BIODIGESTER: UNTUK APA, JENIS, KELEBIHAN, KEKURANGAN - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

Sebuah biodigester adalah tangki tertutup di mana gas metana dan pupuk organik yang dihasilkan dari fermentasi anaerob dari bahan organik. Fondasi biologis adalah dekomposisi bahan organik oleh aksi bakteri melalui hidrolisis, pengasaman, asetanogenesis dan metanogenesis.

Biodigester menyediakan kondisi terkontrol yang diperlukan untuk proses biodigester. Setelah proses ini, biogas (metana, karbondioksida, nitrogen dan hidrogen sulfida), biosol (pupuk padat) dan biol (pupuk cair) diperoleh sebagai produk akhir.

Sistem biogas. Sumber: Renergon International AG

Pengoperasian dasar dimulai dari penambahan limbah organik dan air ke wadah kedap udara, di mana dihasilkan proses fermentasi anaerobik. Biogas kemudian diekstraksi untuk disimpan, digunakan langsung atau sebagai pupuk.

Tiga tipe dasar reaktor biogas menurut sistem pemuatannya adalah terputus-putus, semi-kontinyu dan kontinu. Biodigester batch hanya diisi sekali dengan sampah organik dalam setiap proses produksi, kemudian pupuk diekstraksi untuk memulai siklus berikutnya.

Untuk beban semi kontinyu, dimuat secara berkala dengan mengekstraksi jumlah pupuk yang setara dengan volume yang dimuat. Sistem kontinyu adalah pabrik industri dengan beban permanen bahan organik, serta ekstraksi biogas dan pupuk.

Di antara keuntungan reaktor biogas adalah memungkinkan pengelolaan sampah organik yang tepat, mendaur ulangnya, dan mengurangi risiko lingkungan. Selain itu, energi (biogas) dan pupuk organik diproduksi, yang menghasilkan nilai ekonomi dan lingkungan.

Namun, ada juga kerugian tertentu seperti konsumsi air, kesulitan mempertahankan tingkat suhu ideal dan adanya zat berbahaya (hidrogen sulfida, siloksen). Ini juga menyoroti akumulasi bahan mentah di dekat area tersebut dan risiko ledakan.

Anda dapat membuat biodigester buatan sendiri yang relatif murah dan mengolah limbah dapur organik. Ini hanya membutuhkan tong dengan tutup kedap udara dan beberapa bahan pipa (antara lain pipa PVC, stopcock).

Dalam skala yang lebih besar, di rumah-rumah di pedesaan sistem yang paling ekonomis dan relatif mudah untuk dibangun adalah sosis. Sistem ini pada dasarnya terdiri dari kantong polietilen tertutup dengan sambungan yang sesuai.

Untuk apa ini

- Pengolahan dan daur ulang sampah organik

Biodigester adalah alternatif teknologi yang sangat berguna dari perspektif pengelolaan sampah organik yang berkelanjutan dan produksi energi terbarukan. Misalnya, mereka memberikan alternatif untuk daur ulang sampah organik padat dan cair yang diubah menjadi bahan baku biodigester.

Mendaur ulang sampah organik dengan cara ini mengurangi dampak pencemaran dan menghasilkan penghematan dalam pengelolaannya. Biodigester digunakan untuk pengolahan air limbah, pengolahan limbah organik padat perkotaan, dan limbah pertanian dan peternakan.

- Produksi biogas dan pupuk hayati

Proses pencernaan anaerobik menghasilkan biogas dan pupuk organik sebagai produk.

Biogas

Biogas memiliki sekitar 60% gas metana yang merupakan bahan bakar berkalori tinggi dan dapat digunakan untuk produksi energi. Dapat digunakan untuk memasak, menghasilkan energi listrik (turbin gas), menggerakkan motor atau pemanas.

Pupuk hayati

Pupuk hayati yang dihasilkan dari biodigester diperoleh dalam keadaan (biosol) dan cair (biol) dengan kadar makro dan mikronutrien tinggi. Makronutrien dasar (fosfor, nitrogen, dan kalium) dapat diperoleh secara terpisah dari biol melalui proses ultrafiltrasi dan reverse osmosis.

Biol mengandung sejumlah besar hormon pertumbuhan yang berguna untuk perkembangan tanaman seperti asam indole-asetat, giberelin, dan sitokinin, antara lain.

bagaimana cara kerjanya

Biodigester bekerja dengan menghasilkan proses biogasifikasi melalui destruksi anaerobik, dari penguraian bahan organik terhidrasi dan tanpa adanya udara. Hal ini terjadi melalui proses fermentasi yang produk utamanya adalah gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2).

