PRODUKSI BIOGAS DARI ECENG GONDOK

PRODUKSI BIOGAS DARI ECENG GONDOK PANGGIH WINARNI (NRP. 3309.201.003) DOSEN: Prof. Dr. YULINAH TRIHADININGRUM, MApp.Sc Prof. Dr. Ir. SOEPRIJANTO, M.Sc

LATAR BELAKANG Energi Gulma? PRODUKSI Biogas Reaktor Biogas 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 2

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

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 4

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 5

BATASAN MASALAH 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. 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 6

KARAKTERISTIK ECENG GONDOK Eceng gondok mengandung selulosa dan hemiselulosa (polisakarida kompleks yang bercabang panjang). Hidrolisis hemiselulosa = monomer yang mudah didegradasi CH 4 dan CO 2 (Ghosh, Henry, dan Christopher, 1985) Karakteristik Awal Satuan Ghosh, Henry, Christopher, 1985 Gunarsson dan Petersen, 2006 Saputri, 2010 Total Solids (TS) % Net sedimentation 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 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 7

KARAKTERISTIK KOTORAN SAPI 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 Net sedimentation Malik, 2006 Saputri, 2010 Total Solids (TS) % 90,50 81,17 Volatile Solids (VS) % 77,50 87,75 C % 26,30 45,49 N % 1,44 0,69 ph - - 7,08 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 8

BIOGAS Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh bahan organik yang dipecah secara anaerobik oleh mikroorganisme. Proses pembentukan biogas: a. Hidrolisis Penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer. b. Pengasaman Komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana contohnya asam asetat, gas karbondioksida, hidrogen dan amonia. c. Metanogenik Terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini, yaitu mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida. 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 9

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), 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 10

JENIS REAKTOR BIOGAS Bila dilihat dari aliran bahan atau pengisian bahan Tipe Batch - Pengisian sekali biogas terbentuk produksi sangat rendah dibongkar diisi bahan organik baru. - tidak ada gas yang keluar, hemat biaya. - Biogas yang dihasilkan sekali menunggu proses fermentasi lagi. Tipe Plugfow - Pengisian awal biogas terbentuk pengumpanan setiap hari dengan jumlah tertentu diikuti 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

Mulai Ide Penelitian METODOLOGI 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 Kesimpulan dan Saran Selesai 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 12

HASIL DAN PEMBAHASAN (BATCH = 1L) 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 13

HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITAN PENDAHULUAN 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 Net sedimentation nilai COD yang lebih rendah. Substrat yang lebih encer memiliki beberapa kelebihan yaitu melarutkan konsentrasi inhibitor metanogenesis menjadi lebih kecil (Ward dkk.,2008). 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 14

PENELITAN PENDAHULUAN PERBANDINGAN KOMPOSISI 100% EG:0% KS Net sedimentation * Awal Tertinggi Hari ke- 5 24 V (ml) 15 510 Laju (ml/hari) * = rata-rata H-8 (360) H-24 510 * Awal Akhir Removal COD (mg/l) VSS (g/l) TSS (g/l) 6442 5492 14,75 15,64 0,56 96,39 19,52 4,09 79,05 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 15

PENELITAN PENDAHULUAN PERBANDINGAN KOMPOSISI 75% EG:25% KS Net sedimentation * Awal Tertinggi Hari ke- 7 7 V (ml) 480 480 Laju (ml/hari) * = rata-rata COD (mg/l) H-7 (480) H-37 (390) * Awal Akhir Removal (%) 27563 20577 25,35 VSS (g/l) TSS (g/l) 37,13 2,52 93,21 43,79 14,45 67,00 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 16

PENELITAN PENDAHULUAN PERBANDINGAN KOMPOSISI 50% EG:50% KS Net sedimentation * Awal Tertinggi Hari ke- 5 35 V (ml) 65 385 Laju (ml/hari) * = rata-rata H-15 (285) H-35 (385) * Awal Akhir Removal (%) COD (mg/l) 14035 10577 24,64 VSS (g/l) TSS (g/l) 18,89 0,93 95,10 23,70 7,36 68,96 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 17

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 produksi biogas (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 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 18

HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITAN PENDAHULUAN PERBANDINGAN KOMPOSISI Komposisi EG:KS HRT =20 hari COD (mg/l) Volume Biogas (L) Rata-rata removal (%) COD VSS TSS 100% : 0% 6442 2,65 14,75 96,39 95,81 75% : 25% 27563 3,19 25,35 93,21 93,40 50% : 50% 14035 2,87 24,64 95,10 93,79 Komposisi yang terpilih adalah 1) 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 organik maupun total solid hampir sama dengan yang kotoran sapinya lebih sedikit (75%) 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 19

