Unit Proses Degradasi Sampah

Presentasi berjudul: "Unit Proses Degradasi Sampah"— Transcript presentasi:

1 Unit Proses Degradasi Sampah

2 Karakteristik Sampah Kota
No Parameter Sampah Umum* Sampah Bandung ** 1 pH - 6,27 2 Kelembaban % 64,27% 3 Karbon % 44,70% 4 Hidrogen 3 - 5 % 5 Oksigen % 6 Nitrogen 0,3 - 1 % 1,56% 7 Fosfat 0,24% 8 Sulfur 0,05-0,2% 9 Chloride 0,1 - 0,5% 10 Abu 20-30% 23,09% 11 C/N 20-30 28,78 12 HHV Btu/lb 1,197 kkal/kg *) PD Kebersihan Kotamadya Bandung, 1997

3 Komposisi Fisik Dan Kelembaban Sampah Kota Bandung
Jenis sampah Komposisi* Kelembaban (%)** Sampah basah 63,56 73,4 Kertas 10,42 9,7 Logam 0,85 0,5 Kaca/Pecah belah 1,45 0,4 Tekstil 1,76 1,3 Plastik/karet 9,76 8,6 Lain-lain 12,16 6,1

4 Degradasi Sampah Kota Proses degradasi sampah kota dengan menggunakan mikroba terbagi dalam dua cara, yaitu secara aerob (dengan supply udara yang cukup) dan anaerob (tanpa udara). Pada proses degradasi secara aerob akan dihasilkan gas CO2 dengan waktu degradasi yang relatif singkat, sedangkan pada degradasi secara anerob disamping dihasilkan gas CO2 juga dihasilkan gas CH4 dengan waktu degradasi yang lebih lama

5 Proses degradasi biologi anaerob sampah
bahan-bahan organik dikonversi menjadi gas metan dan karbon dioksida tanpa kehadiran oksigen Biogas sekitar 95 sampai 98 persen dari gas yang terbentuk. Gas lain yang tersisa terdiri hidrogen sulfida dan hidrogen.   Bahan organik residunya seringkali  mempunyai komposisi dan karakteristik yang sama dengan bahan organik yang didegradasi. Panas  yang  dibebaskan   sebanding dengan perbedaan antara panas pembakarannya dari semua bahan awalnya dengan jumlah total panas pembakaran produk hasilnya

6 Dalam proses biologi anaerob, konversi bahan organik ini dilakukan oleh dua kelompok bakteri utama.  
bakteri pembentuk asam (acid-formers) bakteri penghasil metan (methane bacteria)

7 Fase Proses Degradasi Sampah SecaraAnaerobik
Fase I (fase awal) fase aerobik periode pendek terdekomposisi dan menghasilkan gas karbondioksida Fase II (fase transisi), fase anaerobik tahap pertama Aktivitas fermentasi dan bakteri asetogenik menghasilkan asam lemak volatil, karbondioksida dan gas hidrogen. Cairan leachate mengandung asam lemak dengan konsentrasi tinggi, kalsium, besi, logam berat lain dan amonia. hidrolisis dan fermentasi sebagian komponen protein. Kandungan nitrogen dalam biogas akan berkurang, karena dihasilkann gas karbondioksida dan hidrogen. Kandungan sulfat yang tinggi akan menurunkan potensial redoks, dan sulfida dapat mengendapkan logam-logam seperti besi, mangan dan logam berat lainnya.

8 Fase III (fase pembentukan asam)
fase anaerobik tahap kedua di mana akan mulai tumbuh bakteri metan secara perlahan-lahan. Konsentrasi metan dalam gas akan bertambah, sementara konsentrasi hidrogen, karbon dioksida dan asam lemak volatile akan berkurang. Konsentrasi sulfat akan berkurang yang dilanjutkan dengan reduksi sulfat. Konversi asam lemak akan menyebabkan pH dan alkalinitas meningkat, dan mengakibatkan menurunnya kelarutan kalsium, besi, mangan dan logam berat, yang mengendap sebagai sulfida. Amonia masih tetap dan tidak dikonversikan dalam lingkungan anaerobik. Fase IV, fase pembentukan metan, laju produksi metan akan perlahan-lahan stabil sampai mencapai konsentrasi 50-65% volume. Tingginya laju pembentukan metan ada hubungannya dengan makin rendahnya konsentrasi asam lemak volatil dan hidrogen. Fase V (fase maturasi). hanya tersisa senyawa karbon yang sukar terdegradasi, laju produksi metan akan turun sehingga gas nitrogen dari atmosfir akan mulai terdifusi kembali.

