Jurnal Teknologi Proses Media Publikasi Karya Ilmiah Teknik Kimia
6(1) Januari 2007: 17 – 21 ISSN 1412-7814
Studi Atas Kinerja Biopan dalam Reduksi Bahan Organik: Kasus Aliran Sirkulasi dan Proses Sinambung Maya Sarah Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan 20155
[email protected] Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja biopan pada pengolahan limbah cair dengan aliran sirkulasi dan proses sinambung. Sebagai sumber C digunakan limbah glycerin pitch sintetik yang diencerkan. Umpan dengan beban organik awal sebesar 20.000 mgCOD/L diumpankan ke dalam biopan yang memiliki tiga buah kompartemen dengan volume kerja sebesar 12,75 L, laju alir volumetrik 0.07 ml/detik dan perbandingan volume inokulum dan sumber C pada awal pengolahan sebesar 25:75. Penelitian menunjukkan bahwa penelitian dengan aliran sirkulasi lebih baik karena menghasilkan efisiensi penyisihan COD yang lebih baik, yaitu sebesar 62% dibandingkan dengan proses sinambung yang hanya menghasilkan efisiensi penyisihan COD sebesar 53%. Ditinjau dari jumlah biomassa yang dihasilkan, maka jumlah biomassa yang dihasilkan pada aliran sirkulasi lebih kecil jika dibandingkan dengan proses sinambung. Keunggulan aliran sirkulasi yang lain adalah memiliki harga pH yang cukup stabil. Kata kunci: biopan, inokulum, glycerin pitch, sirkulasi, sinambung.
Pendahuluan Biopan adalah reaktor berbentuk ruang-ruang bersekat (disebut kompartemen) yang dirancang untuk menghasilkan proses anaerobik kecepatan tinggi [a] [c]. Cairan mengalir dari satu kompartemen menuju kompartemen berikutnya melalui rongga antarkompartemen. Penyekatpenyekat disusun sedemikian rupa, agar memudahkan cairan yang diolah mengalir menuju dan/atau meninggalkan kompartemen. Rancangan yang sederhana memungkinkan modifikasi biopan untuk pengolahan limbah yang lebih spesifik. Pengolahan limbah cair industri oleokimia yang mengandung glycerin pitch menggunakan
biopan pernah dilakukan dalam penelitian terdahulu dengan efisiensi penyisihan bahan organik 60% dengan konsentrasi awal 15.000 mgCOD/L[b]. Untuk meningkatkan efisiensi penyisihan bahan organik, maka dalam penelitian ini dilakukanlah modifikasi proses pengolahan dengan aliran sirkulasi dan sinambung. Sebagai sumber C digunakan limbah glycerin pitch sintetik yang memiliki komposisi antara lain gliserin, NaCl, Na2SO4, Na2CO3, NaOH, asam lemak, ester-ester, air, dan sisanya abu dengan konsentrasi awal 20.000 mgCOD/L.
Maya Sarah / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 17 – 21
18 Metodologi
Material 1. Inokulum: kultur campuran dari unit pengolahan limbah domestik yang diaklimatisasi dengan limbah oleokimia yang dikondisikan secara anaerobik. 2. Limbah oleokimia yaitu glycerin pitch sintetik yang memiliki komposisi sebagai berikut: TABEL 1: Komposisi glycerin pitch sintetis Komponen Fraksi massa Gliserin 0,300 NaCl 0,350 Na2SO4 0,100 Na2CO3 0,040 NaOH 0,020 FFA (As. Palmitat) 0,001 Air 0,189 Total 1,000 TABEL 2: Hasil analisa glycerin pitch sintetik Densitas Warna COD(mg/l) pH (gr/ml), 29oC 720.000 12,53 1,272 Kuning pucat
Alat 1. Unit biopan aliran sinambung 2. Unit biopan aliran sirkulasi Percobaan dilakukan dalam 2 buah biopan berdimensi 48 cm x 15 cm x 20 cm, terbuat dari kaca transparan dengan ketebalan 0,6 cm, masing masing memiliki tiga buah kompartemen yang semua penyekatnya menyudut 45o pada bagian bawah. Untuk setiap kompartemen, ukuran ruang pertama adalah setengah ukuran ruang berikutnya. Volume kerja kedua biopan adalah 12,17 L. Biopan aliran sinambung dilengkapi dengan pompa umpan, sedangkan bioreaktor aliran sirkulasi dilengkapi dengan pompa umpan dan pompa sirkulasi aliran dengan rasio 1: 1. Laju volumetrik aliran umpan dikalibrasi pada 0,07 ml/detik dan temperatur disesuaikan dengan suhu kamar. Pada bagian atas kedua biopan terdapat aliran keluaran gas yang dihubungkan pada unit perangkap gas. Gambar kedua biopan dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.
