PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI...
Transcript of PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI...
PENGOLAHAN ANAEROBIK LIMBAH ORGANIK UNTUK PRODUKSI ENERGI
Satoto E. Nayono
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik
Universitas Negeri Yogyakarta
09 Juli 2010
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta2/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Background problems
1. Introduction
• Background problems
• Goal and objectives
2. Materials and methods
• Sources of biogenic solid wastes
• Laboratory experiments
3. Results and discussions
• Characteristics of biogenic solid wastes
• Foodwaste as a co-substrate for constant biogas supply
• Potential energy recovery from press water
• Anaerobic co-digestion of biowaste for the improvent of biogas
production
4. Summary and recommendations
• Summary
• Recommendations
Institut für Inginieurbiologieund Biotechnology des Abwassers
Fakultät für Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften
11.12.2009 Satoto E. Nayono
Anaerobic Digestion of Biogenic Solid Waste
1. Pendahuluan
• Latar belakang masalah
• Mengapa harus „waste to energy“?
2. Teknologi pengolahan anaerobik sampah organik
• Dasar pengolahan anaerobik• Contoh teknologi dan sumber sampah organik
3. Hasil-hasil penting
• Potensi produksi methan dari berbagai sampah organik• Potensi penggunaan sampah makanan untuk supply biogas
yang stabil• Potensi recovery energi dari press water
4. Penutup
Gambaran presentasi
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta3/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Latar belakang masalah: penduduk
Jumlah penduduk dunia
2009: 6.7 milyar2050: 9.2 milyar (proyeksi PBB)
Jumlah penduduk di perkotaan
2008: 3.3 milyar2050: 5.0 milyar (proyeksi PBB)
Peningkatan volume sampah! (OECD: 230 – 1,000 kg/cap./th)
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta4/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Photo: demo-menris.icimod.org Photo: Johnson Siregar
Pembuangan sampah yang tidak sesuai „Smoking landfill“
Problem masyarakat: lingkungan, kesehatan dan estetika
Latar belakang masalah: pengelolaan sampah
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta5/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Kita sangat tergantung pada bahan bakar fosil!
www.eia.doe.gov
Latar belakang masalah: energi
Harga bahan bakar fosil terutama minyak bumi cenderung meningkat
dan tidak stabil!
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta6/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Emisi gas rumah kaca dari sektor energi dan pembuangan sampahberkontribusi sangat signifikan dari total emisi gas rumah kaca.
Latar belakang masalah: gas rumah kaca
www.cmdl.noaa.gov
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta7/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Permintaan pasokan energi meningkat drastis
Sumber energi sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil
Bahan bakar fosil semakin langka dan tak ramah lingkungan
Volume sampah meningkat drastis
Pengelolaan sampah „biasa“ perlu banyak uang dan tidak
memberi ruang untuk mendapatkan kembali energi
Pe
rta
mb
ah
an
ju
mla
h p
en
du
du
k d
un
ia
Waste to energy
Mengapa harus „waste to energy“?
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta8/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Kemungkinan produksi energi dari sampah organik
Thermo-chemical Physical-chemical Biological-chemical
Biomass
Biogenic solid wastes
Collecting, sorting, etc.