9 Perkembangan pembentukan gas dan leachate di landfill yang sudah ditutup

10 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Degradasi Secara Anaerobik
oksigen, air (kelembaban), sulfat, pH, alkalinitas, asam volatile, suhu, nutrien dan inhibitor kontak antara substrat dan mikroorganisme, waktu metabolisme yang cukup, kebutuhan karbon untuk sintesis, elektron donor dan elektron akseptor

11 High Solids Anaerobic Digestion
proses biologis dimana fermentasi terjadi pada kandungan total solid lebih besar dari 22 persen atau lebih. pengaplikasiannya untuk recovery energi dari kandungan organik sampah Keuntungan utama dari proses high solid anaerobic kebutuhan air yang rendah dan tingginya produksi gas per unit volume dari ukuran reaktor. akibat kondisi tingginya kandungan solid, efek dari sejumlah parameter lingkungan pada populasi mikrobiologi lebih tinggi. Sebagai contoh, toksisitas amonia dapat mempengaruhi bakteri metanogenik dalam menghasilkan metan. Pada banyak kasus, toksisitas amonia dapat dicegah dengan penjagaan rasio C/N pada input. Kelemahan utama dari proses ini saat ini adalah pengoperasian dalam skala penuh yang sangat terbatas.

12 Potensi biogas 1 . Perhitungan teoritis 547 L gas-bio/Kg sampah kering
210 L gas-metan/Kg sampah kering Bila kandungan kertas tampah banyak, maka angka-angka tersebut akan tambah tinggi. Bila dianggap bahwa seluruh materi volatil dari sampah adalah terdiri dari selulosa, maka secara teoritis produksi gas metan maksimum adalah 414,5 liter/Kg-MV, (Buivid.et.al, 1981;Hoeks, 1983; Strensom et.al.1983). Schumacher (1983) memberikan nilai 0,04 cuft/lb sampah/tahun. ( m3/kg sampah/tahun Dengan memasukkan komposisi biopolimer potensi maksimum gas metan 210 liter/Kg-Materi Solid (MS) Rees (1980), 547 liter/Kg-MS Pfeefer (1974)

13 2. Gas-bio dari digestor skala laboratorium : Reaktor kecil dengan kontrol temperatur 35-37 C
Diaz : L biogas/kg MV = L /kg MS Stenstrom : L biogas/kg MV = L/kg MS Cooney & Wis = 467 L biogas/kg MV = 280 L/kg MS Pada beberapa lisimeter sampah kota, yang dioperasikan tanpa kontrol temperatur = 2, L/kg MV Pada lisimeter sampah kota yang dioperasikan dengan resirkulasi lindi = 0,137 L/kg MV/hari = 0,026 L metan/kg MV/hari

14 3. Gas-bio dari digestor skala komersial
Valorga (Perancis) : pilot metanisasi sampah kota skala industri, dengan kondisi : konsentrasi solid % (air = 60-70%) reaktor komersil = 500 m3 prapengolahan : pemilahan dan pemotongan resirkulasi cairan dari reaktor kembali ke reaktor diperoleh produksi = 140 L biogas/materi solid dengan 65 % metan Cetom Methane (Perancis) : reaktor anaerobik skala komersil menghasilkan produksi = 240 L/kg MV dengan konsentrasi metan = 60 %

15 4. Gas-bio dari landfill secara teoritis
Dari jumlah gas maksimum yang diperkirakan, maka hanya seperempat yang dapat dikumpulkan karena sebagian gas lolos dan karena penguraian yang tidak sempurna. Estimasi Frerote adalah bahwa hanya % yang dapat dimanfaatkan (ditangkap) dengan produksi taksiran = L biogas/kg sampah kering Taksiran Mouton = L metan/kg MS Perkiraan kasar di landfill (USA) = mL/kg MS/hari

