Fermentasi Anaerobik Biogas Dua Tahap Dengan Aklimatisasi dan Pengkondisian pH Fermentasi

Abstract

Produksi biogas pada skala rumah tangga umumnya menggunakan teknologi fermentasi anaerobik di dalam satu biodigester (satu tahap), yang mengakomodasi dua tahap utama prinsip pembentukan biogas, yakni tahap asetogenesis dan tahap metanogenesis. Permasalahan yang muncul dari penggunaan digester biogas satu tahap adalah ketidakseimbangan proses fermentasi (peningkatan laju beban organik, waktu retensi senyawa organik yang lebih cepat, dan produktivitas biogas yang menjadi tidak maksimal). Untuk mengatasi hal tersebut, dilakukan penelitian yang bertujuan melakukan produksi biogas melalui sistem fermentasi anaerobik dua-tahap (two-stage anaerobic digestion), yang didukung dengan pengaturan pH pada proses metanogenik. Pada penelitian ini telah dilakukan proses aklimatisasi (aktivasi) bakteri yang menunjang proses asetogenik dan metanogenik pada skala laboratorium (19 L), dan selanjutnya menjadi inokulum untuk proses fermentasi skala pilot dengan kapasitas biodigester asetogenik 125 L dan metanogenik 500 L. Hasil proses aklimatisasi bakteri asetogenik pada media kotoran sapi menunjukkan adanya kestabilan pH yang dibutuhkan untuk reaksi asetogenik, yaitu pada kisaran pH 5-6, sedangkan kontrol menunjukkan perubahan pH yang masih ada di rentang pH netral yaitu 6-7. Kotoran sapi yang telah melalui proses asetogenik selama 2 minggu (pH awal 5,5), menjadi bahan baku pembuatan biogas pada digester metanogenik. Hasil dari proses metanogenik menunjukkan terjadinya peningkatan volume biogas dan komposisi gas metana (CH4) di dalam biogas. Komposisi CH4 tertinggi diperoleh pada hari ke-20 yakni 74,82% dengan volume produksi biogas tertinggi ada pada hari ke-22, dengan laju 8,87 L/hari. Potensi energi tertinggi yang diperoleh mencapai 217,66 kJ/hari.Generally, biogas production on the household scale is using one-stage anaerobic fermentation technology, which accommodates two main processes of biogas production, namely acetogenesis and methanogenesis. An obstacle of using one-stage biogas digester is the imbalance of the fermentation process that indicated by the increase of organic load rate and shorter retention time that lead to un-optimal biogas productivity. This research undertook the application of two-stage anaerobic digestion, supported by adjusting the initial pH for both acetogenic and methanogenic processes. Firstly, the research initiated by acclimatization (activation) process of acetogenic and methanogenic bacteria via fermentation in laboratory scale (19 L) digesters, separately. The results of acetogenic bacteria acclimatization process on cow dung media showed the pH stability needed for the reaction acetogenic, in the range of 5-6, while the control showed the pH changes still in the neutral pH range (6-7). The substrate from lab-scale acetogenic and methanogenic digester, then used as a starter for pilot-scale digester (125 L and 500 L, respectively). The mixture of water and cow dung were adjusted at initial pH 5.5 on acetogenic digester for 2 weeks. Those material were used for biogas production in the methanogenic digester. The result of the methanogenic process showed an increasing volume of biogas and the composition of methane (CH4) in the biogas. The highest CH4 composition was obtained on the 20th day, which reached 74.82%, and the highest volume of biogas production was at day 22, with the rate of 8.87 L/day. The highest energy potential obtained was 217.66 kJ/day.