Transportation - Storage - Treatment
Coaling Gasification Pyrolisis Fermentation Digestion CompostingPressing/extraction
Transesterification
Solid fuel Gaseous fuel Liquid fuel
Combustion
Power (electricity) HeatKaltschmitt and Weber, 2006
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta9/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
COMPLEX POLYMERS
MONOMERS
Proteins(Protease)
Carbohydrates(Cellulase, hemicellulase,
xylanase, amylase)
Lipids(Lipase, phospolipase)
Amino acids, sugarsHigher fatty acids:
e.g. stearic, palmitic, oleic, myristic acids
Alcohols: e.g. ethanol
Intermediary products(Butyric, propionic, valeric acids)
Acetic acidHydrogen;
carbondioxide
Methane;
carbondioxide
Hydrolysis
Fermentation
Aceticlastic
methanogenesisReductive
methanogenesis
ß-oxidation
Homoacetogenesis
1 11
21
3
2
4 5
Dasar pengolahan anaerobik
Limbah organik
Gula, asam amino, asam
lemak, alkohol
Asam asetat, hidrogen,
karbondioksida
Biogas
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta10/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Teknologi waste to energy
Waste
wood
incinerator
Steam
boiler
Sanitary
landfill
Biowaste
digestion
plant
Steam
boiler
Generator
Heat
Electricity
Landfill
gas
Biogas
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
Bio
gas p
roduction (
m3. m
-3. h
-1)
Time (weekdays)
Biogas production with biowaste feeding only (without weekend feeding)
Penerapan konsep waste to energy di kota Karlsruhe, Jerman
Pasokan biogas yang fluktuatifkarena pengaruh pemberian
substrat.
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta11/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
0234.7
Ritter
Gas water
seal
Gas
meter
Recirculation
pump
Gla
ss c
olu
mn
with
wa
rm
wa
ter
jacke
t
Inlet
Outlet
Semi-continuous fed reactors
Liquid volume: 8 & 10 L; temperatur: 37 °C
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta12/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Sumber limbah organik: biowaste
Asal: BTA/MAT digester, Karlsruhe-Durlach (1,000 m3 digester)
Weighing and primary
storage facilityBiowaste
mill
Interim biowaste
storage bunker
Hydropulper
Methane
reactor
CentrifugeCompostible
solid material
Sand
Excess process water
Undegradable materials
container (plastics, sand,
glasses, metals)
Municipal wastewater
treatment plant
Heavy materials
Light materials
Process water
Heat-/electricity
generation
Biogas
Sample for
this studyComposting
facility
Interim storage tank for
sand sedimentation/re-
moval by hydrocyclones
Process
water
container
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta13/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
As a co-substrate in
biogas plants
FoodwasteSorter Grinder
Homogenizer
LandfillPlastics, metals,
glasses
Weighing and
interim storage
Canteens, hotels and
restaurants, supermarkets,
hospitals, catering
companies, etc.
Autoclave
Methane
reactor
Generator Biogas
Foodwaste
sample
Sumber limbah organik: foodwaste
Mempunyai kandungan protein dan lemak tinggi
Asal: Stadtreinigung GmbH, Freiburg
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta14/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Meth
ane p
rod. pote
ntial (m
3 ∙k
g-1
VS
ad
ded)
Time (days)
Biowaste Foodwaste Press water
Potensi produksi methana
Potensi produksi methana maksimal:Biowaste: 0.37 m3 ∙ kg-1 VS; Foodwaste: 0.52 m3 ∙ kg-1 VS; Press water: 0.49 m3 ∙ kg-1 VS
Batch assays
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta15/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Fixed biowaste feeding: HRT 8 days, tambahan foodwaste pada waktu malam danakhir pekanproducksi biogas relatif stabil
Co-digestion dengan foodwaste
0
10
20
30
40
50
60
Daily B
iogas P
roduction (
lite
r)
Time (weekdays)
Without foodwaste addition With Foodwaste addition
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
Bio
gas p
roduction (
m3. m
-3. h
-1)
Time (weekdays)
Only biowaste feeding Biowaste + foodwaste feeding
BW+FW BW+FWFW FW
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta16/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Co-digestion: peningkatan produksi biogas
Compared to press water, addition of foodwaste as co-substrate gave morebiogas production