16 5. Gas-bio dari landfill di luar negeri
Landfill Palas Verde (USA) = 0, ,056 L/kg volatil sampah /hari atau sekitar 11, m3/ton sampah/tahun Landfill Sheldon Arletta (USA) = 0,022 L/kg volatil sampah/hari Landfill Mountain View (USA) = 0,045 L/kg volatil sampah/ hari Uji coba di Perancis pada beberapa landfill = 0,064 L/kg sampah kering/hari Pengalaman di Australia, jika gas diproduksi dalam periode waktu sekitar 20 tahun, menghasilkan gas sebanyak 1 m3/menit atau 60 m3/jam untuk 105 ton sampah

17 Test Landfill Am Lemberg
o % metan dan % CO2 o Gas hampir tersaturasi dengan air yang menyebabkan kondensasinya bersifat asam (pH 4,3) dan mengandung garam dan padatan organik o suhu oC, ditemukan juga mencapai 50 oC o Gas yang dihasilkan mencapai 6 L/m2 jam o Jarak yang dipengaruhi mencapai 50 m dengan tekanan 60 cm kolom air o Produksi gas harian adalah 0,06-0,015 m3/m3 volume sampah.

18 Taksiran teoritis kalori untuk gas bio adalah Kkal/m3 kalor dengan porsi 50 % metan atau 1 M3 gas bio ekuivalen = 0,58 liter bensin 1,07 liter alkohol 0,53 M3 gas asam 2,24 Kg kayu bakar 5,80 kWH listrik

19 Model Kinetika Degradasi
Kinetika Penyisihan Substrat Reaksi orde 1 Penyisihan substrat mengikuti reaksi orde pertama, dan dapat diekspresikan dengan persamaan - dS = kS dt di mana S = konsentrasi substrat yang disisihkan, massa/volume k = konstanta kecepatan reaksi, waktu-1 Integrasi persamaan di atas dalam rentang dari t=0 sampai akhir reaksi memberikan: -ln (S/So) = kt di mana: So = konsentrasi awal dari substrat yang disisihkan Y = 16,98*100,28t dengan t dalam satuan tahun

20 Grafik -ln (S/So) terhadap t untuk Perhitungan k
1

21

22

23 Parameter Nilai Satuan Lisimeter 3 k 0,05222 1/hari Yu 29,73 mlCH4/kgMV Lisimeter 6 0,1064 0,23

24 Model Kinetika Contois Chen Hashimoto
Model ini mempunyai beberapa keuntungan diantaranya adalah parameter kinetik bervariasi pada konsentrasi influen dan dapat dipergunakan untuk substrat yang kompleks yang pada umumnya dapat menutupi kekurangan model Monod dan kinetika orde pertama. Model kinetika Contois dipakai untuk menggambarkan kinetika produksi CH4

25 Laju pertumbuhan bakteri adalah :
dengan m = laju pertumbuhan bakteri, per hari mm= laju pertumbuhan bakteri maksimum , per hari K = konstanta laju pertumbuhan So = kosentrasi substrat masukan, gram VS atau C-organik per kg sampah dan S = konsentrasi substrat keluaran, gram VS atau C-organik per kg sampah

26 Waktu retensi ( ) adalah
dan waktu retensi minimum adalah

27 Dengan B adalah volume produksi CH4 per kg Vs atau C organik yang ditambahkan dan Bo adalah nilai produksi CH4 pada waktu retensi tak terhingga. Nilai B tergantung pada waktu retensi () Dengan memplotkan nilai B terhadap 1/ diperoleh perpotongan garis pada 1/ = 0 atau = yang merupakan nilai Bo

28 Laju produksi CH4 (v ) adalah
dengan v = laju produktivitas CH4, L CH4/kg sampah/hari

29 Berdasarkan data karakteristik sampah awal, serta produksi metan pada setiap periode waktu degradasi, dapat ditentukan produksi CH4 pada waktu tak terhingga (Bo) untuk setiap variabel sampah. Penentuan produksi CH4 pada waktu tak terhingga (Bo) dilakukan dengan cara ekstrapolasi menggunakan persamaan regresi linier antara data produksi CH4 (B) pada setiap periode waktu degradasi dengan seper-waktu degradasi (1/) pada saat mencapai steady state. Pada 1/q=0 atau q =  merupakan nilai produksi CH4 pada waktu tak terhingga (Bo).

