Sulfide Oxidizing Bacteria (SOB) Role in Biofilter to Remove High Strength Hydrogen Sulfide From Biogas

Nimas M. S. Sunyoto1, 2, Warin Rukruem3, Benjaphon Suraraksa4, and Pawinee Chaiprasert1

The removal of hydrogen sulfide in biogas is imperatively required as it lead the corrosion to the engines and pipe lines when it is used as biofuel (1). Biofilter was broadly used as an alternative on hydrogen sulfide removal. The common bacteria used in the H2S removal including Thiobacillus sp., Beggiota sp., and  Pseudomonas sp (2). However, the utilization of mix culture seemed to be more favourable in the field application. This study investigated the role of Sulfide oxidizing bacteria (SOB) to be used as converting agent in high strength H2S removal. The study used three different particle sizes of packing material namely RHAB of  0.5-1.0 cm (RHAB type 1), 1.5-2.0 cm (RHAB type 2) and 2.0-3.5 cm (RHAB type 3). The operation was carried out in 5 litres working volume biofilter under controlled dissolved oxygen (DO) 0.5 mg.l-1 and pH 7 and employed mix culture seed sludge taken from open pond of swine manure wastewater treatment. The synthetic hydrogen sulfide gas in high strength of H2S (3,000 ppm) was fed in upflow direction at various flow rate.  H2S loading rate (SLR) at 0.17 and 0.25 l.min-1 was used at the 30 and 20 minutes of GRT resulting in H2S loading rate of 8.18 and 12.27 g H2S.m-3.h-1, respectively. The role of SOB in term of H2S removal efficiency, bacterial activity and metabolic products produced under high strength of inlet H2S was investigated. The average of removal efficiency of RHAB type 1, 2 and 3 was  in the  range of 97,8-99,6% at GRT 30 minutes and 91,3-94,8% at GRT 20 minutes. In addition, the study of bacterial activity showed that the avarage bacterial activity was 8.6-12.63 g Na2S2O3.g VSS-1.day-1. Moreover it was found that the activity of SOB had converted the H2S into S0 form up to 81,1%.

 

Keywords: H2S removal, biogas, biofilter

 

References:

  1. Fischer, M. E., et al., Biogas purification : H2S removal using biofiltration. Waterloo University, Ontario, Canada, 1-138   (2010)
  2. Pipatmanomai, S., et al., Economic assessment of biogas-to-electricity generation system with H2S removal by activated carbon in small pig farm. Applied Energy, 86, 669–674 (2008)

 

*)This abstract was originally presented at 5th Young Scientist Seminar at Yamaguchi Seminar Park, Yamaguchi, Japan, November 22-23th 2011

Iklan

OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN

S u r y a

Dosen Jurusan Teknologi Politeknik Negeri Lampung

Industri tapioka selain menghasilkan tepung tapioka (hanya sekitar 30% dari ubikayu yang diolah) juga menghasilkan limbah cair 4-5 m3/ton ubikayu yang diolah dengan kandungan bahan organik sangat tinggi (lebih 5000 mg/l). Limbah cair industri ini akan mencemari lingkungan bila titak dikelola dengan terpadu dan mudah mengalami penguraian (biodegradable). Saat ini sistim pengolahan air limbah yang banyak dilakukan adalah pengolahan secara biologis anaerobik dengan kolam-kolam (ponds).  Penerapan sistim ini akan menghasilkan gas CO2 dan metana (CH4) yang merupakan emisi gas rumah kaca yang memberikan kontribusi terhadap pemanasan global. Metana yang dihasilkan tersebut sebenarnya gas yang dapat dibakar (fleameable gas) sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif terbarukan (bioenergi).  Dengan kata lain, pengolahan limbah cair industri tapioka dapat menghasilkan sumber energi baru terbarukan yaitu dengan menampung gas metana tersebut dan sekaligus mengurangi dampak pemanasan global.

Hasil pengukuran emisi gas di kolam anaerobik industri tapioka menunjukkan bahwa setiap 1 ton ubikayu dapat menghasilkan 24,4 m3 biogas atau 14,6-15,8 m3 metana/ton ubikayu yang diolah.  Namun hasil tersebut belum maksimal, karena secara teoritis dapat dihasilkan 25-35 m3 gas metana setiap 1 ton ubikayu yang diolah.  Untuk itu perlu dilakukan optimasi produksi biogas dengan melakukan rekayasa waktu tinggal hidraulik (WTH)  dari air limbah pada bioreaktor anaerobik.  Rekayasa WTH akan menentukan tingkat laju alir pembebanan air limbah pada bioreaktor, sehingga akan dapat mempengaruhi produksi biogas yang akan dihasilkan.

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi fermentasi air limbah industri tapioka yang optimal dalam menghasilkan biogas.  Untuk mendapatkan itu dilakukan rekayasa waktu tinggal hidraulik (WTH) pada bioreaktor yang dapat mempengaruhi keberhasilan produksi biogas. Diharapkan dengan diketahui kondisi fermentasi yang optimal dalam menghasilkan biogas, energi baru terbarukan yang dihasilkan dapat mensuplai kebutuhan energi pada industri tersebut sehingga dapat meningkatkan daya saing industri, dan sekaligus dapat mengurangi dampak pemanasan global yang memici perubahan iklim global.