- Memuat biodigester dan mengguncang

Itu dilakukan melalui tangki pemuatan, yang terdiri dari tangki di mana bahan organik disiapkan untuk ditambahkan melalui tabung pemuatan ke biodigester.

Pengolahan bahan organik dan beban

Biodigester harus diberi makan secara berkala dengan bahan organik dan air yang cukup untuk daya dukungnya. Dalam pengertian ini, 25% dari volume biodigester harus dibiarkan bebas untuk akumulasi gas yang dihasilkan.

Pada gilirannya, jenis dan kualitas bahan organik juga akan mempengaruhi produktivitas dan penggunaan limbah padat dan cair sebagai pupuk atau tidak. Beberapa limbah organik dapat menimbulkan masalah dalam proses fermentasi, seperti residu buah jeruk yang terlalu banyak mengasamkan medium.

Bahan harus dihancurkan atau diperkecil ke ukuran sekecil mungkin, dan untuk memfasilitasi fermentasi, campuran harus mengandung 75% air dan 25% bahan organik. Ini harus diaduk secara berkala untuk menjamin homogenitas proses fermentasi dalam campuran.

Suhu dan waktu retensi

Waktu retensi bahan organik dalam biodigester untuk mencapai fermentasi penuh akan tergantung pada jenisnya dan suhunya. Semakin tinggi suhu lingkungan, semakin cepat fermentasi (misalnya pada suhu 30ºC dibutuhkan waktu sekitar 20 hari untuk mengisi ulang biodigester).

- Pencernaan anaerobik

Pencernaan anaerobik. Sumber: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakteri bertindak dalam proses yang membutuhkan kondisi lingkungan yang sesuai seperti tidak adanya udara, suhu di atas 20 ° C (idealnya 30-35 ° C) dan media yang tidak terlalu asam. Dalam kondisi ini, tiga fase berkembang:

Hidrolisis

Bakteri hidrolitik bertindak dalam proses ini yang mengeluarkan enzim ekstraseluler. Oleh karena itu, rantai kompleks karbohidrat, protein, dan lemak dipecah menjadi bagian-bagian kecil yang dapat larut (gula, asam amino, dan lemak).

Tahap pengasaman atau fermentasi

Senyawa terlarut dari fase sebelumnya difermentasi menjadi asam lemak volatil, alkohol, hidrogen dan CO2.

Acetanogenesis

Bakteri asetogenik berperan mengoksidasi asam organik sebagai sumber karbon. Mereka menghasilkan asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbon dioksida (CO2) dan bau tak sedap dihasilkan dengan adanya hidrogen sulfida.

Pembentukan metana atau fase metanogenik

Pada fase terakhir, bakteri metanogenik berperan menguraikan produk asetanogenesis, menghasilkan metana. Di alam, bakteri ini bekerja di rawa, lingkungan perairan, dan perut hewan pemamah biak.

Pada akhir fase ini campuran mengandung metana (45 sampai 55%), karbon dioksida (40 sampai 50%), nitrogen (2 sampai 3%) dan hidrogen sulfida (1,5 sampai 2%).

- Discharge dari biodigester

Tingkat produksi biogas dan pupuk bergantung pada jenis biodigester, bahan organik yang memberi makan, dan suhu. Biogas terakumulasi di bagian atas biodigester dan diekstraksi melalui pipa ke tangki penyimpanan.

Setelah fermentasi selesai, lumpur (campuran padat dan cair) diekstraksi melalui pipa. Pelepasan dihasilkan oleh prinsip kapal yang berkomunikasi, yaitu saat memuat material baru, tekanan membuat kelebihan keluar dari sisi yang berlawanan.

Perbandingan antara jumlah bahan yang dimasukkan (limbah organik dan air) dan produk keluaran (biosol dan biol) hampir 1: 0,9. Ini setara dengan hasil 90%, di mana proporsi tertinggi sesuai dengan biol (cairan).

- Biogas: pemurnian

Gas yang dihasilkan harus dimurnikan untuk menghilangkan atau mengurangi kandungan hidrogen sulfida dan air menggunakan perangkap untuk menjebak kedua senyawa. Hal ini diperlukan untuk mengurangi risiko kerusakan peralatan akibat daya korosif komponen tersebut.

Perangkap air

Air yang terbawa oleh biogas mengendap ketika pipa membuka ke ruang yang lebih besar dan gas berlanjut melalui penyempitan lainnya. Pipa ini diakhiri dengan wadah besar dan kedap udara untuk menampung air yang kemudian diekstraksi oleh kerongkongan di bagian bawah.

