Sekretaris ... IX-9 9.5 Sistem Kerja dan Tenaga Kerja ... IX-10 9.6 Kesejahteraan Tenaga Kerja ... IX-10 9.7 Jumlah Tingkat Pendidikan dan Gaji Tenaga Kerja ... IX-10 BAB X ANALISA EKONOMI

10.1 Modal Investasi ... X-1 10.2 Hasil Penjualan ... X-3 10.3 Biaya Produksi Tetap ... X-3 10.4 Perkiraan Laba/Rugi Usaha ... X-4 10.5 Aspek Analisa Ekonomi ... X-5 BAB XI KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A

(6)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Timbunan Sampah dikota Medan ... I-1 Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik ... II-2 Tabel 2.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... II-2 Tabel 2.3 Komposisi Biogas ... II-4 Tabel 2.4 Sifat-Sifat Gas ... II-15 Tabel 3.1 Kompsisi Sampah Organik ... III-1 Tabel 3.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... III-1 Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat ... III-2 Tabel 3.4 Komposisi H2

Tabel 3.5 Kompsisi CO

S ... III-2

2

Tabel 3.6 Komposisi CH

... III-2

4

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Treser ... III-3 ... III-2

Tabel 3.8 Nerca Massa pada Tangki Penampungan ... III-3 Tabel 3.9 Neraca Massa pada Fermentor ... III-12 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Absorber CO2

Tabel 3.11 Neraca Massa pada Absorber H

... III-13

2

Tabel 4.1 Neraca Panas Masuk pada Heater ... IV-2 S ... III-14

(7)

DAFTAR GAMBAR

(8)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah penduduk yang terus meningkat dengan pola

hidupkonsumtif sudah tentu diikuti dengan meningkatnya produksi sampah.Disemua

daerah sampah selalu menimbulkan masalah yang rumit untuk dipecahkan.Masalah

persampahan perkotaan diindonesia saat ini sudah sampai pada tingkat sangat

serius.Berbagai pihak ikut serta dalam upaya meningkatkan mutu kesehatan dan

lingkungan pemukiman.

Kota medan termasuk diantara kota-kota besar di Indonesia, juga tak luput

dari permasalahan sampah kota.Sebagai ibukota Propinsi Sumatra Utara,Kota Medan

termasuk pusat perdagangan,industri dan jasa yang berkembang pesat.kota ,Medan

sebagai metropolitan, memiliki luas 265,1 km2

Tabel 1.1. Timbulan sampah dikota Medan

, yang terdiri dari 21 kecamatan dan

151 kecamatan kelurahan. Jumlah timbunan sampah pada tahun 2004 mencapai

396.775 ton/tahun.Dinas kebersihan mencatat timbulan sampah dikota medan dapat

dilihat pada tabel dibawah ini.

No Tahun Jumlah timbulan sampah

(ton/tahun)

1 2001 476.964

2 2002 500.506

3 2003 500.780

4 2004 396.755

Sumber: Dinas kebersihan, 2005.

Dengan melihat pertambahan jumlah penduduk kota medan yang semakin

banyak menyebabkan sumber daya alam yang tersedia semakin berkurang misalnya

bahan bakar minyak (BBM), Eksploitasi sumber daya alam terutama minyak bumi

yang berlebihan telah memberikan ancaman terhadap lingkungan dan keselamatan

(9)

minyak bumi dari hari ke hari semakin berkurang dan terancam habis. Karena itu

perlu upaya untuk mencari energi alternatif guna menghemat cadangan minyak bumi

yang pada saat ini semakin sedikit. Biogas adalah salah satu energi yang dapat

dikembangkan mengingat bahan bakunya cukup tersedia.Biogas adalah energi yang

terbarukan sehingga sangat mungkin untuk menggantikan BBM yang terancam habis,

pada sisi lain penggunaan biogas dapat mengatasi permasalahan sampah kota

mengingat mayoritas sampah kota berasal dari bahan organik yang dapat digunakan

untuk bahan baku biogas.biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses pembusukan

bahan- bahan organik oleh bakteri padakondisi an aerop (hampa udara). Gas bio yang

dihasilkan dari proses fermentasi terdiri dari : CH4 atau methane (60-70%),Co2 atau karbon dioksida (20-30%),O2 (1-4%),N2 (0,5-3%),Co atau karbon monoksida (1%) dan H2S (kurang dari 1%). Campuran gas bio ini menjadi mudah membakar jika memiliki kandungan gas methane sebesar lebih dari 50 %.

Apabila gas ini dibakar akan berwarna biru dan menghasil banyak energi panas.

Satu meter kubik biogas setara dengan 5.200-5.900 Kcal atau apabila dipakai untuk

memanaskan air dapat meningkatkan 130 Kg air dari 20 derajat sampai mendidih atau

menyalakan lampu 50-100 watt selama 6 jam.

1.2 Perumusan Masalah

Pengaruh pertumbuhan ekonomi membuat hidup masyarakat menjadi

berkecukupan, yang menjadikan lekat pola hidup produksi massal dan konsumtif,

sehingga jumlah sampah yang dihasilkan semakin membengkak. Konsekuensinya

adalah semakin menipisnya sisa tahun penampungan di tempat pembuangan akhir,

serta sulitnya mendapatkan lahan tempat pembuangan akhir yang baru, sehingga

jumlah sampah tidak layak bakar membengkak. Atas dasar itu, dewasa ini daur ulang

sampah menjadi barang bermanfaat menjadi orientasi, karena di samping dapat

mengurangi beban tempat pembuangan akhir, juga turut mengurangi konsumsi

sumber daya alam dan meringankan beban lingkungan.

Metan adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global dan

(10)

sumber energi yang berguna untuk kepentingan masyarakat yang dapat digunakan

sebagai bahan bakar.

Sementara ini kebutuhan dalam negeri cukup terpenuhi, untuk itu pendirian

pabrik metana ini ditujukan untuk kebutuhan ekspor, sehingga dapat meningkat

devisa negara dan mengurangi pengangguran di Indonesia dan juga dapat memenuhi

permintaan industri yang menggunakan bahan baku dari sampah maupun limbah dari

berbagai pabrik.

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan Pra Rancangan Pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknologi

kimia industri yang meliputi neraca massa, neraca energi, operasi teknik kimia,

utilitas dan bagian ilmu teknologi kimia industri lainnya yang penyajiannya disajikan

pada Pra Rancangan Pabrik Proses Pembuatan metanasi dari sampah organik.

