ANALISA KINETIKA PERTUMBUHAN BAKTERI DAN PENGARUHNYA TERHADAP PRODUKSI BIOGAS DARI MOLASES PADA CONTINUOUS REACTOR 3000 L Ahmad Nurhadi Priya Agung Parsha Utama
(2310100010) (2310100156) Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Nonot Soewarno M. Eng Siti Nurkhamidah, ST.,MS., Ph.D LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
LATAR BELAKANG Langka dan tingginya harga bahan bakar fosil Banyaknya riset untuk mencari sumber energi alternatif yang mudah diaplikasikan Biogas merupakan sumber energi ramah lingkungan dapat diperoleh dari antara lain kotoran hewan dan limbah organik menggunakan proses anaerobik Penelitian konstanta kinetika pertumbuhan mikroorganisme pada biogas masih jarang dilakukan Mendapatkan nilai kinetika yang berdasarkan pada percobaan dan dibandingkan dengan perhitungan teoritis untuk mengetahui performance anaerobic digester reaktor
PENELITIAN TERDAHULU 2005
2002 N. Soewarno et al Peningkatan Waktu Tinggal Cairan dalam Reaktor Horizontal Sebagai Studi Awal Meningkatkan Produksi Gas
Penelitian menggunakan reaktor Horizontal dan efisiensi waktu tinggal 97,07 %
J. Biswas Experimental Studies And Mathematical Modeling Of A Semibatch Biodigester Using Municipal Market Waste A Feed Stock
Penelitian menggunakan semibatch, menggunakan mathematical modeling dan dilakukan dalam skala laboratorium.
PENELITIAN TERDAHULU 2001 W.C. Hu Kinetics Study Of Anaerobic Digestion Of Sulphate Rich Wastewater Form Manufacturing Foof Industries
2008 Penelitian menggunakan Molasses dan reaktor CSTR bervolume 5 liter. Variabel yang digunakan adalah HRT 2, 3 ,4, 5, 6, 7 hari
N. Hendrianie Pengaruh kandungan sulfat pada produksi biogas dan kinetika pertumbuhan bakteri pada reaktor biogas
Penelitian menggunakan limbah sludge PT. SIER dengan reactor batch.
PERUMUSAN MASALAH 1. Berapakah
besarnya
nilai
konstanta
pertumbuhan bakteri dari feed biogas dari molases pada reaktor tipe Floating Drum. 2. Apakah konstanta pertumbuhan bakteri
pada reaktor biogas sesuai dengan hasil biogas yang dihasilkan dan %COD removal
yang terjadi.
TUJUAN PENELITIAN 1. Untuk
mendapatkan data-data proses sehingga
bisa didapatkan konstanta laju pertumbuhan bakteri. 2. Untuk
mendapatkan hubungan konstanta laju
pertumbuhan bakteri dengan %COD removal yang terbentuk
MANFAAT PENELITIAN 1. Mendapatkan konstanta pertumbuhan bakteri untuk
mengetahui
performance
reaktor
biogas dengan menggunakan bahan molases
2. Sebagai salah satu acuan pertimbangan dalam menggunakan biogas sebagai solusi energi alternatif bagi masyarakat.
MEKANISME REAKSI Tahap Hidrolisa Tahap Asidifikasi
Tahap Methanasi
TAHAP HIDROLISA
(C6H10O5)n + n H2O (Selulosa)
n(C6H12O6) (Glukosa)
TAHAP ASIDIFIKASI C6H12O6
2CH3CHOHCOOH
C6H12O6
CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2
C6H12O6
CH3CH2COOH + CO2 + 2CO + 3H2
(Glukosa) (Glukosa)
(Asam Laktat)
(Asam Butirat)
(Glukosa)
(Asam Propionat)
C6H12O6
3CH3COOH
(Glukosa)
(Asam Asetat)
TAHAP METHANASI CH3CH2COOH + 1/2 H2O
7/4 CH4 + 5/4 CO2
(Asam Propionat)
2CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2
(Asam Butirat)
4CH3COOH + CH4
(Asam Asetat)
4H2 + CO2
CH4 + 2H2O
CH3COOH
CH4 + CO2
(Asam Asetat)
KONSTANTA KINETIKA PERTUMBUHAN BAKTERI Untuk mendapatkan Kd dan Y, dapat digunakan persamaan berikut :
HRT = Hydraulic Retention Time
S = Substrate effluent (COD keluar) X = Biomass effluent (MLSS)
Kd = Konstanta Endogenous (1/hari)
Y = Yield Growth (g MLSS/g COD)
Untuk memperoleh KS,dan max , bisa diperoleh dari
persamaan berikut :
Ks = Konstanta Saturation (g COD/l)
max = Maximum Specific Growth (1/hari)
