LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014 ANALISA KINETIKA PERTUMBUHAN BAKTERI DAN PENGARUHNYA TERHADAP PRODUKSI BIOGAS DARI MOLASES PADA CONTINUOUS REACTOR 3000 L Ahmad Nurhadi (2310100010) Priya Agung Parsha Utama (2310100156) Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Nonot Soewarno M. Eng Siti Nurkhamidah, ST.,MS., Ph.D
LATAR BELAKANG Langka dan tingginya harga bahan bakar fosil Banyaknya riset untuk mencari sumber energi alternatif yang mudah diaplikasikan Biogas merupakan sumber energi ramah lingkungan dapat diperoleh dari antara lain kotoran hewan dan limbah organik menggunakan proses anaerobik Penelitian konstanta kinetika pertumbuhan mikroorganisme pada biogas masih jarang dilakukan Mendapatkan nilai kinetika yang berdasarkan pada percobaan dan dibandingkan dengan perhitungan teoritis untuk mengetahui performance anaerobic digester reaktor
PENELITIAN TERDAHULU 2002 2005 N. Soewarno et al Peningkatan Waktu Tinggal Cairan dalam Reaktor Horizontal Sebagai Studi Awal Meningkatkan Produksi Gas Penelitian menggunakan reaktor Horizontal dan efisiensi waktu tinggal 97,07 % J. Biswas Experimental Studies And Mathematical Modeling Of A Semibatch Biodigester Using Municipal Market Waste A Feed Stock Penelitian menggunakan semibatch, menggunakan mathematical modeling dan dilakukan dalam skala laboratorium.
PENELITIAN TERDAHULU 2001 2008 W.C. Hu Kinetics Study Of Anaerobic Digestion Of Sulphate Rich Wastewater Form Manufacturing Foof Industries Penelitian menggunakan Molasses dan reaktor CSTR bervolume 5 liter. Variabel yang digunakan adalah HRT 2, 3,4, 5, 6, 7 hari N. Hendrianie Pengaruh kandungan sulfat pada produksi biogas dan kinetika pertumbuhan bakteri pada reaktor biogas Penelitian menggunakan limbah sludge PT. SIER dengan reactor batch.
PERUMUSAN MASALAH 1. Berapakah besarnya nilai konstanta pertumbuhan bakteri dari feed biogas dari molases pada reaktor tipe Floating Drum. 2. Apakah konstanta pertumbuhan bakteri pada reaktor biogas sesuai dengan hasil biogas yang dihasilkan dan %COD removal yang terjadi.
TUJUAN PENELITIAN 1. Untuk mendapatkan data-data proses sehingga bisa didapatkan konstanta laju pertumbuhan bakteri. 2. Untuk mendapatkan hubungan konstanta laju pertumbuhan bakteri dengan %COD removal yang terbentuk
MANFAAT PENELITIAN 1. Mendapatkan konstanta pertumbuhan bakteri untuk mengetahui performance reaktor biogas dengan menggunakan bahan molases 2. Sebagai salah satu acuan pertimbangan dalam menggunakan biogas sebagai solusi energi alternatif bagi masyarakat.
MEKANISME REAKSI Tahap Hidrolisa Tahap Asidifikasi Tahap Methanasi
TAHAP HIDROLISA (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O n(c 6 H 12 O 6 ) (Selulosa) (Glukosa)
TAHAP ASIDIFIKASI C 6 H 12 O 6 (Glukosa) 2CH 3 CHOHCOOH (Asam Laktat) C 6 H 12 O 6 CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + 2H 2 (Glukosa) (Asam Butirat) C 6 H 12 O 6 CH 3 CH 2 COOH + CO 2 + 2CO + 3H 2 (Glukosa) (Asam Propionat) C 6 H 12 O 6 (Glukosa) 3CH 3 COOH (Asam Asetat)
TAHAP METHANASI CH 3 CH 2 COOH + 1/2 H 2 O 7/4 CH 4 + 5/4 CO 2 (Asam Propionat) 2CH 3 (CH 2 ) 2 COOH + 2H 2 O + CO 2 4CH 3 COOH + CH 4 (Asam Butirat) 4H 2 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O CH 3 COOH CH 4 + CO 2 (Asam Asetat) (Asam Asetat)
KONSTANTA KINETIKA PERTUMBUHAN BAKTERI Untuk mendapatkan K d dan Y, dapat digunakan persamaan berikut : HRT = Hydraulic Retention Time Kd = Konstanta Endogenous (1/hari) S = Substrate effluent (COD keluar) X = Biomass effluent (MLSS) Y = Yield Growth (g MLSS/g COD)
Untuk memperoleh K S,dan max, bisa diperoleh dari persamaan berikut : Ks = Konstanta Saturation (g COD/l) max = Maximum Specific Growth (1/hari)