1.4 Manfaat Perancangan

Pendirian pabrik proses pembuatan gas metana dari sampah organik ini adalah

mengadakan energi alternatif sebagai pengganti BBM dan mengurangi

ketergantungan rakyat terhadap BBM,serta menibgkatkan masyarakat miskin

(11)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum

Sampah adalah bahan buangan padat atau semi padat yang dihasilkan adari aktifitas

manusia atau hewan yang dibuang karena tidak diinginkan atau tidak digunakan lagi

(tchobanoglous, dkk,1993).Menurut petunjuk Teknis Perencanaan Pembangunan dan

Pengelolaan Bidang ke-PLP-an perkotaan dan pedesaan, sampah adalah limbah yang

bersifat padat terdiri dari sampah organik, sampah anorganik dan sampah B3yang

dianggap tidak berguna lagi dan harus dikelola agar tidak membahayakan lingkungan dan

melindungi investasi pembangunan (dep.PU Ditjen Cipta Karya, 1999).

Sementara itu, Hadiwiyoto (1983) mendefenisikan sampah adalah sisa-sisa bahan

yang mengalami perlakuan-perlakuan, baik karena telah diambil bagian utamanya, atau

karena pengelolaan, atau karena sudah tidak ada manfaatnya, yang ditinjau dari aspek

pencemaran atau ganguan kelestarian lingkungan.

2.2. Klasifikasi sampah

Bila dilihat dari sifatnya, sampah dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:

a. Sampah organik

Sampah organik adalah sampah yang mengandung senyawa-senyawa orgaik yang

tersusun dari unsur-unsur karbon, hydrogen dan oksigen.Yang termasuk sampah

organik adalah daun-daunan, kayu, kertas, karton, sisa-sisa makanan,sayur,buah,

yang mudah diuraikan oleh mikroba.

b. Sampah anorganik

Terdiri dari kaleng, plastik, besi, logam, gelas atau bahan lain yang yang tidak

tersusun oleh senyawa-senyawa organic. Sampah anorganik tidak dapat diuraikan

oleh mikroba.

Berdasarkan data yang ada pada Dinas Kebersihan Kota Medan adapun komposisi

(12)

Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik

Bahan Organik %

Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

Tabel 2.2 Komposisi Sampah berdasarkan Unsur

Komponen

Sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Abu

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30 4,50

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10 5,30

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20 6,00

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10 1,50

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

2.3. Sejarah Penemuan Biogas

Gas methan ini sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma Kuno

untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Sedangkan, proses fermentasi

lebih lanjut untuk menghasilkan gas methan ini pertama kali ditemukan oleh Alessandro

Volta (1776). Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh Wilam Henry

pada tahun 1806. dan Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), adalah

orang pertama yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.

Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun

1900. pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas

dilakukan oleh Jerman dan Perancis pada masa antara dua Perang Dunia. Selama Perang

Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas

kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam

(13)

sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karena itu, di India

kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. saat ini, negara

berkembang lainnya, seperti China. Filipina, Korea, Taiwan dan Papua Nugini, telah

melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas. Selain di negara

berkembang, teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti Jerman..

Salah satu cara penanggulangan sampah organik yang potensial untuk dikembangkan di

Indonesia adalah dengan menerapkan teknologi anerobik untuk menghasilkan biogas.

Secara ilmiah, biogas yang dihasilkan dari sampah organik adalah gas yang mudah

terbakar (flammable). Gas ini dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh

bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa udara). Umumnya, semua jenis

bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Tetapi hanya bahan organik

homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila

sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan

karbondioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Umumnya kandungan metana dalam reaktor sampah organik berbeda-beda. secara

rentang komposisi biogas adalah sebagai berikut:

Tabel 2.3. Komposisi Biogas

Komponen %

Metana (CH4)

Karbon dioksida

(CO2)

Nitrogen (N2)

Hidrogen (H2)

Hidrogen sulfida

(H2S)

Oksigen (O2

55-75

25-45

0-0.3

1-5

0-3

0.1-0.5

)

(14)

Dalam skala laboratorium, penelitian di bidang biogas tidak membutuhkan biaya

yang besar tetapi harus ditunjang dengan peralatan yang memadai. Perangkat utama yang

digunakan terutama adalah tabung digester, tabung penampung gas, pipa penyambung,

katup, dan alat untuk identifikasi gas. Untuk mengetahui terbentuk atau tidaknya biogas

dari reaktor, salah satu uji sederhana yang dapat dilakukan adalah dengan uji nyala.

Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar metana minimal 57% yang

menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996),

biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan metana telah mencapai minimal 60%.

Pembakaran gas metana ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan

asap.

2.4. Mekanisme pembentukan biogas

Sampah Organik sayur-sayuran dan buah-buahan seperti layaknya kotoran ternak

adalah substrat terbaik untuk menghasilkan biogas. Proses pembentukan biogas melalui

pencernaan anaerobik merupakan proses bertahap, dengan 3 tahap utama yakni:

1. Tahap Hidrolisis

Dimana pada tahap ini bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein

didegradasi oleh mikroorganisme hidrolitik menjadi senyawa terlarut seperti asam

karboksilat, asam keto, asam hidroksi, keton, alkohol, gula sederhana, asam-asam amino,

H2 dan CO2.

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

(15)

• Protei dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

(16)

Pada Asam nukleat terdapat Asam Posfat sebagai pembentuk, asam Pospat akan

terionisasi secara sendirinya saat reaksi terjadi hal disebabkan gugus Posfat memiliki sifat

dapat larut didalam air. Sehingga pada Purin dan Pirimidin tidak lagi terdapat asam

Posfat yang berasal dari asam nukleat.

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida. Polisakarida terbagi atas : - Pati

- Glikogen

- Selulosa

Pati (amilum) merupakan polisakarida yang mengandung 75-80% amilopektin dan

amilosa 20-25% yang mana terdiri atas D-Glukopinarosa yang berikatan α(1-4)

glikosidik. Ikatan D-glikopinarosa merupakan polimer dari Glukosa.

D-Glukopinarosa Glukosa

Glikogen merupakan polisakarida yang memiliki rantai yang panjang. Sama

halnya dengan pati. Glikogen memiliki gugus rantai lurus α(1-4) dan gugus rantai

bercabang α(1-6) glikosidik, sehingga Glikogen memiliki ikatan yang lebih panjang dari

pada pati.

(17)

Selulosa merupakann polisakarida. Pati, glikogen, dan selulosa merupakan

polisakarida yang terdapat pada tumbuh-tumbuhan yang berupa kayu. Oleh sebab itu pati,

glikogen, selulosa memiliki cabang atau ikatan polimer yang panjang. Selulosa memiliki

gugus rantai lurus.

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2, N2,

H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil. .

Asam lemak rantai panjang terdiri atas :

- Asam lemak stearat

- Asam lemak palmitat

- Asam lemak oleat

(18)

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

(19)

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

Gliserin Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

(20)

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

Asam nukleat

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

(21)

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam

nukleat.