Untuk memperoleh perhitungan substrat Effluent secara teoritis, dapat digunakan persamaan berikut:
DIAGRAM ALAT PENELITIAN Valve Regulator Inlet substrate
Gas Holder
Outlet Gas
Outlet substrate
Tangki Umpan
Pompa Umpan
Pompa Sirkulasi
Reaktor Fermentasi
SKEMA REAKTOR BIOGAS
GAMBAR REAKTOR BIOGAS
Bahan Penelitian
Kondisi Operasi
1. Kotoran Sapi 2. Molases 3. Urea 4. NaOH 5. Air
1. Temperatur 2. pH
Variabel Penelitian 1. HRT 3 hari = 10000 mg/l = 3.33 kgCOD/m3.hari 2. HRT 6 hari = 10000 mg/l = 1.67 kgCOD/m3.hari 3. HRT 7 hari = 10000 mg/l = 1.43 kgCOD/m3.hari
: ± 30 oC :±7
PROSEDUR KERJA PEMBUATAN STARTER Mencampurkan KS + Air
KS : Air = 1:6 Ye Yes Fermentasi 15 hari dan Sirkulasi Analisa COD; MLSS; pH
No
PROSEDUR KERJA PERSIAPAN BAHAN Mencampurkan Molases + Air
Mengencerkan Sesuai variable dengan volume 3000 L
Analisa COD; pH Awal
PROSEDUR PENELITIAN
PROSEDUR PENELITIAN ANALISA PENELITIAN ANALISA KETERANGAN Volume Gas
Setiap Hari Selama Operasi
pH
Setiap Hari Selama Operasi
COD
Saat Produksi Gas Stabil Pada Setiap Variabel Saat Produksi Gas Stabil Pada Setiap Variabel
MLSS
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Load terhadap Produksi Biogas 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Avg. Gas 0.4 Production 0.3 (m3/hari) 0.2 0.1 0 1
1.5
2
2.5
Load (kgCOD/m3hari)
3
3.5
Menentukan Nilai Kinetik Parameter Pertumbuhan Bakteri 1.2 1 0.8
Rata rata 0.6 Produksi biogas 0.4 (m3/hari) 0.2
Load = 3.33 kgCOD/m3.hari Load = 1.67 kgCOD/m3.hari Load = 1.43 kgCOD/m3.hari
0
0
2
4
6
Waktu (hari)
8
10
12
DENGAN MENGGUNAKAN PERSAMAAN 10 y = 19.017x + 2.515 R² = 0.8759
9
SLOPE (1/Y) = 19.017
8 7
Y = 0.05244
6 5
INTERCEPT (Kd/Y) = 2.515
4 3 2
Kd = 0.13188
1 0 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
DENGAN MENGGUNAKAN PERSAMAAN 4 y = 7.5182x + 1.0447 R² = 0.9852
3.5
INTERCEPT (1/ max) = 1.0447
3 2.5
max = 0.95721
2
SLOPE (Ks/max) = 7.5182
1.5 1 0.5
Ks = 7.85426
0 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
NILAI KONSTANTA MONOD Ks (gCOD/l)
7.85426
kd(hari-1)
0.13188
max (hari-1)
0.95721
Y (gMLSS/gCOD)
0.05244
Membandingkan Hasil Percobaan dan Teoritis
Parameter
HRT 3
6
7
Substrat Keluaran
6848
3127
3004
Substrat Keluaran
7426.52
3559.94
3161.74
7.78 %
12.16 %
4.99 %
%Error
Hasil Percobaan Hasil Teoritis
Effluent Substrat (mg/l) Percobaan Ini Percobaan Terdahulu (WC. HU) HRT Eksperimen Teoritis 3 6 7
6848 3127 3004
7426.52 3559.94 3161.74
%error Eksperimen 7.78 12.16 4.99
1422 560 449
Teoritis
%error
1960 512 412
37.8 8.6 8.2
KESIMPULAN 1.
Dari penelitian ini, diperoleh nilai parameter nilai kinetika pertumbuhan bakteri berdasarkan persamaan Monod yaitu nilai Y sebesar 0.05244 (gMLSS/gCOD), untuk nilai kd sebesar 0.13188 (hari-1), untuk nilai max sebesar 0.95721 (hari-1) serta
untuk Ks sebesar 7.85426 (gCOD/l). 2.
Besarnya %COD removal berbanding lurus dengan nilai max
namun sebaliknya berbanding terbalik dengan kd.
3. Dengan menggunakan data parameter kinetika yang diperoleh, maka nilai substrat keluaran reaktor dapat diprediksikan
dan
dibandingkan
dengan
hasil
eksperimen, sehingga diperoleh %error paling tinggi adalah pada load 1.67 kgCOD/m3.hari yaitu 12.6 %
sedangkan untuk yang paling rendah pada load 1.43 kgCOD/m3.hari yaitu 4.99 %
TERIMAKASIH…
MASS BALANCE SUBSTRATE
MASS BALANCE BIOMASS
MONOD EQUATION
NILAI KONSTANTA MONOD
PERCOBAAN INI
Ks
7.85426
PERCOBAAN TERDAHULU (W.C. HU) 0.885
kd
0.13188
0.0531
max
0.95721
0.6819
Y
0.05244
0.2659
80.00% 70.00%
%COD Removal
60.00% 50.00% 40.00%
30.00% 20.00% Hasil Eksperimen
10.00%
Hasil Pers. Monod
0.00% 2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
HRT (hari)
6
6.5
7
7.5