2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
11 13 15 17 19 21 23
Ave
rag
e g
as p
rod
. (
m3·m
-3·d
-1)
OLR (kg COD·m-3 ·d-1)
Biowaste + press water
Biowaste + foodwaste
Only with biowaste as substrate
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta17/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Press water
Solid phase
Mash-separator
(pressing)
Compostable
wasteSorter
< 100 mm
Shredder
Star-sieve < 80 mm
Landfill/ incineratorUncompostable/ inorganic
wasteWeighing and
interim storage
Composting
windrows
Methane
reactor
Generator Biogas
Press water
sample
Sumber limbah organik: press water
Pressing method ca. 0.4 ton press water/ton sampah masuk
Asal: Composting plant, Grünstadt
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta18/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Parameter Unit Value
Potential energy recovery:
• Daily methane production m3∙d-1 2,050
• Energy recovered kWh∙d-1 7,174
• Potential benefit €/year 497,543
Energy balance per ton limbah masuk:
• Energy recovered from press water kWh 71.7 (+)
• Energy for composting kWh 21.0 (-)
• Energy for AD processes (pre-treatment & pumping) kWh 28.7 (-)
• Energy for AD heating kWh 7.20 (-)
Fasilitas komposting di Grünstadt, kapasitas: 100 ton/hari 40 m3 PW
Potensi energi dari press water
Surplus energy 14.8 kWh/ton limbah masuk (≈ 103,000 euro/tahun)
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta19/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Comparison with previous studies
Waste compositionHRT(day)
OLR (kg VS m-3d-1)
Biogas prod. rate
(m3 m-3 d-1)References
Sorce-sorted OFMSW (dry) 14 - 25 2.1 – 4.2 1.33 – 2.68 Mata-Alvarez et al., 1990
Food market waste 12 - 20 1.1- 2.8 1.3 – 2.0 Mata-Alvarez et al., 1992
Fruits and vegetables 5 - 9 6.3 – 12.6 1.96 – 2.91 Mtz-Viturtia et al., 1995
Fresh OFMSW 12 5 2.52 Kryztek et al., 2001
Energy crops + OFMSW 40 6.0 3.5Nordberg and Edstrom, 2005
Mechanically separated OFMSW 18 7.7 5.2Nordberg and Edstrom, 2005
Biowaste 8 6.6 3.6 This study
Press water 7.7 - 20 5.9 – 15.3 4.1 – 10.4 This study
Biowaste + foodwaste 6.7 – 7.6 9.5 – 12.3 5.15 – 6.78 This study
Biowaste + presswater 6.4 – 7.6 7.5 – 11.9 4.20 – 6.40 This study
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta20/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Penutup
Pengolahan anaerobik untuk sampah organik sangat menguntungkan dilihat dari aspek perbaikan lingkungan maupun aspek pengurangan ketergantungan energi yang bersumber dari bahan bakar fosil.
Beberapa kemungkinan kendala apabila diterapkan di Indonesia adalah:1. Kurangnya kesadaran masyarakat untuk melakukan pemilahan2. Pemakaian plastik sebagai pembungkus yang sangat ekstensif3. Belum ada regulasi pemerintah yang mendukung/mendorong penggunaan
energi dari sumber terbarukan.4. Adanya ketakutan dari masyarakat kalau dibangun suatu tempat
pengolahan sampah di lingkungannya (NIMBY syndrom)
Pengolahan anaerobik di Indonesia (mengingat sulitnya pemilahan) dapat diterapkan pada limbah yang berasal dari point source (pasar, industri makanan, pertanian dll).
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta21/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
Potensi penerapan pengolahan anaerobik di Indonesia
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta22/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik
1. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2009. Foodwaste as a Co-Substrate in a Fed-Batch Anaerobic Biowaste Digester for Constant Biogas Supply. Water Science and Technology. Vol. 59 (6): 1169–1178.
2. Nayono, S.E., Winter, J. and Gallert, C., 2009. Anaerobic Digestion of Pressed Off Leachate from the Organic Fraction of Municipal Solid Waste. Waste Management, doi:10.1016/j.wasman.2009.09.019
3. Nayono, S.E., Gallert, C. and Winter, J., 2010. Anaerobic Co-Digestion of Biowaste with Press Water and Foodwaste for the Improvement of Biogas Production. Bioresource Technology. Vol. 101 (18): 6987-6993.
Publikasi ilmiah
Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan
Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta23/22 09.07.2010 Satoto E. Nayono
Pengolahan Anaerobik Limbah Organik