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH Asam butirat asam propionate asam laktat

4

Asam nukleat

Asam amino Asam akrilat

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

(22)

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2

Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Asetogenesis

Hasil asidogenesis dikonversi menjadi hasil akhir bagi produksi metana berupa asetat,

hidrogen, dan karbondioksida. Sekitar 70% dari COD semula diubah menjadi asam

asetat. Pembentukan asam asetat kadang-kadang disertai dengan pembentukan

karbondioksida atau hidrogen, tergantung kondisi oksidasi dari bahan organik aslinya.

Etanol, asam propionat, dan asam butirat dirubah menjadi asam asetat oleh bakteri

asetogenik dengan reaksi seperti berikut (Said, 2006) :

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2………( pers 1)

Etanol Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 2H2…………..(pers.2)

Asam Propionat Asam Asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2…………..(pers.3)

Asam Butirat Asam Asetat

4. Metanogenesis

Pada tahap metanogenesis, terbentuk metana dan karbondioksida. Metana

dihasilkan dari asetat atau dari reduksi karbondioksida oleh bakteri asetotropik dan

hidrogenotropik dengan menggunakan hidrogen.

Tiga tahap pertama di atas disebut sebagai fermentasi asam sedangkan tahap

keempat disebut fermentasi metanogenik (Lettinga, et all, 1994). Tahap asetogenesis

terkadang ditulis sebagai bagian dari tahap asidogenesis.

Berbagai studi tentang digesti anerobik pada berbagai ekosistem menunjukkan

(23)

merupakan intermediet kunci pada seluruh fermentasi pada berbagai ekosistem tersebut

(Main et al. 1977). Hanya sekitar 33% bahan organik yang dikonversi menjadi metana

melalui jalur hidrogenotropik dari reduksi CO2 menggunakan H2

Reaksi kimia pembentukan metan dari asam asetat dan reduksi CO

(pers.2) (Marchaim,

1992)..

2

Asetotropik metanogenesis :

dapat dilihat

pada persamaan reaksi berikut :

CH3COOH CH4 + CO2

Hidrogenotropik metanogenesis :

………. (pers.1)

CH2 + CO2 CH4 + H2O ………. (pers.2)

2.5. Faktor -Faktor yang Mempengar uhi Pr oses biogas

Lingkungan besar pengaruhnya pada laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada

proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik

antara lain: temperatur, pH, konsentrasi substrat dan zat beracun.

1. Temper atur

Gas dapat dihasilkan jika suhu antara 4 - 60°C dan suhu dijaga konstan. Bakteri akan

menghasilkan enzim yang lebih banyak pada temperatur optimum. Semakin tinggi

temperatur reaksi juga akan semakin cepat tetapi bakteri akan semakin berkurang. Proses

pembentukan metana bekerja pada rentang temperatur 30-40°C, tapi dapat juga terjadi

pada temperatur rendah, 4°C. Laju produksi gas akan naik 100-400% untuk setiap

kenaikan temperatur 12°C pada rentang temperatur 4-65°C. Mikroorganisme yang

berjenis thermophilic lebih sensitif terhadap perubahantemparatur daripada jenis

mesophilic. Pada temperatur 38°C, jenis mesophilic dapat bertahan pada perubahan

temperatur ± 2,8°C. Untuk jenis thermophilic pada suhu 49°C, perubahan suhu yang

dizinkan ± 0,8°C dan pada temperatur 52°C perubahan temperatur yang dizinkan ±

(24)

2. pH (keasaman)

Bakteri penghasil sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang Hoptimumntuk

jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 - 7,4. Bakteri yang tidak menghasilkan metana

tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH, dan dapat bekerja pada pH antara 5 hingga

8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan

tahap pembentukan metana, maka pengaturan pH awal proses sangat penting. Tahap

pembentukan asam akan menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan

dapat menghambat aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkat pH

dapat dilakukan dengan penambahan kapur.

3. Konsentrasi Substrat

Sel mikroorganisme mengandung Carbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur dengan

perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsur-unsur di atas

harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat dapat mempengaruhi

proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum dicapai jika jumlah

mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat. Kandungan air dalam substart

dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Karena

kandungan air yang tinggi akan memudahkan proses penguraian, sedangkan homogenitas

sistem membuat kontak antar mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih intim.

4. Zat Baracun

Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi

penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada

konsentrasi yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin

bertambah dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih

sensitif terhadap racun daripada bakteri penghasil asam.

Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat (proses) penguraian dalam suatu

unit biogas saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, seperti antiobiotik,

desinfektan dan logam berat (Setiawan, 2005).

(25)

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2

Tabel 2.4 Tabel kesetaraan Biogas

, dan partikulat lainnya) dan telah

mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas tersebut

dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak

sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika

dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada

kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat

karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas

dan energi minyak bumi yang menjanjikan.Berdasarkan sumber Departemen Pertanian,

nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut:

Bahan Bakar Jumlah

Biogas Elpiji

Minyak tanah

Minyak solar

Bensin

Gas kota

Kayu bakar

1 m3

0,46 kg

0,62 liter

0,52 liter

0,80 liter

1,50 m3

3,50 kg

sumber Departemen Pertanian,2005

2.5Prinsip Teknologi Biogas

Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses

fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh

bakteri methan sehingga dihasilkan gas methan. Gas methan adalah gas yang

mengandung satu atom C dan 4 atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas methan

yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik

yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang

sebagian besar terdiri dari kotoran, dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman,

seperti jerami dan sebagainya, serta air yang cukup banyak. Proses ini sebetulnya terjadi

(26)

sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Namo Bintang yang terletak di

Pancurbatu Sumatra Utara

Prinsip pembangkit biogas, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan

bagian-bagian pokok terdiri atas percerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan

pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry), dan pipi penyaluran biogas yang

terbentuk. Di dalam digester ini terdapat bakteri methan yang mengolah limbah bio atau

biomassa dan menghasilkan biogas. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas

tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan

untuk keperluan memasak dan lain-lain.

Alat biogas ini terbagi atas dua tipe, tipe terapung (floating type) yang

dikembangkan di India dan tipe kubah tetap (fixed dome type) yang dikembangkan di

China, biogas dikenal sebagai gas rawa atau lumpur dan bisa digunakan sebagai bahan

bakar. Biogas adalah gas mudah terbakar yang dihasilkan dari proses fermentasi

bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob. Pada umumnya semua jenis bahan-bahan organik

bisa diproses untuk menghasilkan biogas (Anonim, 2005). Pembentukan biogas terjadi

selama proses fermentasi berjalan (Setiawan, 2005).

