Pengaruh Pengaturan pH dan Pengaturan Operasional Dalam Produksi Biogas dari Sampah Oleh : Nur Laili 3307100085 Dosen Pembimbing : Susi A. Wilujeng, ST., MT 1
Latar Belakang
2
Salah satu faktor penting dalam proses anaerobik adalah pH
Proses anaerobik berlangsung pada kisaran pH 6 – 8 dengan pH optimal + 7 (Igoni et al., 2008)
pH sampah segar sangat bervariasi, mulai dari 6,14; 5,05; 7,35; 7,23; 5,64; 5,7; dan 6,98
Pengaturan pH sampah pada tahap sart-up menggunakan kapur
3
Penelitian terdahulu menyebutkan bahwa produksi biogas menurun pada hari ke-12 sampai 15, hal ini terjadi karena pada saat tersebut konsentrasi zat organik dalam digester menurun akibat konversi zat organik menjadi CH4, CO2, dan gas-gas lain. Dalam penelitian ini akan dilakukan pengaturan operasional berupa penambahan bahan baku (sampah) untuk menambahkan substrat bagi mikroorganisme, dengan harapan zat organik yang dikonversi menjadi gas metana bertambah dan gas metana yang dihasilkan juga bertambah. 4
Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh pengaturan pH pada tahap start-up dalam produksi biogas dari sampah? 2. Bagaimana pengaruh pengaturan operasional (penambahan bahan baku) dalam produksi biogas dari sampah? 1.
5
Ruang Lingkup 1.
2. 3. 1.
Sampah yang digunakan adalah sampah makanan dan sampah kebun dengan komposisi 3:1 Penelitian dilaksanakan selama 60 hari. Perencanaan desain reaktor Desain reaktor volume150 liter. Variabel dalam penelitian ini adalah : ◦ Pengaturan pH ◦ Penambahan bahan baku 6
Tujuan Menentukan pengaruh pengaturan pH pada tahap start-up dalam produksi biogas dari sampah. 2. Menentukan pengaruh pengaturan operasional (penambahan bahan baku) dalam produksi biogas dari sampah. 1.
7
Manfaat Sebagai masukan bagi masyarakat ataupun institusi, yang melakukan pengelolaan sampah secara anaerobik untuk memanfaatkan biogas yang terbentuk, sehingga kedepannya dapat mengoptimalkan biogas yang dihasilkan guna memenuhi kebutuhan energi.
8
Tinjauan Pustaka Sampah didefinisikan sebagai segala macam buangan, yang dapat berupa padatan yang timbul akibat kegiatan manusia dan hewan, dan dianggap tidak berguna atau tidak diinginkan lagi (Tchobanoglous et al., 1993). Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik (Wahyuni, 2010). 9
Komposisi biogas Komponen Metana
Konsentrasi 50 – 75 % vol
Karbon dioksida
25 – 45 % vol
Hidrogen sulfida
20 – 20.000 ppm
Nitrogen
<2% vol
Oksigen
<2% vol
Hidrogen
<1% vol
10
Tahapan pembentukan biogas
11
Kerangka Penelitian METODE
LATAR BELAKANG Realita Saat Ini
Kajian Pustaka
• Biogas merupakan sumber energi alternatif dimana setiap 1 m3 metana setara dengan 10 kWh atau setara dengan 0,6 liter fuel oil. Sebagai pembangkit tenaga listrik, setara dengan 60 – 100 watt selama 6 jam penerangan. • Biogas dapat dihasilkan dari ampas tahu, bungkil kelapa sawit, kotoran manusia, sisa bahan makanan dari dapur, dan sampah organik biodegradable lainnya.
Permasalahan I
Bagaimana pengaruh pengaturan pH pada tahap start-up dalam produksi biogas dari sampah?
Tujuan I
Menentukan pengaruh pengaturan pH pada tahap start-up dalam produksi biogas dari sampah.
GAP
• Penerapan teknologi biogas yang ada selama ini adalah memanfaatkan kotoran ternak. • Pemanfaatan biogas yang dihasilkan dari sampah organik biodegradable masih belum optimal dalam pemenuhan kebutuhan energi masyarakat.
Pengumpulan Data
Pengumpulan data primer dilakukan dengan cara: • Pengukuran • Perhitungan (dari analisa laboratorium) • • •
Studi Literatur
Komposting Biogas Penelitian terdahulu
Permasalahan II
Bagaimana pengaruh pengaturan operasional dalam produksi biogas dari sampah?
Tujuan II
Menentukan pengaruh pengaturan operasional (penambahan bahan baku) dalam produksi biogas dari sampah.