Analisis Kadar Gas Metana Selama 17 Hari Waktu Fermentasi Pada Divisi Biogas Plant Pt Energi Agro Nusantara Mojokerto

“…Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai pH pada biodigester mengalami banyak penurunan. Hal tersebut disebabkan oleh adanya aktifitas mikroorganisme pada reaksi asidogenesis, sehingga pH mengalami penurunan [7] Bakteri pendegradasi senyawa organik komplek yang membutuhkan suasana lingkungan lebih asam, berada pada satu digester dengan bakteri penghasil metana yang membutuhkan suasana pH lebih netral (Iriani, dkk, 2017), menurut literatur, pH yang baik berada pada kisaran 6-7.5 karena pada kondisi tersebut mikroorganisme masih bisa hidup. Adapun penanganan yang dilakukan agar pH tetap pada kisaran 7 adalah penambahan NaOH 48% sebanyak ± 10 kg.…”

Pembuatan Biogas dari Limbah Cair Tahu Menggunakan Bakteri Indigeneous

“…Pada umumnya sebagai dekomposter (pengurai) senyawa organik dalam pembuatan biogas menggunakan bakteri EM4 atau bakteri yang diperoleh dari kotoran sapi, rumen sapi atau bakteri indigeneous yaitu bakteri yang berasal dari limbah itu sendiri, dimana mikroorganisme dekomposer terdiri dari bakteri Steptococci, Bacteriodes, Mathanobacterium, Desulfo-vibrio, Mathanobacillus, Metanaosacaria, dan Metanaococcus, [4], [9][10][11]. Produksi biogas dari limbah cair industri tahu dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: pH, suhu, pengadukan, rasio substrat/starter, dan jenis mikroorganisme [12][13][14][15]. Untuk itu, penelitian bertujuan untuk mengetahui pengaruh volume starter, waktu pengadukan dan waktu fermentasi terhadap produksi biogas dengan menggunakan starter berupa bakteri indigeneous yang'diperkaya'.…”

“…Selanjutnya kultur bakteri indigeneous diambil sebanyak 2 g kemudian dituangkan ke dalam erlenmeyer yang steril, ditambahkan 2 liter air distilat dan nutrient hingga diperoleh konsentrasi 1.000 ppm dan diaduk serta diatur pH hingga pH mencapai 6,5 -7,5. Larutan starter indigeneous diaklimatisasi (diperbesar volume starter) dengan cara menumbuhkembangkan pada volume cairan yang lebih besar yaitu 10 liter dan menambahkan nutrisi sebanyak 5 -10% volume, menjaga kondisi anaerob, pH serta suhu pertumbuhan optimum [14]. Selanjutnya dilakukan pengukuran MLSS untuk melihat jumlah pertumbuhan starter.…”

“…Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama pengadukan maka semakin terjadi homogenisasi bakteri dalam air limbah sehingga proses dekomposisi/ fermentasi bahan -bahan organik dapat berlangsung pada setiap titik dalam digester yang berakibat pada semakin besar biokonversi bahan organik oleh bakteri indigeneous untuk menghasilkan biogas maupun gas metana. Demikian juga semakin lama proses fermentasi air limbah tahu oleh bakteri indigenesous maka semakin banyak biogas maupun gas metana yang dihasilkan [12], [14]. Gambar 3 menunjukkan bahwa pada 20 hari dan pengadukan 14 hari merupakan kondisi produksi biogas dan gas metana yang maksimal dihasilkan yaitu masing-masing sebesar 5.000 ml dan 540 ml.…”

Aplikasi Desain Faktorial 23 pada Kadar CO2 Proses Purifikasi Bio-gas dengan Adsorben Genteng - Zeolite

“…Iriani, P.,et.al [2] menjelaskan dalam penelitiannya bahwa produksi biogas dari kotoran sapi pada umumnya dilakukan dengan menggunakan teknik fermentasi anaerob satu tahap (di dalam satu digester). Bakteri pendegradasi senyawa organik komplek yang membutuhkan suasana lingkungan lebih asam, berada pada satu digester dengan bakteri penghasil metana yang membutuhkan suasana pH lebih netral.…”