JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

Krisis energi di Indonesia sebagai akibat menipisnya

cadangan bahan bakar khususnya dari bahan bakar yang

tidak dapat diperbaharui sehingga menuntut Indonesia

mencari sumber bahan bakar alternatif yang dapat

diperbaharui. Salah satu energi terbarukan yang dapat

digunakan adalah biogas. Keuntungan yang lain adalah

biogas dapat memproduksi gas yang bersih yang dapat dibuat

mengunakan limbah organik. Terbentuknya biogas

diakibatkan adanya penguraian limbah organik oleh bakteria

anaerobik. Penelitian ini, menggunakan reaktor dengan

volume 3000 L dilakukan secara kontinyu. Dari hasil

percobaan diperoleh nilai parameter kinetika pertumbuhan

bakteri berdasarkan persamaan Monod adalah Y = 0,05282

(gMLSS/gCOD), Kd = 0,135995 (hari-1

), max = 0,95703 (hari-

1) serta Ks = 7,5027 (gCOD/l). Dengan menggunakan

parameter kinetika tersebut dapat memprediksi nilai substrat

keluaran dengan %error paling tinggi adalah pada load 2

kgCOD/m3.hari yaitu 15,06 % sedangkan untuk yang paling

rendah pada load 1,43 kgCOD/m3.hari yaitu 2,62 %.

Kata kunci : Bahan Bakar, Anaerobik, Kinetika Biologi,

Reduksi COD

I. PENDAHULUAN Biogas merupakan energi alternatif yang dapat dihasilkan

dari limbah rumah tangga, kotoran hewan, kotoran manusia, sampah organik dan limbah industri organik, yang mengalami proses penguraian atau fermentasi oleh mikroorganisme secara anaerobik. Dan telah banyak dikembangkan di beberapa negara. India dan China adalah negara-negara yang mengembangkan teknologi pembuatan biogas sejak lama serta memiliki aplikasi teknologi yang sudah maju. Negara lain yang telah mengembangkan antara lain Italia, Korea, Filipina, Thailand, Jepang, Amerika Serikat, Jerman dan Papua Nugini.

Pada setiap proses pembuatan biogas, banyak tinjauan yang mempengaruhi produksi dan hasil kualitas produksi gas bio salah satunya adalah kinetika pertumbuhan bakteri. Kinetika pertumbuhan bakteri merupakan hal yang dapat menjadi acuan penting dalam penelitian lebih lanjut mengenai performance reaktor biogas. Dengan berbagai jenis limbah yang dapat digunakan pada biogas, kinetika pertumbuhan bakteri ini dapat

menjadi acuan dalam analisis performance, efisiensi reaktor dan prediksi produksi gas bio yang dapat terbentuk nantinya

Pada penelitian ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan reaktor 3000 Liter dan feed molases. Molases yang digunakan berasal dari pabrik gula Candi, Sidoarjo, Jawa Timur.

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan data-data proses sehingga bisa mendapatkan konstanta pertumbuhan bakteri serta mendapatkan hubungan konstanta pertumbuhan bakteri dengan hasil produksi biogas dan % COD removal yang terbentuk.

II. URAIAN PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah molases dengan jumlah COD yang masih tinggi yaitu sebesar 1.340.000 mgCOD/L. Dalam penelitian ini limbah molases tersebut diencerkan hingga 10.000 mgCOD/L sesuai dengan variabel yang di tetapkan pada percobaan ini. Pengenceran dilakukan pada tangki umpan yang memiliki volume 1200 L. Limbah molases yang digunakan diperoleh dari Pabrik Gula (PG) Candi. Percobaan awal dimulai dengan pembuatan starter biogas dengan menggunakan campuran air dan kotoran sapi 6:1 selama 15-30 hari hingga akhirnya bisa dibakar. Kemudian feed molases yang telah disiapkan dengan konsentrasi 10000 mgCOD/L dimasukkan dengan Load sesuai variabel sebesar 3,33 kgCOD/m3, 2 kgCOD/m3, 1,67 kgCOD/m3, dan 1,43 kgCOD/m3. Pada setiap variabel dicatat volume gas yang terbentuk hingga produksi gas yang terbentuk stabil, kemudian mengambil sampel effluent reactor untuk setiap varibel setelah mencapai keadaan yang stabil. Data yang diujikan dari sampel adalah effluent substrate (S), jumlah biomass yang terbentuk (MLSS) dan Volatile Fatty Acid. Dari data yang diujikan dapat dibuat grafik untuk mengetahui besarnya maximum specific

