Minggu ke-10 Anaerobic Digestion Daur Ulang Limbah Minggu ke-10 Anaerobic Digestion

Pendahuluan Komposisi sampah yg lebih dari 50% organik Kemampuan mikroorganisme untuk mendegradasi materi organik Kemampuan pendegradasian secara alami membutuhkan waktu yang lama, sementara sampah terus dihasilkan Adanya potensi yg dimiliki sampah untuk menghasilkan energi dalam kondisi anaerob  Teknologi ANAEROBIC DIGESTION

Contemporary Carbon Cycle Atmosphere CO2 Contemporary Carbon Cycle CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Methane Burned Through Photosynthesis Plants use CO2 make carbon compounds Animal and plant Respiration produces CO2 Carbon sources Food Wastes from meat or plant sources, decaying of organic material Much of the carbon consumed ends up in Manure Plants consumed as food Forest Fires Burning of biomass

Anaerobic Digestion? Adalah proses alami dalam kondisi oksigen yg dikontrol sangat minim/tidak ada dalam lingkungan, mikroorganisme mendegradasi materi organik menjadi gas methan, karbondioksida, dan air

Keuntungan AD Mengurangi bau di lahan pengolahan Melindungi sumberdaya air Mengurangi bakteri pathogen Fly control after digestion Mengontrol hadirnya lalat setelah pendegradasian Mengurangi GHG

Anaerobic Digestion Process Liquefaction Liquefying Bacteria Acid Production Liquefied soluble organic compounds Insoluble Compounds (organic, inorganic, water) Acid-Forming Bacteria Biogas Production Simple organic acids Methane-Forming Bacteria Biogas (Methane, CO2, misc.) Effluent End Products Sampah organik Figure77. Schematic of the biological processes involved with methane production from manure.

_________________________________________Anaerobic Digesters Streams Gaseous Output CH4, CO2, H2S H2 , N2O Input Organic Carbon (OC) Organic Nitrogen (ON) Organic Phosphorous (OP) Organic Sulfur (OS) Ammonia nitrogen (NH4+) Sulfate (SO42-) Phosphate (PO43-) Liquid output NH4+ PO43- OCe HS- / H2Sdiss Solids Output

Anaerobic Digestion CH4 + CO2 Complex Organic Carbon Hydrolysis Monomers & Oligomers Acidogenesis Organic Acids Acetogenesis Acetate – H2 / CO2 Methanogenesis CH4 + CO2

Tahapan Proses dalam AD Hydrolysis: Pencairan senyawa organik kompleks menjadi bentuk yang lebih sederhana dengan bantuan hydrolytic bacteria Produk akhir yang utama, a.l asam lemak rantai panjang, peptida, asam amino, dll. Acidogenesis: Metabolisme dari produk tahap hidrolisis dengan bantuan Acidogenic bacteria Produk akhir yang utama, a.l asam volatil organik rantai pendek (propionat, butirat, asetat, dan formic acids), gas CO2, and H2.

Tahapan Proses dalam AD (cont.) Acetogenesis: Pengurangan CO2 and catabolisme asam lemak rantai panjang yang diproduksi selama tahap acidogenesis dengan bantuan synthrophic acetogenic dan homoacetogenic bacteria Produk akhir utama, a.l asam asetat dan CO2, H2. Methanogenesis: Pengurangan CO2 dan memecah asam asetat dengan bantuan Methanogens Produk akhir utama, a.l CH4, CO2,, trace Gases.

Beberapa parameter penting dalam proses AD Volatile Solids (VS) : Pengukuran berat solid yang terbakar dan tervolatilisasi pada suhu 600 °C. Dinyatakan dalam persen dari total berat sampel. Produksi methan biasanya didasarkan atas proporsi volatil solid dalam sampah organik.

