PRODUKSI BIOGAS DARI ECENG GONDOK MASALAH • Bagaimana produksi biogas dari eceng gondok pada reaktor yang dioperasikan secara batchdan secara plugflow? • Bagaimana penyisihan bahan
Post on 20-Mar-2019
261 Views
Preview:
Transcript
PRODUKSI BIOGAS DARI
ECENG GONDOK
PANGGIH WINARNI (NRP. 3309.201.003)
DOSEN:
Prof. Dr. YULINAH TRIHADININGRUM, MApp.Sc
Prof. Dr. Ir. SOEPRIJANTO, M.Sc
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 2
LATAR BELAKANG
?Energi Gulma
BiogasPRODUKSI
Reaktor Biogas
PERUMUSAN MASALAH
• Bagaimana produksi biogas dari eceng
gondok pada reaktor yang
dioperasikan secara batch dan secara
plugflow?
• Bagaimana penyisihan bahan organik
pada reaktor yang dioperasikan secara
batch dan secara plugflow?
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 3
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 4
TUJUAN
• Mengkaji produksi biogas dari eceng
gondok pada reaktor yang
dioperasikan secara batch dan
secara plugflow.
• Mengkaji penyisihan bahan organik
pada reaktor yang dioperasikan
secara batch dan secara plugflow.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 5
MANFAAT
• Mengurangi gulma yang terdapat
pada badan air untuk kemudian
digunakan sebagai bahan baku
biogas.
• Terciptanya reaktor biogas untuk
skala bench.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 6
• Eceng gondok yang digunakan berasal
dari badan air yang tereutrofikasi dan
hasil panen wetland.
• Bagian eceng gondok yang akan
digunakan hanya batang dan daun.
• Penelitian ini dilakukan pada skala
laboratorium.
BATASAN MASALAH
KARAKTERISTIK ECENG GONDOK
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 7
Net sedimentation
Karakteristik Awal Satuan Ghosh, Henry,
Christopher, 1985
Gunarsson dan
Petersen, 2006
Saputri,
2010
Total Solids (TS) % 8,81 6,2-9,4 6,2-9,4
Volatile Solids (VS) % 63,81 74-84 74,5-83,65
C % 33,84 - 18,54-27,6
N % 0,71 0,74-1,18 0,74-2,9
pH - 7,03 - -
Rasio C/N - 47,66 - 37,30
Eceng gondok mengandung selulosa dan
hemiselulosa (polisakarida kompleks yang
bercabang panjang).
Hidrolisis hemiselulosa = monomer yang
mudah didegradasi CH4
dan CO2
(Ghosh, Henry, dan Christopher, 1985)
KARAKTERISTIK KOTORAN SAPI
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 8
Net sedimentation
Biostarter ditambahkan untuk mempercepat produksi biogas. Kotoran sapi ditambahkan ke dalam reaktor
karena mengandung bakteri biodegradatif yang dapat memulai dan menyokong produksi biogas
(Chanakya dkk., 1993)
Karakteristik Satuan Malik, 2006 Saputri, 2010Total Solids (TS) % 90,50 81,17Volatile Solids (VS) % 77,50 87,75C % 26,30 45,49N % 1,44 0,69pH - - 7,08
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh bahan organik
yang dipecah secara anaerobik oleh
mikroorganisme.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 9
BIOGASProses pembentukan biogas:
a. HidrolisisPenguraian bahan-bahan organik mudah larut danpencernaan bahan organik yang komplek menjadisederhana, perubahan struktur bentuk polimermenjadi bentuk monomer.
b. PengasamanKomponen monomer (gula sederhana) yangterbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadibahan makanan bagi bakteri pembentuk asam.Produk akhir dari perombakan gula-gulasederhana contohnya asam asetat, gaskarbondioksida, hidrogen dan amonia.
c. MetanogenikTerjadi proses pembentukan gas metan. Bakteripereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini,yaitu mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnyamenjadi hidrogen sulfida .
