1 / 39

Unit Proses Degradasi Sampah

Unit Proses Degradasi Sampah. Karakteristik Sampah Kota. *) PD Kebersihan Kotamadya Bandung, 1997. Komposisi Fisik Dan Kelembaban Sampah Kota Bandung. Degradasi Sampah Kota.

rumor
Télécharger la présentation

Unit Proses Degradasi Sampah

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Unit Proses Degradasi Sampah

  2. Karakteristik Sampah Kota *) PD Kebersihan Kotamadya Bandung, 1997

  3. Komposisi Fisik Dan Kelembaban Sampah Kota Bandung

  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. (0.0025 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 : 45 - 295 L biogas/kg MV = 27 - 177 L /kg MS • Stenstrom : 440 - 560 L biogas/kg MV = 270 - 264 L/kg MS • Cooney & Wis = 467 L biogas/kg MV = 280 L/kg MS • Pada beberapa lisimeter sampah kota, yang dioperasikan tanpa kontrol temperatur = 2,6 - 183 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 30-40 % (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 20-25 % yang dapat dimanfaatkan (ditangkap) dengan produksi taksiran = 30 - 40 L biogas/kg sampah kering • Taksiran Mouton = 30 - 50 L metan/kg MS • Perkiraan kasar di landfill (USA) = 20-25 mL/kg MS/hari

  16. 5. Gas-bio dari landfill di luar negeri • Landfill Palas Verde (USA) = 0,030 - 0,056 L/kg volatil sampah /hari atau sekitar 11,5 - 13 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 56-58 % metan dan 42- 44 % CO2 o Gas hampir tersaturasi dengan air yang menyebabkan kondensasinya bersifat asam (pH 4,3) dan mengandung garam dan padatan organik o suhu 33 - 40 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 5500 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. -ln (S/So) k 1 t Grafik -ln (S/So) terhadap t untuk Perhitungan k

  21. 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

  22. 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

  23. Waktu retensi ( ) adalah • dan waktu retensi minimum adalah

  24. 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

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

  26. 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).

  27. 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.

  28. 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).

  29. 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.

  30. 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

  31. 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.

  32. 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

  33. 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

  34. 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

More Related