growth rate (max), substrate saturation constant (Ks), growth

yield (Y) dan endogeneous constant(Kd)

Analisa Kinetika Pertumbuhan Bakteri Dan Pengaruhnya Terhadap Produksi Biogas Dari Molases Pada Continuous Anaerobic Reactor

3000 L Ahmad Nurhadi, Priya Agung Parsha Utama, Nonot Soewarno, Siti Nurkhamidah

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

e-mail: ltd_tkits_sby@yahoo.com

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

2

III. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil analisa pada effluent reaktor untuk setiap variabel

dan mendapatkan nilai COD, MLSS dan VFA. Besaran-besaran tersebut digunakan untuk menentukan nilai kinetika dengan menggunakan persamaan :

Untuk mendapatkan growth yield (Y) dan endogeneous

constant(Kd). Kemudian untuk mendapatkan maximum

specific growth rate (max), substrate saturation constant (Ks) digunakan persamaan berikut :

Dari konstanta yang telah didapatkan dengan persamaan diatas, effluent substrate dapat diprediksi dengan persamaan :

............................................. Berikut data analisa keluaran

substrat hasil penelitian dengan kandungan substrate inlet 10000 mg/l dan variasi load.

Tabel 1. Hasil Analisa Substrate Keluaran dengan Inlet Substrat 10000 mg/l dan Variasi Load

Parameter HRT

3 5 6 7 Load

(kgCOD/m3.hari) 3,33 2 1,67 1,43

S (mg/l) 6848 3448 3127 3104,00 MLSS (mg/l) 120 202 177 220,00 VFA (mg/l) 1250 960 982 942,00

Dengan menggunakan data yang diperoleh dari analisa effluent reaktor sebagaimana tercantum pada Tabel I, maka dapat dibuat dua buah grafik sesuai dengan menggunakan persamaan monod, untuk memperoleh nilai kinetika biologis meliputi antara lain: growth yield (Y), endogeneous constant (Kd), maximum specific growth rate (max) dan substrate

saturation constant (Ks).

Gambar 1. Menentukan nilai Y dan kd

Untuk mendapat nilai kinetika pertumbuhan bakteri untuk parameter kinetika Y dan Kd, maka di buat grafik sesuai dengan Persamaan (1). Kemudian dilinearisasi sehingga diperoleh persamaan orde 1, y = 18,933x + 2,5748 dengan R² = 0,8736. Dari persamaan tersebut diperoleh slope sebesar 18,933 dan intercept sebesar 2,5748. Menurut Persamaan (1),

slope dari persamaan tersebut adalah nilai sehingga diperoleh nilai Y adalah sebesar 0,05282 (gMLSS/gCOD). Sedangkan untuk intercept dari pesamaan tersebut merupakan nilai sehingga diperoleh nilai Kd adalah sebesar 0,135995 (hari-1).