Untuk memperoleh perhitungan substrat Effluent secara teoritis, dapat digunakan persamaan berikut:
DIAGRAM ALAT PENELITIAN Valve Regulator Inlet substrate Gas Holder Outlet Gas Tangki Umpan Outlet substrate Pompa Umpan Pompa Sirkulasi Reaktor Fermentasi
SKEMA REAKTOR BIOGAS
GAMBAR REAKTOR BIOGAS
Bahan Penelitian 1. Kotoran Sapi 2. Molases 3. Urea 4. NaOH 5. Air Kondisi Operasi 1. Temperatur : ± 30 o C 2. ph : ± 7 Variabel Penelitian 1. HRT 3 hari = 10000 mg/l = 3.33 kgcod/m 3.hari 2. HRT 6 hari = 10000 mg/l = 1.67 kgcod/m 3.hari 3. HRT 7 hari = 10000 mg/l = 1.43 kgcod/m 3.hari
PROSEDUR KERJA PEMBUATAN STARTER Mencampurkan KS + Air KS : Air = 1:6 Ye Yes Fermentasi 15 hari dan Sirkulasi No Analisa COD; MLSS; ph
PROSEDUR KERJA PERSIAPAN BAHAN Mencampurkan Molases + Air Mengencerkan Sesuai variable dengan volume 3000 L Analisa COD; ph Awal
PROSEDUR PENELITIAN
PROSEDUR PENELITIAN ANALISA PENELITIAN ANALISA KETERANGAN Volume Gas ph COD MLSS Setiap Hari Selama Operasi Setiap Hari Selama Operasi Saat Produksi Gas Stabil Pada Setiap Variabel Saat Produksi Gas Stabil Pada Setiap Variabel
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Load terhadap Produksi Biogas Avg. Gas Production (m 3 /hari) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Load (kgcod/m 3 hari)
Menentukan Nilai Kinetik Parameter Pertumbuhan Bakteri 1.2 1 Rata rata Produksi biogas (m 3 /hari) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 Waktu (hari) Load = 3.33 kgcod/m3.hari Load = 1.67 kgcod/m3.hari Load = 1.43 kgcod/m3.hari
DENGAN MENGGUNAKAN PERSAMAAN 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 y = 19.017x + 2.515 R² = 0.8759 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 SLOPE (1/Y) = 19.017 Y = 0.05244 INTERCEPT (Kd/Y) = 2.515 K d = 0.13188
DENGAN MENGGUNAKAN PERSAMAAN 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 y = 7.5182x + 1.0447 R² = 0.9852 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 INTERCEPT (1/ max ) = 1.0447 max = 0.95721 SLOPE (Ks/ max ) = 7.5182 Ks = 7.85426
NILAI KONSTANTA MONOD Ks (gcod/l) 7.85426 k d (hari -1 ) 0.13188 max (hari -1 ) 0.95721 Y (gmlss/gcod) 0.05244
Membandingkan Hasil Percobaan dan Teoritis Parameter HRT 3 6 7 Substrat Keluaran 6848 3127 3004 Hasil Percobaan Substrat Keluaran 7426.52 3559.94 3161.74 Hasil Teoritis %Error 7.78 % 12.16 % 4.99 %
HRT Effluent Substrat (mg/l) Percobaan Ini Percobaan Terdahulu (WC. HU) Eksperimen Teoritis %error Eksperimen Teoritis %error 3 6848 7426.52 7.78 1422 1960 37.8 6 3127 3559.94 12.16 560 512 8.6 7 3004 3161.74 4.99 449 412 8.2
KESIMPULAN 1. Dari penelitian ini, diperoleh nilai parameter nilai kinetika pertumbuhan bakteri berdasarkan persamaan Monod yaitu nilai Y sebesar 0.05244 (gmlss/gcod), untuk nilai k d sebesar 0.13188 (hari -1 ), untuk nilai max sebesar 0.95721 (hari -1 ) serta untuk K s sebesar 7.85426 (gcod/l). 2. Besarnya %COD removal berbanding lurus dengan nilai max namun sebaliknya berbanding terbalik dengan k d.
3. Dengan menggunakan data parameter kinetika yang diperoleh, maka nilai substrat keluaran reaktor dapat diprediksikan dan dibandingkan dengan hasil eksperimen, sehingga diperoleh %error paling tinggi adalah pada load 1.67 kgcod/m 3.hari yaitu 12.6 % sedangkan untuk yang paling rendah pada load 1.43 kgcod/m 3.hari yaitu 4.99 %
TERIMAKASIH
MASS BALANCE SUBSTRATE MASS BALANCE BIOMASS MONOD EQUATION
NILAI KONSTANTA MONOD PERCOBAAN INI Ks 7.85426 0.885 PERCOBAAN TERDAHULU (W.C. HU) k d 0.13188 0.0531 max 0.95721 0.6819 Y 0.05244 0.2659
80.00% 70.00% 60.00% %COD Removal 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% Hasil Eksperimen Hasil Pers. Monod 0.00% 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 HRT (hari)