Analisis kuantitatif pengaruh komposisi umpan terhadap kinerja digester kontinyu horisontal untuk produksi biogas dari kotoran sapi

IRWANTO, Dodi, Wiratni, ST.,MT., Ph.D

2008 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Penelitian mengenai optimasi terhadap produksi biogas secara trial and error telah banyak dilakukan. Namun keterangan yang ada belum dapat menjelaskan pengaruhnya secara kuantitatif. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan konsentrasi (kandungan BOD mula – mula) optimum pada umpan digester kontinyu horisontal untuk menghasilkan produksi biogas dengan jumlah sebanyak mungkin dan kadar metana setinggi mungkin. Analisis dilakukan secara kuantitatif dengan bantuan model matematis. Penelitian ini dilakukan dalam dua perlakuan. Pada perlakuan I, substrat berupa kotoran sapi dicampur dengan air. Rasio massa kotoran sapi : air yang akan digunakan sebagai bahan isian digester adalah 1 : 1, 1 : 2, dan 1 : 3. Pada perlakuan II, bahan baku dan komposisi yang digunakan pada perlakuan II adalah komposisi pada perlakuan I yang menghasilkan kadar gas metana paling optimal. Pada perlakuan ini dilakukan variasi penambahan batu kapur untuk mengubah nilai potensial redoksnya. Variasi penambahan batu kapur yang dilakukan adalah penambahan 0,5; 1,0; dan 1,5 g/L. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada proses produksi biogas yang melibatkan mikroorganisme dan senyawa – senyawa organik, nilai konstanta kecepatan reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi substrat mula – mula. Substrat dengan konsentrasi mula – mula 18.000 mg/L memberikan nilai kecepatan peruraian substrat sebesar 0,035/hari. Substrat dengan konsentrasi mula – mula 10.000 mg/L memberikan nilai kecepatan peruraian substrat sebesar 0,027/hari. Substrat dengan konsentrasi yang lebih rendah yakni 8.500 mg/L memberikan nilai kecepatan peruraian substrat yang lebih rendah pula yaitu sebesar 0,018/hari. Selektivitas yang paling tinggi akan diperoleh pada konsentrasi substrat yang memiliki potensial redoks paling negatif. Pada substrat dengan konsentrasi substrat mula – mula 18.000 mg/L dengan nilai potensial redoks sebesar -370 mV memberikan nilai selektivitas sebesar 0,6846. Substrat dengan konsentrasi mula – mula sebesar 10.000 mg/L dengan nilai potensial redoks sebesar -350 mV mempunyai nilai selektivitas sebesar 0,4632. Substrat dengan konsentrasi yang lebih rendah yakni 8.500 mg/L dengan nilai potensial redoks sebesar -310 mV mempunyai nilai selektivitas yang lebih rendah pula yaitu sebesar 0,1734. Pada konsentrasi substrat 8.500 mg/L hingga 18.000 mg/L dihasilkan nilai selektivitas akan semakin tinggi. Penambahan zat kapur akan menyebabkan semakin negatifnya nilai potensial redoks substrat, sehingga meningkatkan produksi metana. Pada penambahan zat kapur sebanyak 0,5 g/L mempunyai nilai potensial redoks sebesar -355 mV, kadar gas metana yang dihasilkan 42,55 %. Sedang pada penambahan zat kapur sebanyak 1,5 g/L mempunyai nil

Research about optimization to produce of biogas by trial and errors has been done. However, the description has not been able to explain the influence of process variables quantitatively. This research aims to determine the optimum feed concentration (initial BOD) in the continuous horizontal digester to yield a maximum amount of biogas with methane content as high as possible. Analysis was done quantitatively by means of mathematical model. This research studied two variations of digester feeds. As treatment I, substrate is a slurry of manure mixed with water. The mass ratios of manure : water in the feedstock were varied as 1:1, 1:2, and 1:3. As treatment II, various amounts of limestone were added to optimum feed concentration to vary the redox-potential value of the feed stock. At the optimum ratio of manure and water obtained in treatment I, the amount of limestone additions were 0,5; 1,0; and 1,5 g/L for three respective experiments. Results indicate that in biogas production process involving microorganism and organic compounds, the value of constants in the kinetics model are significantly influenced by the initial concentration of substrate. Substrate with initial concentration of 18000 mg/L gave the constant of substrate disappearance rate of 0,035/day. Substrate with initial concentration of 10000 mg/L gave the rate constant of 0,027/day. Substrate with lower concentration of 8500 mg/L gave the rate constant of 0,018/day. Highest selectivity was obtained at substrate with the most negative redox-potential. The feed with initial substrate concentration of 1000 mg/L and redox-potential of -350 mV resulted in selectivity of 0,4632 towards methane formation. Substrate with lower concentration namely 8500 mg/L with redox-potential value of - 310 mV showed much lower selectivity of 0,1734. Limestone used to degrade the redox-potential value of substrate can enlarge methane production. At limestone addition of 0,5 g/L gave the redoxpotential value of -355 mV, methane gas rate of 42,55 %. Whereas at limestone addition of 1,5 g/L gave the redox-potential value of -396 mV, methane gas rate of 43,25 %.

Kata Kunci : Boigas,Selektivitas,Potensial redoks,Kotoran sapi, biogas,selectivity,redox-potential,manure