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 10
FAKTOR YANG BERPENGARUH
Faktor yang
berpengaruh
Satuan Nilai Sumber
pH - 6.5-7.5 Peavy, Rove, dan
Tchobanoglous (1985)
Rasio C/N % 20-30 Chen dan Strevett (2002)
COD mg/L 5000-6000 Trihadiningrum dkk. (2010)
Temperatur ºC 35 Haryati (2006)
Hydraulic Retention
Time (HRT)
hari 10-60 Polprasert, (1996),
JENIS REAKTOR BIOGAS
Bila dilihat dari aliran bahan atau pengisian bahan
• Tipe Batch- Pengisian sekalibiogas terbentukproduksi sangat rendah
dibongkardiisi bahan organik baru.
- tidak ada gas yang keluar, hemat biaya.
- Biogas yang dihasilkan sekalimenunggu proses fermentasi lagi.
• Tipe Plugfow- Pengisian awalbiogas terbentukpengumpanan setiap
hari dengan jumlah tertentudiikuti dengan pengeluaran sludge.- Jumlah gas yang dihasilkan terus menerus
- ada gas yang terlepas dan sludge yang dikeluarkan belum selalu
terfermentasi semua.12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 11
12/08/2011
12
METODOLOGI
Ide Penelitian
Studi Literatur
Persiapan Bahan dan Alat Penelitian
Kegiatan:
1. Penelitian Pendahuluan
2. Pembuatan Reaktor Biogas
3. Pengoperasian Reaktor Biogas
4. Mengkaji penyisihan bahan organik
Hasil dan Pembahasan
Mulai
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 13
HASIL DAN PEMBAHASAN
(BATCH = 1L)
HASIL DAN PEMBAHASAN
PENELITAN PENDAHULUAN
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 14
Net sedimentation
Komposisi
Eceng
Gondok:Air
Eceng
Gondok
(g)
Air
(mL)
COD
(mg/L)
Produksi
Biogas
(mL)
Lama Waktu
Pembentukan
Biogas (hari)
1:2 50 100 21.538 0 0
1:3 50 150 19.230 13 5
Biogas lebih cepat terbentuk pada slurry eceng gondok dengan nilai COD yang lebih rendah.
Substrat yang lebih encer memiliki beberapa kelebihan yaitu melarutkan konsentrasi inhibitor metanogenesis menjadi lebih kecil (Ward dkk.,2008).
PENELITAN PENDAHULUAN
PERBANDINGAN KOMPOSISI 100% EG:0% KS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 15
Net sedimentation
* Awal Tertinggi
Hari ke- 5 24
V (ml) 15 510
Laju
(ml/hari)
H-8
(360)
H-24
510
* Awal Akhir Removal
COD
(mg/L)
6442 5492 14,75
VSS
(g/L)
15,64 0,56 96,39
TSS
(g/L)
19,52 4,09 79,05
* = rata-rata
PENELITAN PENDAHULUAN
PERBANDINGAN KOMPOSISI 75% EG:25% KS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 16
Net sedimentation
* Awal Tertinggi
Hari ke- 7 7
V (ml) 480 480
Laju(ml/hari)
H-7(480)
H-37(390)
* Awal Akhir Removal(%)
COD (mg/L)
27563 20577 25,35
VSS (g/L)
37,13 2,52 93,21
TSS (g/L)
43,79 14,45 67,00
* = rata-rata
PENELITAN PENDAHULUAN
PERBANDINGAN KOMPOSISI 50% EG:50% KS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 17
Net sedimentation
* Awal Tertinggi
Hari ke- 5 35
V (ml) 65 385
Laju
(ml/hari)
H-15
(285)
H-35
(385)
* Awal Akhir Removal
(%)
COD
(mg/L)
14035 10577 24,64
VSS
(g/L)
18,89 0,93 95,10
TSS
(g/L)
23,70 7,36 68,96
* = rata-rata
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 18
HASIL UJI STATISTIK REAKTOR
BATCH
Distribusi data tidak normal signifikansi data 0,036<0,05.
