Limbah cair kelapa sawit merupakan nutrien yang kaya karbon dan senyawa organik, dimana dekomposisi senyawa organik ini oleh bakteri anaerob dapat
menghasilkan biogas yang terdiri dari 55 - 70 metan, 30 - 45 karbon dioksida dan sedikit hidrogen sulfida Deublein dan Steinhauster, 2008. Jika gas-gas tersebut
tidak diolah dan dibiarkan lepas ke udara bebas maka dapat menjadi salah satu penyebab pemanasan global karena gas metana dan karbon dioksida termasuk gas
rumah kaca.
2.2. Pengolahan Limbah Cair Secara Anaerobik
Pengolahan limbah cair secara anaerobik merupakan proses yang dapat terjadi secara alami yang melibatkan beberapa jenis mikroorganisme yang berperan dalam
proses tersebut. Proses yang terjadi pada pengolahan secara anaerobik ini adalah fermentasi, asidogenik dan metanogenesis. Beberapa jenis bakteri bersama-sama
secara bertahap mendegradasi bahan-bahan organik dari limbah cair Deublein dan Steinhauster, 2008. Tahapan
yang terjadi dalam proses perombakan senyawa organik menjadi gas metana ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Pada pengolahan secara anaerobik, bakteri yang berperan adalah bakteri fermentasi, bakteri asetogenik dan bakteri metanogenik yang memiliki peran masing-
masing dalam mendegradasi senyawa organik menjadi produk akhir berupa gas metana. Tiap fase dari proses fermentasi metana melibatkan mikroorganisme yang
spesifik dan memerlukan kondisi hidup yang berbeda-beda. Bakteri pembentuk gas metana
merupakan bakteri yang tidak memerlukan oksigen bebas dalam
Universitas Sumatera Utara
metabolismenya, bahkan dengan adanya oksigen bebas dapat menjadi racun atau mempengaruhi metabolisme bakteri tersebut Deublein D. dan Steinhauster, A. 2008.
Gambar 2.1 Konversi Bahan Organik Menjadi Metan Secara Anaerobik Jiang, 2006 Gas metana yang diperoleh dari proses pengolahan limbah cair secara anaerobik
ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dan merupakan bahan bakar yang sangat baik. Gas metana memiliki nilai bakar yang tinggi dan lebih ramah terhadap
lingkungan jika dibandingkan dengan bahan bakar petroleum ataupun batu bara.
Senyawa Organik
Karbohidrat Protein
Lemak
Metanogenesis Asetogenesis
1. Bakteri Fermentasi
2. Bakteri Asetogenik penghasil hidrogen
3. Bakteri Asetogenik pengguna hidrogen
4. Bakteri Metanogenik pereduksi karbon dioksida
5. Bakteri Metanogenik asetoclastic
CO
2
H
2
CH
3
COO
-
As. Lemak alkohol
Gula Asam Amino
Hidrolisis
Asidogenesis Volatile Fatty Acids
Etanol
CH
4
1 1
1
1 1
2
3 4
5
Universitas Sumatera Utara
Proses anaerobik melibatkan penguraian senyawa organik dan anorganik oleh mikroorganisme tanpa adanya molekul oksigen bebas.
1. Hidrolisis
Hidrolisis merupakan langkah awal untuk hampir semua proses penguraian dimana bahan organik akan dipecah menjadi bentuk yang lebih sederhana sehingga
dapat diurai oleh bakteri pada proses fermentasi. Bakteri mendekomposisi rantai panjang karbohidrat, protein dan lemak menjadi bagian yang lebih pendek.
Solubilisasi melibatkan proses hidrolisis dimana senyawa-senyawa organik kompleks dihidrolisis menjadi monomer-monomer.
Sebagai contoh, polisakarida diubah menjadi monosakarida. Protein dibagi menjadi peptida dan asam amino.
Lemak dihidrolisis menjadi asam-asam lemak atau gliserol
Deublein dan Steinhauster, 2008.
Laju hidrolisis merupakan fungsi dari faktor seperti pH, suhu, komposisi dan ukuran partikel substrat.