Penggunaan biogas sudah dikenal oleh Rusia dan Inggris sejak lama. India sejak

masih dijajah dikenal sebagai pengguna energi biogas yang sangat luas, bahkan sudah

disatukan dengan WC biasa. Pembuatan dan penggunaan biogas di Indonesia mulai

digalakkan pada awal tahun 1970-an dengan tjuan memanfaatkan buangan atau sisa yang

berlimpah dari benda yang tidak bermanfaat menjadi yang bermanfaat, serta mencari

sumber energi lain diluar kayu bakar dan minyak tanah. Berdasarkan bahan-bahan untuk

membuat biogas, cara dan lingkungan untuk menghasilkannya, biogas dapat dihasilkan di

manapun. Pembuatan giogas bisa dalam bentuk yang sederhana untuk kepentingan

bersama beberapa rumah atau leibh. Secara sederhana, pembuatan biogas bisa dengan

drum bekas yang masih kuat atau sengaja dibuat dalam bentuk bejana dari tembol atau

bahan-bahan lainnya (Suriawiria, 2005).

Biogas dieprgunakan dengan cara yang sama seperti penggunaan gas lainnya yang

mudah terbakar dengan mencapurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil

(27)

Biogas dapat digunakan untuk kepentingan penerangan dan memasak. Lampu atau

kompor yang sudah umum dan biasa dipergunakan untuk gas lain selain biogas tidak

cocok untuk pemakaian biogas, sehingga memerlukan penyesuaian karena bentuk dan

sifat biogas berbeda dengan bentuk dan sidfat gas lain yang sudah umum. Pusat

Teknologi Pembangunan (PTP) ITB telah sejak lama membuat lampu atau kompor yang

dapat menggunakan biogas, yang asalnya dari lampu petromak atau kompor gas biasa

yang dapat menggunakan biogas dengan pertimbangan keselamatan dan penggunaan.

Kompor biogas tersebut tersusun dari rangka, pembakar, spuyer, cincin penjepit spuyer

dan cincin penagtur udara, yang kalau sudah diatur akan mempunayai spesifikasi

termperatur nyala api dapat menacapai 5600

Gas metan hasil fermentasi merupakan kandungan utama biogas yang mempunyai

nilai kalor antara 590 – 700 K.cal/m

C dengan warna nyala biru muda pada

malam hari, dan laju pemakaian biogas 350 liter/jam, serta harganya diperkirakan antara

Rp.2.500,00 sampai Rp.3.000,00 saja (catatan tahun 1978). (Suriawiria, 2005).

3

. sumber kalor lain dari biogas adalah dari H2 serta

CO dalam jumlah kecil, sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tak berkontribusi dalam

soal nilai panas. Nilai kalor biogas lebih besar dari sumber energi lainnya, seperti coalgas

(586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas lebih kecil dari gas

alam (967 K.cal/m3

Biogas merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan sangat tinggi dan

cepat daya nyalanya, sehingga sejak biogas berada pada bejana pembuatan sampai

penggunaannya untuk penerangan ataupun memasak, harus selalu dihindarkan dari api

yang dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan (Suriawiria, 2005).

). Setiap kubik biogas setara dengan 0,5kg gas alam cair (liquid

petroleum gases/LPG),0,5 L bensin dan 0,5 L minyak diesel Biogas sanggup

membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,2 – 1,50 kilo watt hour (kwh) (setiawan,2004).

Pembuatan biogas dimulai dengan memasukkan bahan organik ke dalam digester,

sehingga bakteri anaerob membusukkan bahan organik tersebut dan menghasilkan gas

yang disebut biogas. Biogas yang telah terkumpul di dalam digester dialirkan melalui

pipa penyalur gas menuju tangki peyimpan gas atau langsung ke lokasi penggunaannya,

misalnya kompor. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti cara

(28)

optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung

beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Keuntungan lain yang diperoleh adalah

dihasilkannya lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk. Faktor-faktor yang

mempengaruhi produktivitas sistem biogas antara lain jenis bahan organik yang diproses,

temperatur digester, ruangan tertutup atau kedap udara, pH, tekanan udara serta

kelembaban udara. Komposisi gas yang terdapat di dalam biogas adalah 40-70 % metana

(CH4), 30-60 % karbondioksida (CO2) serta sedikit hidrogen (H2) dan hidrogen sulfida

(H2

Dari proses fermentasi dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas, metana (CH S) (Anonim, 2005).

4),

karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H2S. Metana yang dikandung

biogas ini jumlahnya antara 54 – 70%, sedang karbon dioksidanya antara 27 – 43%.

Gas-gas lainnya memiliki persentase hanya sedikit saja (Setiawan,2005).

2.5. Mikroba yang berperan

Mikroba merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan berhasil tidaknya

suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi. Keberadaannya sangat

diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan bahan organik. Marchaim (1992)

menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah organik menjadi metana

membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari populasi mikrobia yang

berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan kondisi fisiologis yang siap

diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai starter.

Bakteri, suatu grup prokariotik, adalah organisme yang mendapat perhatian utama

baik dalam air maupun dalam penanganan air limbah (Jenie dan Winiati, 1993). Jadi,

dalam proses anaerobik, mikrobia yang digunakan berasal dari golongan bakteri. Bakteri

yang bersifat fakultatif anaerob yaitu bakteri yang mampu berfungsi dalam kondisi

aerobik maupun anaerobik. Bakteri-bakteri tersebut dominan dalam proses penanganan

limbah cair baik secara aerobik ataupun anaerobik.

(29)

Beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat ditemukan dalam penguraian anaerobik,

tetapi bakteri merupakan mikroorganisme yang paling dominan bekerja didalam proses

penguraian anaerobik. Sejumlah besar bakeri anaerobik dan fakultatif yang terlibat dalam

proses hidrolisis dan fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides,

Bifidobakterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus. Bakteri asidogenik

(pembentuk asam) seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi

asetat dan H2

Bakteri metana yang telah berhasil diidentifikasi terdiri dari empat genus (Jenie dan

Rahayu,1993):

) seperti Syntrobacter wolini dan Syntrophomonas wolfei (Said, 2006)

1. Bakteri bentuk batang dan tidak membentuk spora dinamakan Methanobacterium

2. Bakteri bentuk batang dan membentuk spora adalah Methanobacillus

3. Bakteri bentuk kokus yaitu Methanococcus atau kelompok koki yang membagi

diri.

4. Bakteri bentuk sarcina pada sudut 900

Bakteri metanogen melaksanakan peranan penting pada digesti anaerob karena

mengendalikan tingkat degradasi bahan organik dan mengatur aliran karbon dan elektron

dengan menghilangkan metabolit perantara yang beracun dan meningkatkan efisiensi

termodinamik dari metabolisme perantara antar spesies.

dan tumbuh dalam kotak yang terdiri dari 8

sel yaitu Methanosarcina.