Untuk mengetahui pengaruh menggunakan uji non parametrik = sig data <0,05 (lanjut)
0% KS dengan 25% KS perbedaan pengaruh terhadap produksi biogas (sig=0,000) yang lebih besar 25% KS mean lebih besar
0% KS dengan 50% KS perbedaan pengaruh terhadap produksibiogas (sig=0,000) yang lebih besar 0% KS mean lebih besar
25% KS dengan 50% KS perbedaan pengaruh terhadap produksi biogas (sig=1,000) = tidak berbeda, mean = sama
HASIL DAN PEMBAHASAN
PENELITAN PENDAHULUAN PERBANDINGAN
KOMPOSISI
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 19
Komposisi EG:KSHRT =20 hari
COD (mg/L)
VolumeBiogas (L)
Rata-rata removal (%)COD VSS TSS
100% : 0% 6442 2,65 14,75 96,39 95,8175% : 25% 27563 3,19 25,35 93,21 93,4050% : 50% 14035 2,87 24,64 95,10 93,79
Komposisi yang terpilih adalah1) 100%EG : 0% KS (COD = 6442 mg/L)2) 75%EG : 25% KS (COD = 27563 mg/L)
Karena dengan kotoran sapi lebih banyak (50%) volume biogas lebih kecil dan penyisihan bahan organikmaupun total solid hampir sama dengan yang kotoran
sapinya lebih sedikit (75%)
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 20
PEMBUATAN REAKTOR BIOGAS (PLUG FLOW)
Volume Digester 30 L
Volume Operasi 20 L
Laju pengumpanan 1 L/hari
Aliran gas 1-2 L/min 20 ºC O2
pengujian kebocoran dengan cara:1. Reaktor diisi gas dari kompresor,
kemudian di jemur di bawahmatahari selama 4 jam, untukmengetahui kekuatan terhadaptekanan dan panas.
2. Reaktor disi penuh dengan air, diamkan selama 24 jam, jika adakebocoran di beri tanda.
3. Dilakukan perbaikan jika terjadikebocoran.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 21
HASIL DAN PEMBAHASAN
(BATCH DAN PLUGFLOW : 30 L)
HASIL DAN PEMBAHASAN
BATCH 30L
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 22
Net sedimentation
*100%
EG:0%
KS
Awal Akhir Removal
(%)
Awal Akhir Removal
(%)
COD
(mg/L)
15725 11459 27,13 35732 15271 57,26
VSS
(g/L)
3,42 1,46 57,45 6,92 2,05 70,33
TS
(g/L)
3,48 1,90 54,65 7,02 2,53 63,91
Gas 0 o
* = rata-rata
PLUGFLOW 30L
PERBANDINGAN KOMPOSISI 100% EG:0% KS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 23
Net sedimentation
A. Kurva volume biogas R1Total : 74,31 L
B. Kurva Laju Pembentukan Gas R1Laju pembentukan gas: 3-5 L/hari.
A
B
PLUGFLOW 30L
PERBANDINGAN KOMPOSISI 75% EG:25% KS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 24
y = 0.861x - 9.705R² = 0.701
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50
Vo
lum
e B
ioga
s (L
)
Waktu (hari)
75% EG:25% KS
Linear (75% EG:25% KS)
A. Kurva volume biogas R1
Total : 40,59 L
B. Kurva LajuPembentukan Gas R1Laju pembentukan gas: 2-3 L/hari.
A
B
PENYISIHAN BAHAN
ORGANIK DAN TOTAL SOLID
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 25
Net sedimentation
KOMPOSISI
EG : KS
Awal COD
(mg/L)
Akhir COD
(mg/L)
Removal
(%)
100% : 0% 15725 4120 73,80
75% : 25% 35732 4864 75,79
KOMPOSISI
EG : KS
Awal VSS
(g/L)
Akhir VSS
(g/L)
Removal
(%)
100% : 0% 3,42 0,85 75,16
75% : 25% 6,92 1,32 80,93
KOMPOSISI
EG : KS
Awal TSS
(g/L)
Akhir TSS
(g/L)
Removal
(%)
100% : 0% 3,48 0,98 71,87
75% : 25% 7,02 1,52 78,34
• Perbedaan besarnya nilai penurunan pada setiap reaktor dipengaruhi oleh kondisi mikroorganisme pengurai pada setiap reaktor dan kondisi lingkungan pada reaktor yang sangat mempengaruhi proses.