PEMBUATAN REAKTOR BIOGAS (PLUG FLOW) pengujian kebocoran dengan cara: 1. Reaktor diisi gas dari kompresor, kemudian di jemur di bawah matahari selama 4 jam, untuk mengetahui kekuatan terhadap tekanan dan panas. 2. Reaktor disi penuh dengan air, diamkan selama 24 jam, jika ada kebocoran di beri tanda. 3. Dilakukan perbaikan jika terjadi kebocoran. Volume Digester Volume Operasi Laju pengumpanan Aliran gas 30 L 20 L 1 L/hari 1-2 L/min 20 ºC O2 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 20

HASIL DAN PEMBAHASAN (BATCH DAN PLUGFLOW : 30 L) 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 21

HASIL DAN PEMBAHASAN BATCH 30L *100% EG:0% KS COD (mg/l) VSS (g/l) TS (g/l) Awal Akhir Removal (%) Net sedimentation Awal Akhir Removal (%) 15725 11459 27,13 35732 15271 57,26 3,42 1,46 57,45 6,92 2,05 70,33 3,48 1,90 54,65 7,02 2,53 63,91 Gas 0 o * = rata-rata 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 22

PLUGFLOW 30L PERBANDINGAN KOMPOSISI 100% EG:0% KS A A. Kurva volume biogas R1 Total : 74,31 L B. Kurva Laju Pembentukan Gas R1 Laju pembentukan gas : 3-5 L/hari. Net sedimentation B 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 23

PLUGFLOW 30L PERBANDINGAN KOMPOSISI 75% EG:25% KS A. Kurva volume biogas R1 Total : 40,59 L Volume Biogas (L) 80 70 60 50 40 30 20 10 A y = 0.861x - 9.705 R² = 0.701 75% EG:25% KS Linear (75% EG:25% KS) B 0 0 10 20 30 40 50 Waktu (hari) B. Kurva Laju Pembentukan Gas R1 Laju pembentukan gas : 2-3 L/hari. 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 24

PENYISIHAN BAHAN ORGANIK DAN TOTAL SOLID 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) Net sedimentation 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 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 25

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 Pengujian reaktor dilakukan dengan menggunakan hasil dari penelitian pendahuluan yaitu : pada perbandingan eceng gondok dengan air Net sedimentation 1:3 (COD 15725 mg/l) dan perbandingan eceng gondok dibanding kotoran sapi 75%:25% (COD 35732 mg/l) 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 27

KESIMPULAN Hasil dari pengujian reaktor: Pada pengisian reaktor menggunakan sistem batch, tidak terjadi aliran biogas dari reaktor ke plastik penampung. Pada pengisian reaktor menggunakan system kontinyu, reaktor dapat Net sedimentation beroperasi dengan baik, dengan HRT 40 hari total biogas yang dihasilkan oleh reaktor 1 (100% EG:0% KS) sebesar 74,31 L. Sedangkan untuk reaktor 2 (75% EG:25% KS) sebesar 40,59 L. 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 28

KESIMPULAN Penyisihan bahan organic (COD): 1. Reaktor batch (1 L) penyisihan COD terbesar (25,69%) pada komposisi eceng gondok dibanding kotoran sapi 75%:25%. 2. Reaktor batch (30 L) penyisihan COD terbesar (57,26%) pada komposisi Net sedimentation eceng gondok dibanding kotoran sapi 75%:25%. Kontinyu (30 L) ) penyisihan COD terbesar (86,39%) pada komposisi eceng gondok dibanding kotoran sapi 75%:25%. 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 29

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 tidak terjebak di dalam sludge. Melakukan pengujian terhadap methan (CH 4 ) yang dihasilkan dan memprediksi jumlah biogas dari eceng gondok yang dibutuhkan apabila digunakan untuk memasak 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 31

Penelitian Pendahuluan 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 32

TAHAPAN PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KEBOCORAN REAKTOR BIOGAS Mulai Penentuan Desain Alat Biogas Pengukuran Pemotongan Perakitan Pengeleman Persiapan Bahan Masukan air hingga penuh Mengisi dengan gas hingga tekanan tertentu Jemur di bawah matahari terik Perancangan Kriteria Desain Perakitan Alat Biogas Uji Coba Reaktor Mengalami Kebocoran Ya Selesai Tidak 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 33

TAHAPAN REAKTOR BIOGAS Mulai Persiapan Bahan Persiapan Alat 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 Perangkaian reaktor biogas 2 unit: 1 Reaktor kontrol (bahan eceng gondok) 1 Reaktor (bahan eceng gondok dan kotoran sapi) Dimasukkan ke dalam reaktor kontinyu Pengamatan volume biogas yang terbentuk Uji karakteristik akhir (COD, VSS, ph) Selesai 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 34

METODE ANALISA No. Parameter uji Metoda Sumber 1. Volume biogas Pengukuran volume 2. ph Potensiometri Eaton, Clesceri, dan Greenberg, 1995 dengan ph meter 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 12/08/2011 Seminar Tesis Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan ITS 35