2. Asidogenesis
Pada tahap ini produk yang telah dihidrolisa, dikonversikan menjadi asam lemak volatil, alkohol, aldehid, keton, amonia, karbondioksida, air dan hidrogen oleh
bakteri pembentuk asam. Asam-asam organik yang terbentuk adalah asam asetat, asam propionat, asam butirat dan asam valerat. Reaksi asidogenesis dapat dilihat di
bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
C
6
H
12
O
6
CH
3
CH
2
CH
2
COOH +
2 CO
2
+ 2 H
2
glukosa asam butirat
C
6
H
12
O
6
2 H
2
CH
3
CH
2
COOH +
2 H
2
O glukosa
asam propionat
3. Metanogenesis
Produksi metana dan karbon dioksida dilakukan oleh bakteri methanogenic. Sebanyak 70 dari metana yang terbentuk berasal dari asetat, sedangkan sisanya
30 dihasilkan dari konversi hidrogen H dan karbon dioksida CO
2
, menurut persamaan berikut:
Asam asetat
bakteri methanogenic
metana + karbon dioksida Hidrogen + karbon dioksida
bakteri methanogenic
metana + air Metanogenesis merupakan langkah penting dalam proses pengolahan anaerobik
secara keseluruhan, karena proses ini adalah yang paling lambat pada proses reaksi biokimia. Metanogenesis sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi. Komposisi bahan
baku, laju pengumpanan, suhu, dan pH adalah faktor yang mempengaruhi proses metanogenesis. Overloading pada digester, perubahan suhu atau masuknya oksigen
dalam jumlah besar dapat mengakibatkan penghentian produksi metana Seadi et al, 2008. Jalur untuk pembentukan metana dari asetat dan CO
2
oleh mikroorganisme dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Rantai hidrokarbon panjang terlibat dalam proses ini seperti methanofuran misalnya R – C
24
H
26
N
4
O
8
dan H
4
TMP tetrahydromethanopterin sebagai Co- faktor. Corrinoid adalah molekul yang memiliki empat cincin pirol dalam cincin yang
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Methanobacterium yang menggunakan hidrogen dan karbon dioksida untuk membentuk metana.
Metanogen dan asidogen membentuk suatu hubungan yang saling menguntungkan dimana metanogen mengubah hasil dari proses asidogen seperti
hidrogen, asam format dan asetat menjadi metana dan karbon dioksida. Mikroorganisme yang membentuk metana diklasifikasikan sebagai archaea yang
bekerja tanpa adanya oksigen. Mikroorganisme non metanogenik yang berperan dalam hidrolisis dan fermentasi merupakan bakteri fakultatif Deublein dan
Steinhauster, 2008. Pengolahan secara anaerobik dengan reaktor dapat diaplikasikan untuk
mengolah limbah cair dalam jumlah yang besar karena menggunakan reaktor tertutup dan waktu tinggal cairan limbah saat ini bisa lebih singkat, maka kebutuhan lahan
yang luas untuk mengolah limbah cair dapat dikurangi. Selain itu pengolahan limbah cair secara anaerobik juga dapat memberikan sumber energi berupa gas metana yang
merupakan produk akhir dari proses anaerobik ini. Gas metana yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan bakar yang relatif terhadap ramah lingkungan.
Pengolahan anaerobik untuk menghasilkan biogas ini sangat bermanfaat dalam mengurangi limbah biomassa organik namun tahap awal pembangunan reaktornya
membutuhkan biaya yang lebih besar jika dibandingkan dengan pengolahan secara aerobik. Beberapa kelebihan dan kekurangan proses anaerobik di tunjukkan pada
Tabel 2.3.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik
Keuntungan Kerugian
- Energi yang dibutuhkan sedikit - Produk samping yang dihasilkan
sedikit - Menghasilkan senyawa metana yang
merupakan sumber
energi yang
potensial - Baik untuk operasi skala besar karena
menggunakan reaktor - Sludge
hasil buangannya
dapat digunakan sebagai pupuk
- Biaya konstruksi yang mahal - Membutuhkan penambahan
senyawa alkaliniti - Sangat
sensitif terhadap
perubahan temperatur
- Menghasilkan senyawa yang beracun seperti H
2
S -
Penyimpanan pupuknya sulit
Metcalf Eddy, 2003 Pengolahan secara anerobik adalah metode yang paling sesuai untuk mengolah
buangan industri yang mengandung karbon atau senyawa organik yang tinggi. Pengolahan LCPKS dengan menggunakan reaktor anaerobik dilakukan dengan
mensubtitusi proses yang terjadi di kolam anaerobik pada sistem konvensional kedalam tangki digester.
Selain menghasilkan biogas, pengolahan limbah cair dengan proses anaerobik dapat dilakukan pada lahan yang sempit dan memberi keuntungan berupa penurunan
jumlah padatan organik, jumlah mikroba pembusuk yang tidak diinginkan, serta kandungan racun dalam limbah. Disamping itu juga membantu peningkatan kualitas
pupuk dari sludge yang dihasilkan Speece, 1996.
Universitas Sumatera Utara
2.3. Biogas
