9
Sistem Reaktor Salah satu unit dari sistem reaktor yaitu Tangki Digester. Tangki ini berfungsi menggantikan
kolam anaerobik yang dibantu dengan pemakaian bakteri mesophilic dan thermophilic. Kedua bakteri ini merupakan bakteri methanogen yang merombak substrat dan menghasilkan gas metana.
Kombinasi sistem kolam dengan reaktor Pengendalian limbah yang menggunakan cara menggabungkan sistem kolam dengan sistem reaktor
dikembangkan pada areal yang sempit, hasil reaktor yang berupa gas metana digunakan sebagai bahan bakar.
2.2 Pengolahan POME melalui Fermentasi Anaerob
Menurut Tjiptadi et al. 1993, metana merupakan hasil fermentasi anaerob bahan organik. Campuran gas metana CH
4
, karbondioksidaCO
2
dan sedikit gas hydrogen H
2
, hidrogen sulfida H
2
S dan nitrogen N
2
ini dikenal dengan istilah biogas. Biogas mengandung 60-70 metana dan sisanya merupakan gas-gas lainnya. Khanal 2008 menyatakan bahwa senyawa organik kompleks seperti protein,
karbohidrat, dan lemak ditransformasi menjadi produk-produk yang lebih sederhana seperti asam amino, gula-gula sederhana, dan asam lemak berantai panjang serta gliserin, melalui aktivitas enzim ekstraseluler
yang dihasilkan oleh bakteri fermentatif. Mikroorganisme anaerob dapat mengkonversi biomassa menjadi bioenergi. Pada fermentasi
anaerob, bahan organik berperan sebagai elektron donor dan aseptor. Hal yang penting untuk diingat adalah porsi yang mendominasi dalam pembentukan metana adalah hasil fermentasi anaerob yakni asetat
sebagai elektron donor dan elektron akseptor. Produksi metana seperti itu dikenal sebagai acetotrophic methanogenesis Khanal,2008.
Bioenergi merupakan energi yang dihasilkan dari bahan-bahan biologis yang dapat diperbaharui atau bahan yang mengandung unsur biologis. Fermentasi anaerob menghasilkan produk salah satunya
adalah biogas. Biogas adalah gas yang terdiri dari metana, CO
2,
H
2
S, N
2
dan H
2
. Melalui fermentasi anaerob senyawa organik komplek didekomposisi oleh mikroorganisme dalam bioreaktor. Dalam digester
anaerob, sekelompok bakteri menghasilkan enzim yang dapat menghancurkan senyawa selulosa dan molekul komplek lainnya menjadi gula-gula sederhana dan monomer lainnya. Kemudian bakteri lain
yang mengkonsumsi produk hasil dekomposisi tersebut dan memproduksi asam organik yang terus menerus dirombak sehingga menjadi molekul kecil seperti asetat, format, hidrogen dan CO
2
. Bakteri khusus lainnya, bakteri metana, menggunakan molekul hasil perombakan tersebut untuk menghasilkan
metana Grover, 2002. Gunnerson dan Stuckey 1986 menyatakan bahwa bahan organik yang terdapat dalam limbah
mengandung tiga senyawa organik kompleks yaitu protein, lemak dan karbohidrat. Tahapan pertama dalam proses degradasi secara anaerob yaitu hidrolisis enzimatik yang berfungsi untuk merombak
karbohidrat menjadi gula sederhana, protein menjadi asam amino, dan lemak menjadi asam lemak. Kemudian degradasi berlanjut pada perombakan produk-produk hasil hidrolisis tersebut dan menghasilkan
produk intermediet seperti piruvat, NH
3
, asetat, format, CO
2
dan propionat. Kemudian produk-produk intermediet tersebut dicerna oleh bakteri metana sehingga menghasilkan produk akhir dari fermentasi
10
anaerob menggunakan digester anaerob yaitu gas metana, CO
2
dan H
2
S. Menurut Naibaho 1998, untuk mengefektifkan proses perombakan dalam proses anaerob maka perlu diperhatikan faktor sirkulasi atau
pun pengadukan yang berfungsi untuk mempertinggi singgungan antara bakteri dengan substrat sehingga aktivitas bakteri dapat berjalan lebih cepat.
Pada kenyataannya degradasi anaerob dapat dinyatakan sebagai reaksi kimia pada bahan organik melalui fermentasi anaerob dan aktivitas bakteri perombak menghasilkan gas metana, karbondioksida,
hidrogen, nitrogen dan hidrogen sulfida. Tahapan umum dalam dekomposisi anaerob terdiri dari dua tahapan utama yaitu acid production dan methane production.
Tahapan pertama yaitu acid production yang merupakan reaksi hidrolisis dan pencairan bahan organik yang tidak dapat larut oleh enzim
ekstraseluler. Sedangkan tahapan kedua yaitu methane production
yang merupakan proses pendegradasian produk tahapan pertama oleh bakteri methanogen menjadi metana dan dan
karbondioksida Price dan Cheremisininoff, 1981. Digester anaerob dapat berupa digester satu tahap dan digester dua tahap. Digester satu tahap
terdiri dari sebuah tangki digester yang digunakan untuk mengolah limbah cair yang biasanya tidak kontinyu. Sedangkan digester dua tahap terdiri dari dua tangki digester yang disusun secara seri. Dalam
proses perombakan bahan organik, pada digester dua tahap, tahapan pertama digunakan sebagai unit pencampuran secara kompleks dan optimasi dekomposisi oleh bakteri perombak. Sedangkan tahapan
kedua untuk mengolah supernatan yang keluar dari digester pertama Hammer, 1986.