Soetarto et all. (1999) menyatakan bahwa bakteri metanogen merupakan obligat

anaerob yang tidak tumbuh pada keadaan yang terdapat oksigennya dan menghasilkan

metan dari oksidasi hidrogen atau senyawa organik sederhana seperti asetat dan metanol

serta tidak dapat menggunakan karbohidrat, protein, dan substrat komplek organik lain.

Bakteri penghasil metan bersifat gram varibel, anaerob, dapat mengubah CO2 menjadi

metan, dinding selnya mengandung protein tetapi tidak mempunyai peptidoglikan.

Bakteri ini merupakan mikrobia Archaebacteria yang merupakan jasad renik prokariotik

yang habitatnya sangat ekstrim. Archaebacteria adalah kelompok prokariot yang sangat

berbeda dari eubacteria. Dinding selnya tidak mengandung peptidoglika (murein), tidak

sensitif terhadap kloramfenikol. Pada Methanobacterium sp., dinding selnya mengandung

(30)

tersusun dari N asetil glukosamin dan asam N asetil talosaminuronat (2 gula amino).

Asam amino yang ada semuanya bentuk L (pada peptidoglikan bentuk D). dinding sel

Archaebacteria tahan terhadap lisosim. Methanosarcina sp. Mengandung dinding sel tebal

galaktosamin, asam glukuronat, dan glukosa. Dinding sel Methanococcus dan

Methanomicrobium mengandung protein dan kekurangan karbohidrat.

Dwidjoseputro (1998) menyatakan bahwa ciri genus Methanobacterium adalah

anaerob, autotrof/hetorotrof, dan menghasilkan gas metan. Bakteri autotrof (seringkali

dibedakan antara kemoautotrof dan fotoautotrof) dapat hidup dari zat-zat anorganik.

Bakteri heterotrof membutuhkan zat organik untuk kehidupannya.

Substrat yang digunakan oleh bakteri metanogen berupa karbon dengan sumber

energi berupa H2/CO2, format, metanol, metilamin, CO, dan asetat. Kebanyakan

metanogen dapat tumbuh pada H2/CO2, akan tetapi beberapa spesies tidak dapat

memetabolisme H2/CO2. Nutrisi yang dibutuhkan oleh metanogen bervariasi dari yang

sederhana sampai kompleks. Berkaitan dengan asimilasi karbon, ada yang berupa

metanogen autotrof dan heterotrof. Di habitat aslinya, bakteri metanogen terantung dari

bakteri lain yang menyuplai nutrien esensial seperti sisa mineral, vitamin, asetat, asam

amino, atau faktor-faktor tumbuh lainnya (Main and Smith, 1981).

2.7. Deskripsi Proses

Hal utama untuk proses metanasi adalah sampah yang akan di olah. Hal penting

lainnya berupa jenis cairan yang dihasilkan dari sampah tersebut yaitu berupa

CH3COOH, H2 + CO2 yang berupa gas. Pada proses metanasi ini yang paling berperan

penting adalah cairan CH3COOH, Smith dan Mah (1966) menunjukkan bahwa 37%

metana dihasilkan dari CH3COOH dan selebihnya dibandingkan dengan didalam seluruh

proses yang ada dalam proses tersebut berperan juga C6H12O6

Pada topik yang telah dijelaskan diatas dalam proses ini dilakukan proses

fermentasi pada karbohidrat yang mengasilkan asam asetat, dapat kita lihat pada reaksi

berikut;

(karbohidrat) dan lemak.

(31)

Produk Asam asesat dan Hidrogen akan menghasilkan metana pada reaksi berikut;

2C2H4O2 2CH4 + 2CO

4H

2

2 + CO2 CH4 + 2H2

Dari reaksi metanasi diaas metana berasal dari Karbohidrat 66%, Asam asetat

33% dan selebihnya dihasilkan Hidrogen O

Pada flowsheet yang ada dijelaskan perodurnya sebagai berikut:

1. Sampah domestik terdiri dari sampah besi, kaca, pasir dan plastik. Hal pertama

yang harus dilakukan adalah memisahkan sampah-sampah tersebut. Sampah

plastik dapat dibakar atau diolah lagi untuk menghasilkan composit, pada sampah

organik dimasukkan ke dalam timbangan untuk dilakukan proses selanjutnya.

2. Proses kedua dilakukan pemotongan atau pencacah sampah, sampah-sampah

organik tersebut akan dibuat hingga menjadi seperti bubur. Hal ini dilakukan

untuk mempermudah proses pengadukan didalam digester.

3. Setelah sampah dicacah kemudian dimasukkan kedalam pompa pengisian,

didalam pompa pengisian diberi steam untuk menguapkan sampah yang akan

dipompakan. Uap dan cairan sampah dipompakan kedalam tangki fermentasi.

Waktu tinggal yang dilakukan pada tangki fermentasi selama 6 jam pada shuku

pertama-tama 350. Pada tangki fermentasi juga dilakukan penambahan

mikroorganisme dan suhu dinaikkan hingga 650

4. Setelah proses fermentasi selesai dilakukan kemudian lumpur yang dihasilkan

dialirkan kedalam bak penampung lumpur untuk diolah menjadi produk kompos. C. Sifat mokroorganisme yang

ada harus bersifat termofilik, hal ini akan mendukung mutu dan jumlah gas

metana yang dihasilkan.

5. Proses dilanjutkan kedalam kondensor, didalam kondensor suhu gas yang

dihasilkan diturunkan dengan menggunakan air sebagai pendingin. Hal ini

(32)

6. Gas yang telah dimasukkan kedalam kondensor kemudian dialirkan kedalam

kolom absorbsi. Absorbsi berfungsi untuk memisahkan gas-gas ada dimana

reagent yang digunakan adalah air. Air berfungsi untuk mengikat gas CO2. Gas

CO2

7. Gas kemudian diproses kembali dengan menggunakan mengabsorbsi gas H yang diikat dengan reagent air ialah gas-gas yang memiliki fasa yang sama

dengan fasa air.

2S

yang berlebihan, gas H2

Dalam proses pembuatan gas metana ini terdapat hal-hal lainnya yaitu:

S yang diperoleh secara berlebihan selain bau yang tidak

menyenangkan dan juga dapat membuat kondisi kurang baik. Reagent yang

digunakan adalah Fe (besi). Fe (besi) dapat mengikat gas Sulfur yang dihasilkan.

