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 unsure-unsur dari sampah organik basis kering dapat dilihat dalam tabel 2.1
II-1
Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik Bahan Organik % Sampah dedaunan 32 Makanan 16,2 Kertas 17,5 Kayu 4,5 Air 29,8
(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
biogas ini mulai ditinggalkan. Tetapi, di negara-negara berkembang kebutuhan akan 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 ) Smber:Zhang et al,1997
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
Lipida
• Protein dirubah menjadi Asam amino
Protein Asam amino
• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin
Asam nukleat
Pirimidin Purin Asam phospat
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.
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
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
Purin Asam propionate phospat 3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4
• 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
+
5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4 Asam butirat asam propionate asam laktat
2. Reaksi pada Asam nukleat
Asam nukleat Pirimidin purin
Purin Asam propionate phospat
Pirimidin Asam butirat
Asam nukleat
3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4
CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2
+
CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +
Asam propionate Asam butirat
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 +
Asam propionate Asam butirat
½N2 + 2H2 + 2H3PO4
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 bahwa 70 % atau lebih metana yang terbentuk diperoleh dari asetat (pers.1. Jadi asetat
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 ± O,3°C.
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 Beracun
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).
5. Nilai Potensial Biogas
Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, 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:
Tabel 2.4 Tabel kesetaraan Biogas
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
2.5 Prinsip 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 secara almiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan 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
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. ). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan (Anonim, 2005)
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 penggunaan gas lainnya yang mudah terbakar. Pembakaran biogas dilakukan dengan mencampurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang
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 H2
2.5. Mikroba yang berperan
S. 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).
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.
Marchaim (1992) menyatakan bahwa digesti ataupun pencernaan bahan organik yang efektif membutuhkan kombinasi metabolisme dari berbagai jenis bakteri anaerobik. 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) seperti Syntrobacter wolini dan Syntrophomonas wolfei (Said, 2006)
Bakteri metana yang telah berhasil diidentifikasi terdiri dari empat genus (Jenie dan Rahayu,1993):
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
Dwidjoseputro (1998) menyatakan bahwa ciri genus Methanobacterium adalah anaerob, autotrof/hetorotrof, dan menghasilkan gas metan. Bakteri autotrof (seringkali 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 materi seperti peptidoglikan yang disebut pseudopeptidoglikan atau pseudomurein 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.
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
C
(karbohidrat) dan lemak. Pada topik yang telah dijelaskan diatas dalam proses ini dilakukan proses fermentasi pada karbohidrat yang mengasilkan asam asetat, dapat kita lihat pada reaksi berikut;
6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H
Produk Asam asesat dan Hidrogen akan menghasilkan metana pada reaksi berikut;
2
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 dilakukan untuk menghindari ledakan uap gas yang bersuhu tinggi dari fermentor. 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
Dalam proses pembuatan gas metana ini terdapat hal-hal lainnya yaitu:
yang diikat dengan reagent air ialah gas-gas yang memiliki fasa yang sama dengan fasa air.
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 digunakan adalah Methanobacter formicicum.