Gambar 2. Mendapat Nilai max dan Ks Untuk kinetika parameter selanjutnya adalah max dan Ks

yang diperoleh dari membuat grafik hasil keluaran reaktor menurut Persamaan (2). Hasil grafik pada Gambar 3 yang dilinearisasi sehingga diperoleh persamaan orde 1, y = 7,1803x + 1,0449 dengan R²=0,9594. Dari persamaan tersebut diperoleh slope sebesar 7,1803 dan intercept sebesar 1,0449. Menurut persamaan 7, intercept dari pesamaan tersebut adalah nilai sehingga diperoleh nilai max adalah

sebesar 0,95703 (hari-1). Sedangkan nilai slope dari persamaan tersebut adalah nilai sehingga diperoleh nilai Ks adalah

sebesar 7,5027 (gCOD/l). Dari hasil tersebut, terdapat hubungan dalam

memprediksi nilai effluent secara teoritis yaitu besarnya %

COD removal akan berbanding lurus dengan nilai max namun sebaliknya berbanding terbalik dengan Kd.

Untuk mengetahui parameter kinetika pertumbuhan yang diperoleh dalam penelitian ini baik, menggunakan parameter kinetika tersebut memprediksi nilai substrat keluar menggunakan Persamaan (3). Sehingga diperoleh nilai substrat keluar, sebagai berikut.

Tabel 2. Perbandingan Hasil Eksperimen dan Teoritis

Dari Tabel 2 diatas, diperoleh nilai % error pada HRT 3, 5, 6, dan 7 hari. % error paling tinggi terjadi pada HRT 6 hari, dan terendah pada HRT 7 hari. Hasil perbandingan digambarkan dalam grafik di bawah ini.

Parameter HRT 3 5 6 7 S (Percobaan) 6848 3448 3127 3104 S (Perhitungan) 7220 4059 3470 3084.96 % Error 5,5 % 15 % 9,9% 2,62 %

(3)

(2)

(1)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

Gambar 3. Perbandingan Hasil Eksperimen dan Pers. Monod

Pada Gambar 3 terlihat perbedaan dari % COD removal hasil analisa dan persamaan monod cukup kecil. Bahkan pada HRT 7 hari mencapai nilai yang hampir sama. Hal ini membuktikan bahwa hasil penelitian ini cukup baik.

Telah banyak dilakukan penelitian tentang kinetika pertumbuhan yang dilakukan. Berikut adalah penelitian yang dijadikan acuan tentang kinetika pertumbuhan bakteri menggunakan persamaaan monod.

UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan kali ini atas segala bantuannya dalam

pengerjaan skripsi ini, kami mengucapkan terima kasih kepada Kedua orang tua kami dan keluarga yang telah banyak memberikan dukungan moral, spiritual, dan material. Bapak Prof. Dr. Ir. Nonot Soewarno, M. Eng dan Ibu Siti Nurkhamidah, S.T., M.S., Ph.D selaku dosen pembimbing kami. Rekan - rekan seperjuangan dari laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, Teknik Kimia FTI-ITS.

DAFTAR PUSTAKA [1] Hu, W.C., Thayanithy, K., Forster, C.F., 2001. “Kinetic

Study Of Anaerobic Digestion Of Sulphate-Rich Wastewaters From Manufacturing Food Industries”. Environmental Science and Technology. 7, 342-349

[2] Metcalf and Eddy. 2002. “Wastewater Engineering : Treatment and Reuse. Mc-Graw Hill”, New York. USA.

[3] Soewarno, N., Ismail, E., dan Ahmad, D., 2002. “Peningkatan Waktu Tinggal Cairan dalam Reaktor Horizontal Sebagai Studi Awal Meningkatkan Produksi Gas”. ITS Surabaya. Surabaya.

[4] Simamora, S., Salundik, Wahyuni, S., Surajudin., 2008. “Membuat Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak & Gas dari Kotoran Ternak”. PT.Agro Media Pustaka. Jakarta Selatan

[5] Sundstrom, D. W and H. E. Klei., 1979. “Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J.

[6] Suyitno, Nizam, M. dan Dharmanto., 2010. “Teknologi Biogas.Pembuatan.Operasional dan Pemanfaatan. Graha Ilmu”. Yogyakarta.