30 Dengan mensubstitusikan data Bo dan B pada setiap waktu retensi pada persamaan diperoleh grafik garis lurus antara retensi (q) sebagai sumbu y dan B/(Bo-B) sebagai sumbu x. Perpotongan garis dengan sumbu y (q) merupakan qm dan kemiringan garis adalah k.m. Laju pertumbuhan bakteri maksimum ( m) adalah 1/m. Selain itu dari simulasi statistik juga mendukung hasil yang diperoleh dari Mc Carty bahwa waktu tercepat terbentuknya metan adalah dalam waktu 3 hari. Hasil penelitian Chowdhury dan Fulford (1992) pada limbah peternakan, diperoleh konstanta laju Contois (K) 0,217 waktu retensi minimum (m) 14,2 hari, dan laju pertumbuhan bakteri maksimum (um) 0,0702 per hari. Laju pertumbuhan bakteri maksimum hasil penelitian ini mencapai 60% hasil penelitian di atas.

31

32 Hasil penelitian laboratorium secara batch pada digester yang diisi sampah kota Kwangju City yang dipertahankan kelembabannya pada 55% dengan waktu retensi selama 340 hari, produksi CH4 adalah sekitar 26 L CH4/kg VS dengan komposisi CH4 ratar-rata sekitar 50% (JJ. Lee, 1993).

33 Step Diffusional Model
Pengolahan anaerobik limbah yang kompleks, seperti bahan organik sampah, terjadi dengan sejumlah langkah ketika digester diberikan pada konsidi basis semi continous (Cecchi. Et al., 1990) Step ini dapat dilihat jika, setelah pemberian umpan, produksi biogas diplotkan versus waktu. Tiga laju pemanfaatan (umpan) yang berbeda dapat diidentifikasi, setiap satu terhubungan dengan degradasi dari senyawa yang spesifik.

34 perombakan senyawa yang secara langsung digunakan dengan bakteri metanogen (Grup A)
dS /dt = vo – ko t/2 Slope dari garis lurus yang menghubungkan kepada perombakan senyawa dari grup A adalah ko dan vo adalah maksimum laju degradasi dari senyawa tersebut

35 Selama perombakan senyawa monomer (grup B/C) dan senyawa polimer (grup D), persamaan yang mewakili adalah dS /dt = v1 – k1 (t - t1)/2 dS /dt = v2 – k2 (t - t2)/2 dengan t1 melambangkan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan langkah pertama dari (degradasi senyawa grup A) dan t2 adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan tahap ke dua (degradasi senyawa dari grup B dan C) Model ini melibatkan sejumlah konstanta, ko, k1, dan k2 pada satu sisi dan v0,v1 dan v2 pada sisi yang lain. Tiga tahap ini tidak selalu tampak pada setiap proses bergantung pada umpan.

36 kurva produksi gas dapat direpresentasikan sebagai : dCg/(Cc-Cg) = kdt
Tabassaran Model kurva produksi gas dapat direpresentasikan sebagai : dCg/(Cc-Cg) = kdt dimana : Cg = kandungan karbon yang dkonversi menjadi gas pada waktu t, t = waktu retensi Cc = total kandungan organik yang dapat dikonversi

37 Dalam pengembangannya diperoleh : Cc = Ct(0,14 T + 0,28)
Cc= karbon yang dapat dikonversikan menjadi gas Ct = Total jumlah senwawa karbon pada substat T = suhu (Celcius) Gc = 1,868 x Cc Gt = Gc ( 1 – 10-kt) Gt = Produksi gas per satuan sampah (m3/ton) pada tahun tertentu t = waktu dalam tahun k = Laju spesifik produksi gas

38 nilai ini maka produksi sampah pada umur t tahun adalah :
Gt = Gc (1-10-kt) dengan laju produksi biogas spesifik Gt = K x 10- kt Gas Yield (m3gas/kgSB –sampah basah) = 0,63* BDM-0,62

39