Beberapa parameter penting dalam proses AD (Cont.) Total Solids (TS): Adalah berat kering bahan baku proses AD  terutama untuk kotoran ternak Dinyatakan sebagai persen dari total berat sampel Jenis digester yang digunakan biasanya pertama kali ditentukan oleh parameter total solids dalam limbah

Beberapa parameter penting dalam proses AD (Cont.) Hydraulic Retention Time (HRT) : Lamanya waktu limbah berada dalam digester Dinyatakan sebagai rasio volume digester terhadap jumlah limbah yang ditambahkan setiap hari HRT mempengaruhi jumlah gas methan yang akan dihasilkan 10 m3 limbah perhari terhadap 100 m3 volume tangki digester  Mempunyai 10 hari HRT

Beberapa parameter penting dalam proses AD (Cont.) Loading Rate : Adalah jumlah volatil solid per unit waktu per volume digester Standar digester memiliki loading rate antara 0.1 to 0.5 lbs VS/day/ft3 digester (30 day HRT).

Beberapa parameter penting dalam proses AD (Cont.) Temperatur Proses: - Psychrophilic <68 ºF - Mesophilic 95-105 ºF - Thermophilic 125-135 ºF  Bakteri anaerob pembentuk methan akan optimum pada suhu Mesophilic dan Thermophilic Parameter pH:  Bakteri pembentuk methan akan optimum pada pH antara 6,8 – 7,4

Berbagai Jenis Digester Covered Lagoon Complete Mix Plug Flow Fixed Media

Perbandingan berbagai jenis digester Covered Lagoon Complete Mix Plug Flow Level of Technology Low Deep lagoon No Medium/High Round, square in/above ground Yes Medium Rectangular in ground Yes Digestion Vessel Supplemental Heat

Perbandingan berbagai jenis digester (Cont.) Covered Lagoon Complete Mix Plug Flow Solids Concentration 0.5-2% 45+ Warm climates 3-8% 15+ All climates 6-11% 15+ All climates HRT 1 (days) Optimum Location

Covered Lagoon Cover Lagoon typically ½ -2% solids Source: EPA 2005 DIGESTER GAS UTILIZATION Lagoon typically ½ -2% solids Cover STORAGE LAND APPLICATION COLLECTION PRE- TREATMENT Source: EPA 2005

Covered Lagoon Kelebihan: Keterbatasan: Relatif tidak terlalu mahal untuk membangunnya Dapat disesuaikan dengan beban hidrolik umpan Konstruksi dan managemen relatif sederhana Keterbatasan: Terbatas untuk area dengan suhu hangat  proses dalam AD sangat tergantung pada temperatur Memungkinan limbah tidak secara sempurna terdegradasi  Kemungkinan timbulnya bau Source: David Downing, Iowa Department of Natural Resources, 2002

Complete Mix Digester Slurry typically 3-10% solids Source: EPA 2005 GAS UTILIZATION Slurry typically 3-10% solids STORAGE LAND APPLICATION COLLECTION PRE- TREATMENT Source: EPA 2005

Complete Mix System Kelebihan: Keterbatasan: Adanya pengaduk mekanis dapat mencegah terjadinya kerak Menjaga menumpuknya padatan solid di dasar tangki  Terutama mengantisipasi bila terjadi keterlambatan pembersihan Keterbatasan: Memerlukan banyak perawatan Source: David Downing, Iowa Department of Natural Resources, 2002

Plug Flow Digester Slurry typically 6 - 11% solids Source: EPA 2005 GAS UTILIZATION Slurry typically 6 - 11% solids STORAGE LAND APPLICATION COLLECTION PRE- TREATMENT Source: EPA 2005

Plug Flow Digester Kelebihan: Keterbatasan: Rentang pembiayaan menengah Design yang lebih sederhana Tidak membutuhkan banyak tenaga kerja (pengelolaan yg intensif) untuk pengoperasiannya Keterbatasan: Memerlukan tangki untuk pre-mix umpan Source: David Downing, Iowa Department of Natural Resources, 2002

Fixed-film Anaerobic Filter Merupakan digester aliran keatas (Upflow digester) dengan media berpori  Banyak digunakan untuk air limbah Mikroorganisme tumbuh di media dan mengkonsumsi materi organik yang melaluinya Air limbah mengalir selama 4-6 hari tetapi bakteri yang tumbuh secara lambat tetap berada di digester Rendahnya beban umpan membuat sistem relatif stabil

Perencanaan Instalasi AD