GAMBAR 2: Rangkaian peralatan biopan aliran sirkulasi umpan
Kompartmen 1
Kompartemen 1
Kompartmen 2
Komparetmen 2
keluaran
Kompartemen 3
keluaran Perangkap biogas
Kompartmen 3
Perangkap biogas
umpan pompa pompa
GAMBAR 1: Rangkaian peralatan biopan proses sinambung pompa sirkulasi
GAMBAR 2: Rangkaian peralatan biopan aliran sirkulasi
Maya Sarah / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 17 – 21
19
Metode Limbah cair oleokimia diumpankan ke dalam biopan yang telah berisi mikroorganisme yang telah diaklimatisasi, untuk keadaan awal perbandingan volume limbah dan mikroorganisme adalah 75: 25, kemudian umpan dialirkan dengan laju volumetrik 0,07 ml/detik untuk kedua unit biopan, pada tiap kompartemen biopan diambil sampel untuk dianalisa kandungan COD, pH, MLSS dan volume biogas yang dihasilkan secara menyeluruh pada biopan. Prosedur kerja ini dilakukan untuk kedua jenis biopan. Analisa dan pengamatan pada tiap kompartemen biopan dilakukan hingga parameter-parameter yang diamati stabil.
sebagian dari produk tahap asidogenesis dikonversi menjadi gas metana. Salah satu indikasi berlangsungnya tahap metanogenesis ini adalah nilai pH yang netral.
Hasil dan Pembahasan
b. Kinerja Pengolahan Aliran Sirkulasi
a. Kinerja Pengolahan Proses Sinambung
Limbah
Meskipun laju hidrolisis dan asidogenesis tidak sebanding dengan laju metanogenesis, namun secara umum proses reduksi bahan organik pada proses ini mampu menghasilkan efisiensi penyisihan bahan organik sebesar 53% atau pada konsentrasi sekitar 9.800 mgCOD/L. Hasil yang diperoleh ini jauh lebih baik dari efisiensi yang diperoleh dari pengolahan dengan proses curah yang hanya mampu mencapai efisiensi penyisihan bahan organik maksimum sebesar 43% [b]. Limbah
dengan
dengan
Kinerja pengolahan limbah dengan proses sinambung disajikan pada Gambar 3. Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa proses degradasi bahan organik pada kompartemen 1 dan 2 berlangsung dengan laju yang relatif sama dan berlangsung hingga 11 hari. Memasuki hari ke-9, seluruh bahan organik yang bersifat biodedradable telah habis terkonversi menjadi biomassa dan biogas. Kompartemen ke-1 mengindikasikan dominasi tahap hidrolisis dari bahan organik yang diumpankan ke dalam biopan, sedangkan proses pada kompartemen ke-2 didominasi oleh tahap asidogenesis yang diindikasikan oleh penurunan pH dalam kompartemen tersebut. Dominasi proses pembentukan biogas berlangsung pada kompartemen ke-3, di mana
Kinerja pengolahan limbah dengan aliran sirkulasi disajikan pada gambar 4. Penambahan aliran sirkulasi meningkatkan laju degradasi bahan organik pada keseluruhan kompartemen sehingga diperoleh laju penyisihan bahan organik sebesar 62% pada hari ke-11 atau pada konsentrasi 8.000 mgCOD/L. Hingga memasuki pengamatan di hari ke-11, laju degradasi bahan organik pada seluruh kompartemen masih tinggi, sehingga diprediksi efisiensi laju penyisihan bahan organik dapat meningkat hingga kestabilan tercapai. Aliran sirkulasi dalam pengolahan ini juga membantu menstabilkan alkalinitas sistem sehingga diperoleh pH yang lebih stabil. Sehingga secara keseluruhan pengolahan dengan aliran sirkulasi lebih stabil. Laju hidrolisis sebanding dengan laju asidogenesis dan sebanding dengan laju metanogenesis.
Maya Sarah / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 17 – 21
20
4
2.5
x 10
4000
kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
3000
1.5
MLSS (mg/L)
COD (mg/L)
2
kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
3500
1
2500 2000 1500 1000
0.5 500
0
0
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
0
14
14
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
14
0
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
14
700 kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
12
600 500 Biogas (ml)
10
pH
8 6
400 300
4
200
2
100
0
0
0
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
14
0
GAMBAR 3: Kinerja pengolahan dengan proses sinambung
Maya Sarah / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 17 – 21
21
4
2
x 10
3000
kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
1.8
MLSS (mg/L)
COD (mg/L)
1.6 1.4 1.2 1
2000 1500 1000 500
0.8 0.6
0
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
0
14
0
8
600
7
500 Biogas (ml)
6 5 4 3
4
6 8 waktu (hari)
10
12
14
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
14
400 300 200
kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
2 1 0
2
700
9
pH
kompartmen 1 kompartmen 2 kompartmen 3
2500
0
2
4
6 8 waktu (hari)
10
12
100
14
0
0
GAMBAR 4: Kinerja pengolahan dengan aliran sirkulasi
Kesimpulan
Daftar Pustaka
Pengolahan dengan aliran sirkulasi lebih baik karena menghasilkan efisiensi penyisihan COD yang lebih baik, yaitu sebesar 62% dibandingkan dengan proses sinambung yang hanya menghasilkan efisiensi penyisihan COD sebesar 53%. Ditinjau dari jumlah biomassa yang dihasilkan, maka jumlah biomassa yang dihasilkan pada aliran sirkulasi lebih kecil jika dibandingkan dengan proses sinambung. Keunggulan aliran sirkulasi yang lain adalah memiliki harga pH yang cukup stabil.
Barber W.P. and Stuckey D.C. 1999. The Used Of An Anaerobic Baffled Reactor (ABR) For Wastewater Treatment: A Review, Water Res. Sarah Maya. 1999. Pengolahan Limbah Cair Industri Fatty Alkohol Secara Anaerobik. Thesis Magister. Institut Teknologi Bandung. Setiadi T. dan Faisal. 1994. Palm Oil Mill Effluent Treatment by Anaerobic Baffled Reactors: Recycle Effects and Biokinetic parameters. Elsevier Science Ltd.