COD effluent lumpur 22370 mg/liter, BOD effluent lumpur 13980 mg/liter. Laju alir

proses 590 m3

Steam hanya bekerja sebagai pemanas saja, apabila dilakukan secara kontak

langsung maka steam akan berjalan dengan lambat, hal ini disebabkan karena sampah

organik yang akan diproses sudah bebentuk lebih bubur. /hari. pH 13.

Ukuran yang dapat dipompakan oleh pompa adalah 200 mess. Pada tangki

fermentasi adapun terdapat didalamnya perbandingan solid dan liquid ialah 15% untuk

padatan dan 40% untuk air dan Mikroorganisme yang dicampurkan. Suhu yang bekerja

pada tangki fermentasi 650C – 750C. tekanan untuk proses ini 1,14 atm. Aktivator yang

(33)

LAMPIRAN A

NERACA MASSA

Kapasitas = 570 ton/hari

=

jam 24

hari 1 hari

kg 000 . 600

x

= 23750 kg/hari

Basis = 1 jam operasi

Satuan perhitungan = kg/jam

Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur

penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut:

Tabel LA.1 Komposisi sampah organik

Bahan organik %

Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

[image:33.612.120.384.357.494.2]

Air 29,8

Tabel LA.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen

sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10

(34)

Tabel LA.3 Komposisi Karbohidrat C6H12O

Komponen C

6

6H12O6 BM Fraksi

Carbon, C

Hidrogen, H

Oksigen, O

12

1

16

0,4

0,067

0,533

Tabel LA.4 Komposisi H2

Komponen H

S

2S BM Fraksi

Hidrogen, H

Sulfur, S

1

32

0,06

0,94

Tabel LA.5 Komposisi CO Komponen CO

2

BM

2 Fraksi

Carbon, C

Oksigen, O

12

16

0,273

[image:34.612.112.482.139.633.2]

0,727

Tabel LA.6 Komposisi CH Komponen CH

4

BM

4 Fraksi

Carbon, C

Hidrogen, H

12

1

0,75

0,25

1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur.

Thresher

1 2

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

LA-I

(35)

Asumsi:

- Olahan berupa bahan organik yaitu dedaunan, makanan, kertas, kayu

- Sisa merupakan bahan anorganik yang tidak ikut diolah. Sampah anorganik

antara lain: kaca, logam, dan lain-lain.

F1dedaunan

F

= 0,320 x 23750 kg/jam = 7600 kg/jam

1 makanan

F

= 0,162 x 23750 kg/jam = 3847,5 kg/jam

1 kertas

F

= 0,175 x 23750 kg/jam = 4156,3 kg/jam

1 kayu

F

= 0,045 x 23750 kg/jam = 1068,8 kg/jam

1

air = 0,298 x 23750 kg/jam = 7077,5 kg/jam

Bahan masuk = bahan keluar Alur 1

F1 = F2

C ; F

Untuk dedaunan

1

C = 0,478 x F1

= 0,478 x 7600 kg/jam = 3632,5 kg/jam

dedaunan

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 7600 kg/jam = 456 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,38 x 7600 kg/jam = 2888 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,034 x 7600 kg./jam = 258,4 kg/jam

1 S

Abu ; F

= 0,003 x 7600 kg/jam = 22,8 kg/jam

1

abu = 0,045 x 7600kg/jam = 342 kg/jam

C ; F

Untuk makanan

1

C = 0,48 x F1

= 0,48 x 3847,5 kg/jam = 1846,8 kg/jam

makanan

H ; F1H

O ; F

= 0,064 x 3847,5 kg/jam = 246,24 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,376 x 3847,5 kg/jam = 1446,66 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,026 x 3847,5 kg./jam = 100,04 kg/jam

1

S = 0,001 x 3847,5 kg/jam = 3,85 kg/jam

(36)

Abu ; F1abu = 0,05 x 3847,5 kg/jam = 192,38 kg/jam

C ; F Untuk kertas

1

C = 0,435 x F1

= 0,435 x 4156,3 kg/jam = 1807,99 kg/jam

kertas

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 4156,3 kg/jam = 249,38 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,44 x 4156,3 kg/jam = 1828,77 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,003 x 4156,3 kg./jam = 12,47 kg/jam

1 S

Abu ; F

= 0,002 x 4156,3 kg/jam = 8,31 kg/jam

1

abu = 0,06 x 4156,3 kg/jam = 249,38 kg/jam

C ; F Untuk kayu

1

C = 0,495 x F1

= 0,495 x 1068,8 kg/jam = 529,06 kg/jam

kayu

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 1068,8 kg/jam = 64,13 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,427 x 1068,8 kg/jam = 456,38 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,002 x 1068,8 kg./jam = 2,14 kg/jam

1 S

Abu ; F

= 0,001 x 1068,8 kg/jam = 1,07 kg/jam

1

abu = 0,015 x 1068,8 kg/jam = 16,032 kg/jam

Total untuk sampah masuk (F1

F

):

1

unsur makanan + F1unsur mankanan + F1unsur kertas + F1

Total C untuk sampah masuk (F

unsur kayu

1 C

3632,8 + 1846,8 + 1807,99 + 529,06 = 7818,7 kg/jam ) :

Total H untuk sampah masuk (F1H

456 + 246,24 + 249,38 + 64,13 = 1018,76 kg/jam ) :

Total O untuk sampah masuk (F1O

2888 + 1446,66 + 1828,77 + 456,38 = 6619,87 kg/jam ) :

Total N untuk sampah masuk (F1N

258,4 + 100,04 + 12,47 + 2,14 = 373,05 kg/jam ) :

(37)

Total S untuk sampah masuk (F1S

22,8 + 3,85 + 8,31 + 1,07 = 36,03 kg/jam ) :

Total Abu untuk sampah masuk (F1Abu

342 + 192,375 + 249,375 + 16,031 = 806,09 kg/jam ) :

F Alur 2

1

= F2

F

= 16672,5

2

C = F1C

F

= 7818,7 kg/jam

2

H = F1H

F

= 1018,76 kg/jam

2

O = F1O

F

= 6619,87 kg/jam

2

N = F1N

F

= 373,05 kg/jam

2

S = F1S

F

= 36,03 kg/jam

2

abu = F1abu

F

= 806,08 kg/jam

2

[image:37.612.112.487.414.630.2]

H2O = F1H2O = 7077,5 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa pada thresher (TR-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

1 Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2 Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3 Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4 Nitrogen (N) 373,05 373,05

5 Sulfur (S) 36,03 36,03

6 Abu 806,09 806,09

7 H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

2. Tangki penampungan umpan (TK-01)

C C

(38)

F2 = F3

F Alur 3

2

= F3

F

= 16672,5

3

C = F2C

F

= 7818,7 kg/jam

3

H = F2H

F

= 1018,76 kg/jam

3

O = F2O

F

= 6619,87 kg/jam

3

N = F2N

F

= 373,05 kg/jam

3

S = F2S

F

= 36,03 kg/jam

3

abu = F2abu

F

= 806,08 kg/jam

3

[image:38.612.110.503.76.772.2]