Metode penelitian yang digunakan adalah metode deskriptif dengan menyajikan data hasil pengamatan yang telah dianalisis dalam bentuk tabel dan grafik. Perlakuan yang diberikan untuk mendapatkan optimasi produksi biogas adalah waktu tinggal hidraulik (WTH) 30 hari (laju alir pembebanan pada bioreaktor 50L adalah 1,7 l/hari), WTH 25 hari (laju alir pembebanan 2,0 l/hari),WTH 20 hari (laju alir pembebanan 2,5 l/hari) dan WTH 15 hari (laju alir pembebanan 3,3 l/hari). Pengamatan dan pengukuran yang dilakukan adalah suhu dan pH air limbah, T-COD, TSS dan VSS, produksi biogas, konsentrasi gas metana, karbondioksida dan nitrogen.

Hasil penelitian menunjukkan WTH 15 hari yang merupakan tingkat laju alir pembebanan yang tertinggi 3,3 l/hari menghasilkan produksi biogas tertinggi yaitu sebesar 3,27 L/g COD tersisihkan atau sebesar 0,46 L/L air limbah yang diolah. Semakin lama WTH atau semakin kecil tingkat pembebanan yang diberikan akan menghasilkan tingkat efisiensi dan produksi biogas yang makin rendah.  Produksi dan konsentrasi gas metana yang menyebabkan biogas dapat terbakar semakin tinggi dengan semakin pendeknya WTH atau semakin besar tingkat pembebenan yang diberikan yaitu sebesar 9,21 L/hari dan konsentrasi 49,19% pada WTH 15 hari dalam volume bioreaktor 50 liter.

Abstrak makalah pada seminar nasional Pengembangan agroindustri berbasis sumberdaya lokal di UB Agustus 2008

Faktor-faktor yang Berpengaruh Pada Proses Pembentukan Biogas

Proses pembentukan biogas dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

a. Temperatur/Suhu,

suhu udara maupun suhu di dalam tangki pencerna mempunyai andil besar di dalam memproduksi biogas. Suhu udara secara tidak langsung mempengaruhi suhu di dalam tangki pencerna, artinya penurunan suhu udara akan menurunkan suhu di dalam tangki pencerna. Peranan suhu udara berhubungan dengan proses dekomposisi anaerobik (Yunus, 1991).

b. Ketersediaan Unsur Hara,

bakteri anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi yang mengandung nitrogen, fosfor, magnesium, sodium, mangan, kalsium dan kobalt (Space and McCarthy didalam Gunerson and Stuckey, 1986). Level nutrisi harus sekurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan bahan yang sederhana seperti glukosa, buangan industri, dan sisa sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester (Gunerson and Stuckey, 1986).

c. Derajat Keasaman (pH),

peranan pH berhubungan dengan media untuk aktivitas mikroorganisme. Bakteri-bakteri anaerob membutuhkan pH optimal antara 6,2 – 7,6, tetapi yang baik adalah 6,6 – 7,5. Pada awalnya media mempunyai pH ± 6 selanjutnya naik sampai 7,5. Tangki pencerna dapat dikatakan stabil apabila larutannya mempunyai pH 7,5 – 8,5. Batas bawah pH adalah 6,2, dibawah pH tersebut larutan sudah toxic, maksudnya bakteri pembentuk biogas tidak aktif. Pengontrolan pH secara alamiah dilakukan oleh ion NH4+ dan HCO3-. Ion-ion ini akan menentukan besarnya pH (Yunus, 1991).

d. Rasio Carbon Nitrogen (C/N),

proses anaerobik akan optimal bila diberikan bahan makanan yang mengandung karbon dan nitrogen secara bersamaan. CN ratio menunjukkan perbandingan jumlah dari kedua elemen tersebut. Pada bahan yang memiliki jumlah karbon 15 kali dari jumlah nitrogen akan memiliki C/N ratio 15 berbanding 1. C/N ratio dengan nilai 30 (C/N = 30/1 atau karbon 30 kali dari jumlah nitrogen) akan menciptakan proses pencernaan pada tingkat yang optimum, bila kondisi yang lain juga mendukung. Bila terlalu banyak karbon, nitrogen akan habis terlebih dahulu. Hal ini akan menyebabkan proses berjalan dengan lambat. Bila nitrogen terlalu banyak (C/N ratio rendah; misalnya 30/15), maka karbon habis lebih dulu dan proses fermentasi berhenti (Anonymous, 1999a).

e. Kandungan Padatan dan Pencampuran Substrat,

menurut Anonymous (1999a), walaupun tidak ada informasi yang pasti, mobilitas bakteri metanogen di dalam bahan secara berangsur – angsur dihalangi oleh peningkatan kandungan padatan yang berakibat terhambatnya pembentukan biogas. Selain itu yang terpenting untuk proses fermentasi yang baik diperlukan pencampuran bahan yang baik akan menjamin proses fermentasi yang stabil di dalam pencerna. Hal yang paling penting dalam pencampuran bahan adalah menghilangkan unsur – unsur hasil metabolisme berupa gas (metabolites) yang dihasilkan oleh bakteri metanogen, mencampurkan bahan segar dengan populasi bakteri agar proses fermentasi merata, menyeragamkan temperatur di seluruh bagian pencerna, menyeragamkan kerapatan sebaran populasi bakteri, dan mencegah ruang kosong pada campuran bahan.