Gambar 3. Tahapan konversi bahan organik dalam digester anaerob Bahan –bahan organik kompleks
Protein Karbohidrat
Lemak
Asam Amino
Gula-gula Asam
Lemak
Produk intermediet
Asetat
Metana, Karbondioksida Hidrogen,
Karbondioksida Hidrolisis
Hidrolisis
Homo acetogenesis
Fermentasi Oksidasi
Anaerobik
Hidrogenetrophic methanogenesis
Acetotrophic methanogenes
is Hidrolisis
11
Proses perombakan yang terjadi pada digester anaerob meliputi empat tahap perombakan yang dapat dilihat pada Gambar 3. yaitu, hidrolisis, acidogenesis, acetogenesis dan metanogenesis.
a. Hidrolisisis Pada tahap hidrolisis, senyawa organik kompleks dirombak menjadi senyawa yang lebih sederhana,
lipid menjadi glycerol dan asam lemak berantai panjang, protein menjadi peptida dan asam amino, dan karbohidrat menjadi monosakarida.
Bakteri yang berperan dalam tahapan hidrolisis ini seperti Clostridium yang diketahui dapat mendegradasi limbah yang mengandung selulosa. Protein dihidrolisis
dengan adanya enzim protease dan peptidase, sedangkan lemak yang terdapat dalam bahan baku dihidrolisis dengan adanya enzim lipase yang diekresi oleh bakteri Clostridium.
b. Acidogenesis Tahap berikutnya yaitu tahap acidogenesis yaitu tahap perombakan bahan hasil hidrolisis menjadi
bahan organik yang lebih sederhana seperti keton dan alkohol. Menurut Romli 2010, tahap acidogenesis merupakan tahapan perombakan bahan organik hasil hidrolisis yang difermentasi menjadi berbagai produk
akhir, meliputi asam-asam format, asetat, propionat, butirat, laktat, suksinat, etanol, karbondioksida, dan gas hidrogen. Bakteri yang berperan umumnya masuk dalam famili Streptococcaceae dan
Enterobacteriaceae. c. Acetogenesis
Pada tahap acetogenesis yaitu tahap pembentukan senyawa asetat , karbondioksida dan hidrogen. Menurut Romli 2010, bakteri metanogen tidak dapat menggunakan produk-produk fermentasi atau hasil
dari tahap acidogenesis dengan atom karbon lebih dari dua untuk pertumbuhannya. Bakteri ini hanya menggunakan sumber-sumber energi sederhana, misalnya asetat, metanol, metilamin, CO
2
, dan H
2
. Produk-produk dari tahapan acidogenesis seperti asam propionat, butirat dan etanol perlu dikonversi
terlebih dahulu menjadi asam asetat sebelum digunakan oleh bakteri metanogenik. Dalam proses oksidasi ini dihasilkan hidrogen dan karbondioksida, dan bakteri yang berfungsi untuk proses konversi ini dikenal
dengan bakteri asetogen. Selain dari oksidasi propionat dan butirat serta etanol, asam asetat juga dihasilkan oleh bakteri
homoasetogen. Bakteri ini mengkonversi karbondioksida dan hidrogen menjadi asam asetat. Bakteri yang melakukan konversi tersebut adalah Acetobacterium woodee dan Clostridium aceticum.
d.Metanogenesis Proses ini sangat penting dalam digester anaerob. Selama proses metanogenesis karbondioksida
direduksi menjadi metana dan air, asetat dikonversi menjadi metana dan karbondioksida. Bakteri
penghasil metana antara lain Methanococcus, Methanobacteria, dan Methanosarcina. Kebanyakan bakteri metanogen bersifat mesofilik dengan kisaran suhu optimum 20
C-40 C, namun bakteri metanogen juga
dapat ditemui pada suhu termofilik Wise, 1987 Ada dua kelompok utama bakteri yang bertanggung jawab dalam pembentukan metana, yaitu
bakteri metanogen asetoklastik dan bakteri metanogen pengguna hidrogen. Metanogen asetoklastik mekonversi asam asetat menjadi metana, sedangkan metanogen pengguna hidrogen melakukan
penyisihan hidrogen untuk menghasilkan metana. Mekanisme reaksi pada fermentasi anaerob yang dapat dilihat pada Gambar 4, yaitu,
1. Acid forming bacteria menguraikan senyawa glukosa menjadi a. C
6
H
12
O
6
+ 2H
2
O 2CH
3
COOH + 2CO
2
+ 4H
2
asam asetat
12
b. C
6
H
12
O
6
CH
3
CH
2
CH
2
COOH + 2CO
2
+ 2H
2
asam butirat c. C
6
H
12
O
6
+ 2H
2
2CH
3
CH
2
COOH + 2H
2
O asam propionat
2. Acetogenic bacteria menguraikan asam propionat dan asam butirat menjadi : a. CH
3
CH
2
COOH CH3COOH + CO
2
+ 3H
2
asam asetat b. CH
3
CH
2
CH
2
COOH 2CH
3
COOH + 2H
2
asam asetat 3. Acetoclastic methane menguraikan asam asetat menjadi :
CH3CH2COOH CH
4
+ CO
2
metana 4. Methane bacteria mensintesa hidrogen dan karbondioksida menjadi :
2H
2
+ CO
2
CH
4
+ 2H
2
O metana
Gambar 4. Reaksi fermentasi anaerob Sumber: Rahmi, 2010
13
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