H2O = F2H2O

Tabel LA.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan (TK-01) = 7077,5 kg/jam

Alur 2 Alur 3

1. Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2. Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3. Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4. Nitrogen (N) 373,05 373,05

5. Sulfur (S) 36,03 36,03

6. Abu 806,09 806,09

7. H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

3. fermentor (FR-01)

2 3

4

Bakteri anaerob

(39)

Asumsi :

• bahan organik terkonversi menjadi gas metana sebesar 90 % • Jumlah bakteri anaerob sebesar 15 % dari substrat

• Unsur N2 semuanya dianggap gas sebesar 3 %

Lipida

3 5

6

Lumpur N2

Air Bakteri

(40)

Protein Asam amino

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

- Glikogen

- Selulosa

(41)

α(1-4) Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

(42)

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2,

N2, H2

- Asam lemak stearat

- Asam lemak oleat

Asam lemak stearat Asam butirat Metana

(43)

Glukosa Etanol

Purin Asam propionate phospat • Pirimidim diurai menjadi asam butirat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

(44)

+

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4 Asam butirat asam propionate asam laktat

(45)

Asam nukleat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino,

Asam nukleat.

4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

(46)

Asam nukleat

+

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Tahap Asetogenesis

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

+

(47)

2CH3CH2OH + 2CO2 2CH3COOH + 2H2………( pers 1)

12CH3CH2COOH + 2H2O 12CH3COOH + 24H2

6CH

…………..(pers.2)

3CH2CH2COOH + 12H2O 12CH3COOH + 12H2…………..(pers.3)

2CH3CH2OH + 12CH3CH2COOH + 6CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 36H2

40H

2 + 26CH3

4. Tahap Metagenesis

COOH

C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H

2C

2

2H4O2 2CH4 + 2CO2

CO

2 + 4H2 CH4 + 2H2

C

O

6H12O6 3CH4 + 3CO2

F Alur 3

3 N2

F

= 373,05 kg/jam

3 H2O

F

= 7077,5 kg/jam

3 abu

Untuk H

= 806,09 kg/jam

2

Komposisi H

S, dimana :

2

Komposisi S:

BM Fraksi

H S 1 32 0,06 0,94

Sehingga F3H2S

94 , 0 3 S F

= = 38,329 kg/jam

F3kbhd = F3 – F3N2 – F3H2O – F3abu – F3

= 23750 – 373,05 – 7077,5 – 806,5 – 38,329 = 15455,031 kg/jam

H2S

Untuk karbohidrat (C6H12O6

C : 0,4 x F

)

3

0,4 x 15455,031 = 6182,0124 kg/jam

(48)

H : 0,067 x 15455,031 = 1035,4870 kg/jam

O : 0,533 x 15455,031 = 8237,5315 kg/jam

Untuk H2

H : 0,06 x F S

3

0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam

H2S

S : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Untuk N

N : 1 x F

2 3

N2 = 373,05 kg/jam

F Alur 4

3

baktri = F4 = 0,15F3

= 0,15 x 23750 kg/jam

= 3562,5 kg/jam

Reaksi : C Alur 6

6H12O6 3CH4 + 3CO2

N

3 kbhd

BM F3kbhd

= = 180 031 , 15455 = 85,86 274 , 77 ) 1 ( 9 , 0 86 , 85 1 3 1 = − − = − = x xX N kbhd kbhd kbhd γ τ γ F

Untuk karbohidrat :

6

kbhd = F3kbhd + (BMkbhd x τkbhd x r1

(49)

C : 0,4 x F6kbhd

H : 0,067 x F

= 0,4 x 1545,711 = 618,284 kg/jam

6 kbhd

O : 0,533 x F

= 0,067 x 1545,711 = 103,562 kg/jam

6 kbhd

F

= 0,533 x 1545,711 = 823,863 kg/jam

6

H2O = F3H2O

F

= 7077,5 kg/jam

6

bakteri = F3bakteri

F

= 3562,5 kg/jam

6

abu = F3abu

F

= 806,09 kg/jam

6

N2 = 0,7 x 373,05 = 261,135 kg/jam

F Alur 5

5

CH4 = BMCH4 x τCH4 x r

= 16 x 3 x 77,274 1

= 3709,152 kg/jam

C : 0,75 x F5CH4

H : 0,25 x F

= 2781,864 kg/jam

5

CH4 = 927,288 kg/jam

Untuk Karbon dioksida (CO2

F

) :

5

Co2 = BMCO2 x τCO2 x r

= 44 x 3 x 77,274 1

= 10200,168 kg/jam

C : 0,273 x F5CO2

H : 0,727 x F

= 2184,645 kg/jam

5

CO2 = 7415,522 kg/jam

Untuk H2

F

S :

5

H2S = F3H2S

C : 0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam = 38,329 kg/jam

H : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Untuk N2

F

:

5

N2 = F3N2 – F6N2

= 373,0 – 261,135 = 11,915 kg/jam = 38,329 kg/jam

(50)

[image:50.612.146.347.451.642.2]

Tabel LA.9 Neraca Massa Pada Fermentor (FR-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6 1. C6H12O6 15455,031 - - 1545,711

2. H2O 7077,5 - - 7077,5

3. N2 373,05 - 111,915 261,135

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. Abu 806,09 - - 806,09

6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5

7. CH4 - - 3709,152 -

8. CO2 - - 10200,168 -

Total

23750 3562,5 14059,564 13253,932

27312,5 27312,5

4. Absorbsi (AB-01)

Asumsi :

• Co2 yang terikat dengan air sebesar 70 % dari umpan CO2

Absorbsi

7

8

9

10 H2O

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

CO2

H2O

(51)

• H2O yang digunakan sebesar 30 % umpan keseluruhan

F Alur 7

7

CH4 = F5CH4

F

= 3709,152 kg/jam

7

CO2 = F5CO2

F

= 10200,168 kg/jam

7

N2 = F5N2

F

= 111,915 kg/jam

7

H2S = F5H2S = 38,329 kg/jam

F

Alur 10

10

H2O = 0,3 x F7H2O

= 0,3 x 14059,564 = 4217,8692 kg/jam

Untuk CO Alur 8

2

F

8

CO2 = 0,7 x F7CO2

= 0,7 x 10200,168 = 7140,117 kg/jam

C : 0,273 x 7140,117 = 1949,2519 kg/jam

O : 0,727 x 7142,117 = 5190,8650 kg/jam

Alur 9 Untuk CH

F

4 9

CH4 = F7CH4

C : 0,75 x 3709,152 = 2781,864 kg/jam = 3709,152 kg/jam

H : 0,25 x 3709,152 = 927,288 kg/jam

Untuk CO2

F

9

C02 = F7C02 = 3060,051 kg/jam

(52)