HASIL PENELITIAN Didapatkan hasil penelitian dari adanya pengaturan pH pada tahap start-up dan pengaturan operasional dalam produksi biogas yang dihasilkan dari sampah
Analisa Data •
Analisis awal karakteristik sampah sebagai bahan baku biogas. • Analisis masing-masing data parameter. • Data-data yang diperoleh diolah dengan menggunakan microsoft excel. Metode Analisis Parameter Suhu : thermometer pH : pH meter Kadar air, total solid, volatil solid : gravimetri TKN : Kjeldahl-Nitrogen Volume biogas : gas holder
12
Variasi perlakuan Pengaturan pH Variasi Perlakuan
Tidak dilakukan pH 7
pH 8
R1
R2
R3
R4
R5
R6
Operasional
Pengaturan
pengaturan pH Tidak ada penambahan bahan baku Penambahan bahan baku
13
Reaktor penelitian
14
Karakteristik awal sampah Sampah Sampah
Sampah
Taman
Dapur
pH
5,82
5,28
5,49
Suhu (oC)
31,0
30,0
28,0
Kadar air (%)
69,70
85,71
-
Total Solid (g/g)
0,303
0,143
-
Volatil Solid (g/g)
0,270
0,090
-
Densitas (kg/m3)
172
418
348
Parameter
Campuran (1:3)
15
Karakteristik Awal Sampah Dalam Digester Kondisi Awal Parameter R1
R2
R3
R4
R5
R6
6,58
8,53
8,22
4,06
8,36
8,50
35
36
35
35
37
37
Kadar air (%)
81,96
81,81
80,35
80,54
81,91
79,29
Total Solid (g/g)
0,180
0,182
0,196
0,195
0,181
0,207
Volatil Solid (g/g)
0,148
0,146
0,141
0,163
0,139
0,165
pH Suhu (oC)
16
Analisis Parameter Selama Proses Degradasi Sampah 1. Analisis 2. Analisis 3. Analisis 4. Analisis 5. Analisis
Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter
Suhu pH Kadar Air Total Solid Volatil Solid
17
Parameter Suhu
18
Parameter pH
19
Parameter Kadar Air
20
Parameter Total Solid
21
Parameter Volatil Solid
22
Pembentukan Biogas
Produksi Biogas Pada Variasi Tanpa Penambahan Bahan Baku Produksi Biogas Pada Variasi Penambahan Bahan Baku
23
Produksi Biogas Pada Variasi Tanpa Penambahan Bahan Baku
Reaktor
Hari Awal
Hari Volume Tertinggi (liter)
R1
3
12
18,3
R2
3
5
29,93
24
Produksi Biogas Pada Variasi Penambahan Bahan Baku
Reaktor Hari Awal
Hari Volume Tertinggi (liter)
R4
3
12
27,32
R6
4
6
20,45
25
Volume biogas total
26
Pengaruh Pengaturan pH Pada Tahap Start-Up Terhadap Produksi Biogas Hasil pengaturan pH yang dilakukan pada tahap awal pengoperasian tidak sesuai dengan pengaturan yang diharapkan
Dalam pengamatannya, pH sampah setelah ditambah kapur melebihi pengaturan yang diinginkan
Tidak memberikan hasil yang optimal, biogas yang dihasilkan lebih sedikit daripada reaktor tanpa pengaturan pH 27
Pengaruh Penambahan Bahan Baku Terhadap Produksi Biogas 27,32 liter
8,1 liter
10
11 28
Karakteristik Akhir Sampah Parameter
R1
R2
R3
R4
R5
R6
pH
6,9
7,41
7,52
6,88
7,38
7,48
Suhu (oC)
28,0
28,5
28,5
28,0
28,0
28,0
Kadar air (%)
84,17
84,88
82,24
83,97
84,20
80,96
TS (g/g)
0,158
0,151
0,178
0,160
0,158
0,190
VS (g/g)
0,115
0,115
0,134
0,115
0,118
0,143 29
Biogas Yield Biogas Yield Reaktor (ml/gVS) R1
493.21
R2
375.82
R3
0.00
R4
507.43
R5
0.00
R6
107.43 30
Kesimpulan • Pengaturan pH menggunakan kapur belum memberikan hasil yang optimal karena proses degradasi yang berlangsung masih pada tahap hidrolisis.
• Penambahan bahan baku yang dilakukan pada hari ke-27 tidak memberikan hasil yang optimal karena massa sampah yang ditambahkan hanya 1/8 dari massa sampah awal serta tidak dilakukan pengadukan sehingga tidak tercapai homogenitas substrat dan mikroorganisme. • Biogas yield terbesar dihasilkan oleh R4 dengan variasi tanpa pengaturan pH dan penambahan bahan baku, yakni sebesar 507,43 ml/gVS. Biogas yield pada R1 dan R2 masing-masing 493,21 ml/gVS dan 375,82 ml/gVS serta sebesar 107,43 ml/gVS pada R6.
31
Saran Dalam pengadukan sampah ataupun pencampuran sampah dengan kapur hendaknya dilakukan dengan baik sehingga sampah tercampur merata. Pengaturan pH dapat diganti dengan bahan lain yang dapat memberikan hasil yang akurat terhadap perubahan pH. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui besarnya penambahan massa sampah yang sesuai sehingga dapat dicapai hasil yang optimal. Variasi range pH terhadap sampah juga dapat diperbesar sehingga memudahkan pengaturan pH. Wadah penangkap gas hendaknya proporsional dengan volume reaktor yang digunakan sehingga dapat menampung biogas dalam jumlah besar dan waktu yang lama.
32
Terima kasih
33