• Banyaknya kotoran sapi pada reaktor 2 menambah jumlah mikroorganisme pengurai bahan organik, sehingga removal COD pada reaktor ini lebih besar diantara reaktor lainnya.
• Menurut Sugiyana (2008), efisiensi penyisihan COD, BOD, TSS, VSS pada berbagai jenis reaktor anaerobik bervariasi antara 30%-90%.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 26
KESIMPULAN
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 27
Net sedimentation
Pengujian reaktor dilakukan denganmenggunakan hasil dari penelitianpendahuluan yaitu :
pada perbandingan eceng gondok dengan air 1:3 (COD 15725 mg/L)
dan perbandingan eceng gondok dibandingkotoran sapi 75%:25% (COD 35732 mg/L)
KESIMPULAN
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 28
Net sedimentation
Hasil dari pengujian reaktor:
• Pada pengisian reaktor menggunakan sistem batch,
tidak terjadi aliran biogas dari reaktor ke plastikpenampung.
• Pada pengisian reaktor menggunakan system kontinyu, reaktor dapat beroperasi dengan baik, dengan HRT 40 hari total biogas yang dihasilkanoleh reaktor 1 (100% EG:0% KS) sebesar 74,31 L. Sedangkan untuk reaktor 2 (75% EG:25% KS) sebesar 40,59 L.
KESIMPULAN
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 29
Net sedimentation
Penyisihan bahan organic (COD):1. Reaktor batch (1 L) penyisihan COD terbesar
(25,69%) pada komposisi eceng gondok dibandingkotoran sapi 75%:25%.
2. Reaktor batch (30 L) penyisihan COD terbesar(57,26%) pada komposisi eceng gondok dibandingkotoran sapi 75%:25%. Kontinyu (30 L) ) penyisihanCOD terbesar (86,39%) pada komposisi ecenggondok dibanding kotoran sapi 75%:25%.
SARAN
Untuk peneliti yang akan melakukan penelitian produksi biogas dari biomassa tumbuhan disarankan untuk:
• Menggunakan membuat campuran bahan dengan COD antara 10.000 hingga 20.000 mg/L agar produksi biogas dapat berjalan optimal.
• Melakukan pengadukan secara berkala agar biogas tidakterjebak di dalam sludge.
• Melakukan pengujian terhadap methan (CH4) yang dihasilkan dan memprediksi jumlah biogas dari ecenggondok yang dibutuhkan apabila digunakan untukmemasak dan menyalakan lampu.
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 30
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 33
Penentuan Desain Alat Biogas
Perancangan Kriteria Desain
Perakitan Alat Biogas
Uji Coba Reaktor
Mulai
Tidak
Selesai
Persiapan Bahan
PengukuranPemotonganPerakitanPengeleman
Masukan air hingga penuhMengisi dengan gas hingga
tekanan tertentuJemur di bawah matahari
terikYa
Mengalami Kebocoran
TAHAPAN PEMBUATAN DAN
PENGUJIAN KEBOCORAN
REAKTOR BIOGAS
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 34
Persiapan AlatPersiapan Bahan
Dimasukkan ke dalam reaktor kontinyu
Uji karakteristik akhir (COD,
VSS, pH)
Mulai
Selesai
Perangkaian reaktor biogas 2 unit:
• 1 Reaktor kontrol (bahan eceng
gondok)
• 1 Reaktor (bahan eceng gondok
dan kotoran sapi)
Uji Karakteristik Awal (COD, VSS, pH)
• Eceng gondok
diblender dicampur
dengan air dengan
perbandingan (hasil
dari penelitian
pendahuluan tahap I)
• Ditambah biostarter
kotoran sapi dengan
perbandingan sesuai
hasil dari penelitian
pendahuluan tahap II
Pengamatan volume biogas
yang terbentuk
TAHAPAN REAKTOR
BIOGAS
METODE ANALISA
12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 35
No. Parameter uji Metoda Sumber
1. Volume biogas Pengukuran volume
2. pH Potensiometri
dengan pH meter
Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995
3. Bahan organik COD Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995
4 VSS Gravimetri Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995
5 TS Gravimetri Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995
6 VS Gravimetri Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995
top related