C : 0,273 x 3060,051 = 835,393 kg/jam

H : 0,727 x 3060,051 = 2224,657 kg/jam

Untuk N

F

2 9

N2 = F7N2 = 111,915 kg/jam

Untuk H2

F

S

9

H2S = F7H2S

C : 0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam = 38,329 kg/jam

H : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Tabel LA.10 Neraca massa pada Absorbsi (AB-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8

1. CH4 3709,152 - 3709,152 -

2. CO2 10200,168 - 3060,051 10200,168

3. N2 111,915 - 111,915 -

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. H2O - 4217,117 - 4217,117

Total

14059,564 4217,117 6919,447 11357,234

18276,681 18276,681

Absorbsi (Fe) 9

10 11

12

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S Fe

(53)

Asumsi :

- H2

- H

S yang masuk diabsorb kembali dengan menggunakan reagent Besi (Fe)

2

- Fe yang digunakan sama dengan 20 % dari keseluruhan. S yang terikut dengan Fe (besi) sebesar 80 % dari umpan

Sehingga :

Reaksi : 3H2S + 3 Fe 3 FeS + 3H2

F Alur 9

9 CH4

F

= 3709,152 kg/jam

9 CO2

F

= 3060,051 kg/jam

9 N2

F

= 111,915 kg/jam

9

H2S = 38,329 kg/jam

F

Alur 11

11

Fe = 0,2 x F

= 0,2 x 6919,447 kg/jam

9

= 1383,89 kg/jam

Untuk H Alur 10

2

F

S

9

H2S = 0,8 x F9H2S

= 0,8 x 38,329 kg/jam

= 30,663 kg/jam

H : 0,06 x 30,663 = 1,84 kg/jam

S : 0,94 x 30,663 = 28,823 kg/jam

F11Fe = 1383,89 kg/jam

(54)

F

Alur 12

12

CH4 = F9CH4

F

= 3709,152 kg/jam

12

CO2 = F9CO2

F

= 3060,051 kg/jam

12

N2 = F9N2

F

= 111,915 kg/jam

12

H2S = F9H2S - F10H2S

= 38,329 kg/jam – 30,663 kg/jam

= 7,666 kg/jam

H : 0,06 x 7,666 = 0,456 kg/jam

S : 0,94 x 7,666 = 7,20 kg/jam

Tabel LA.11 Neraca massa pada Absorbsi (AB-02) reagent Fe (besi)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

9 11 10 12

1. CH4 3709,152 - - 3709,152

2. CO2 3060,051 - - 3060,051

3. N2 111,915 - - 111,915

4. H2S 38,329 - 30,663 7,666

5. Fe - 1383,89 1383,89 -

Total

6919,447 1383,89 1414,553 6888,784

8303,337 8303,337

(55)

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas = 570 ton/hari

=

jam 24

hari 1 hari

kg 000 . 600

x

= 23750 kg/hari

Basis = 1 jam operasi

Satuan perhitungan = kg/jam

Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur

penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Komposisi sampah organik

Bahan organik %

(56)

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

Air 29,8

Tabel 3.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen

sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10

(Sumber : dinas kebersihan kota Medan, 2005)

Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat C6H12O

Komponen C

6

6H12O6 BM Fraksi

Carbon, C

Hidrogen, H

Oksigen, O

12

1

16

0,4

0,067

0,533

Tabel 3.4 Komposisi H2

Komponen H S

2S BM Fraksi

Hidrogen, H

Sulfur, S

1

32

0,06

0,94

Tabel 3.5 Komposisi CO2

III-1

(57)

Komponen CO2 BM Fraksi

Carbon, C

Oksigen, O

12

16

0,273

0,727

Tabel 3.6 Komposisi CH Komponen CH

4

BM

4 Fraksi

Carbon, C

Hidrogen, H

12

1

0,75

0,25

1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur.

Tabel 3.7 Neraca Massa pada thresher (TR-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

1 Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2 Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3 Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4 Nitrogen (N) 373,05 373,05

5 Sulfur (S) 36,03 36,03

6 Abu 806,09 806,09

Thresher

1 2

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

(58)

7 H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

[image:58.612.118.487.84.127.2]

2. Tangki penampungan umpan (TK-01)

Tabel 3.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan (TK-01)

Alur 2 Alur 3

1. Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2. Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3. Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4. Nitrogen (N) 373,05 373,05

5. Sulfur (S) 36,03 36,03

6. Abu 806,09 806,09

7. H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

3. fermentor (FR-01)

Tangki penampungan

C H O N S Abu

2 3

Fermentor

3

4

5

6 C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu

CH4

CO2

N2

H2S

H2

Bakteri anaerob

(59)

Lipida

(60)

Protein Asam amino

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

- Glikogen

- Selulosa

(61)

α(1-4) Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2,

N2, H2

(62)

- Asam lemak oleat

Asam lemak stearat Asam butirat Metana

Glukosa Etanol

(63)

Purin Asam propionate phospat • Pirimidim diurai menjadi asam butirat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

(64)

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4 Asam butirat asam propionate asam laktat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

(65)

Asam nukleat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino,

Asam nukleat.

4

Asam nukleat

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

(66)

+

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Tahap Asetogenesis

2CH3CH2OH + 2CO2 2CH3COOH + 2H2………( pers 1)

12CH3CH2COOH + 2H2O 12CH3COOH + 24H2

6CH

…………..(pers.2)

3CH2CH2COOH + 12H2O 12CH3COOH + 12H2…………..(pers.3)

2CH3CH2OH + 12CH3CH2COOH + 6CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 36H2

40H

2 + 26CH3

4. Tahap Metagenesis

COOH

C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H

2C

2

2H4O2 2CH4 + 2CO2

CO

2 + 4H2 CH4 + 2H2

C

O

6H12O6 3CH4 + 3CO2

+

Bakteri

(67)

Tabel 3.9 Neraca Massa Pada Fermentor (FR-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6 1. C6H12O6 15455,031 - - 1545,711

2. H2O 7077,5 - - 7077,5

3. N2 373,05 - 111,915 261,135

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. Abu 806,09 - - 806,09

6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5

7. CH4 - - 3709,152 -

8. CO2 - - 10200,168 -

Total

23750 3562,5 14059,564 13253,932

27312,5 27312,5

[image:67.612.115.524.122.637.2]

Tabel 3.10 Neraca massa pada Absorbsi (AB-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8 Absorbsi

7

8

9

10 H2O

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

CO2

H2O

(68)

<