Perangkap Hidrogen Sulfida

Proses untuk mengekstraksi hidrogen sulfida dari biogas mirip dengan water trap, tetapi trap yang tertanam di jalur pipa harus mengandung serpihan besi atau spons. Ketika biogas melewati unggun besi, hidrogen sulfida bereaksi dengannya dan mengendap.

- Pupuk: pemisahan dan pengomposan

Campuran biosol dan biol mengalami proses dekantasi untuk memisahkan kedua komponen. Biosol dapat digunakan sendiri atau mengikuti proses pencampuran dengan pengomposan untuk kemudian digunakan sebagai pupuk padat.

Biol digunakan sebagai pupuk daun cair atau ditambahkan ke air irigasi, sehingga sangat berguna dalam sistem hidroponik.

Jenis

Produksi biogas di Jerman. Sumber: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigester diklasifikasikan menurut periode pembebanan dan bentuk strukturalnya. Karena frekuensi pemuatannya, kami memiliki:

- Terputus

Sistem terputus-putus atau batch terdiri dari tangki kedap udara yang terisi penuh dan tidak diisi ulang hingga biogas berhenti diproduksi. Gas terakumulasi dalam floating collector yang dipasang di bagian atas tangki (gasometer).

Jenis biodigester ini digunakan jika ketersediaan sampah organik berselang-seling.

- Semi kontinyu

Berbeda dengan sistem terputus-putus, bongkar muat dilakukan pada waktu-waktu tertentu selama proses produksi biogas. Menurut sistem konstruksinya ada tiga tipe dasar:

Biodigester balon atau sosis

Ini juga disebut Taiwan dan terdiri dari lubang berlapis beton datar tempat kantong atau silinder polietilen dipasang. Sambungan masuknya sampah organik dan keluarnya biogas harus dipasang di kantong ini.

Silinder tersebut diisi dengan air dan udara dan kemudian ditambahkan beban sampah organik.

Biodigester Fixed Dome

Ini adalah apa yang disebut biodigester China dan terdiri dari tangki bawah tanah yang dibangun dari batu bata atau beton. Tangki adalah silinder vertikal dengan ujung cembung atau bulat dan memiliki sistem bongkar muat.

Biogas terakumulasi dalam ruang yang ditetapkan untuk tujuan ini di bawah kubah atas. Biogas bekerja dengan variabel tekanan biogas sesuai produksinya.

Biodigester kubah terapung

Biodigester ini disebut Hindu, terdiri dari tangki silinder bawah tanah dengan sistem bongkar muat. Terbuat dari batu bata atau beton dan di bagian atasnya terdapat tangki apung (gasometer) dimana biogas terakumulasi.

Gasometer stainless steel atau fiberglass berlapis plastik mengapung di atas campuran berkat akumulasi biogas. Keuntungannya adalah mempertahankan tekanan gas yang konstan.

Selanjutnya, gasometer naik turun tergantung pada tingkat campuran dan jumlah biogas. Oleh karena itu, diperlukan rel samping atau batang pemandu pusat untuk menghindari gesekan dengan dinding.

- Berkelanjutan

Dalam hal ini, bongkar muat biodigester merupakan proses berkelanjutan yang membutuhkan ketersediaan sampah organik secara permanen. Mereka adalah sistem industri besar yang umumnya digunakan untuk pengolahan air limbah masyarakat.

Untuk ini, sistem tangki pengumpulan, pompa untuk transfer ke reaktor biogas dan ekstraksi pupuk digunakan. Biogas tunduk pada sistem penyaringan dan didistribusikan dengan kompresi untuk menjamin distribusinya kepada pengguna.

Keuntungan

Daur ulang dan polusi

Pemasangan biodigester memungkinkan daur ulang sampah organik, sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan mendapatkan produk yang bermanfaat. Dalam kasus daerah pedesaan, ini sangat penting untuk pengelolaan kotoran hewan dalam sistem peternakan.

Memperoleh biogas

Biogas merupakan sumber energi yang efisien dan ekonomis, terutama di wilayah yang ketersediaan sumber energi lain tidak dapat diakses. Di daerah pedesaan di negara-negara yang mengalami depresi ekonomi, memasak dilakukan dengan kayu bakar, yang berdampak pada lingkungan.

Ketersediaan biogas dapat membantu mengurangi permintaan kayu bakar sehingga berdampak positif pada pelestarian keanekaragaman hayati.

Produksi pupuk

Melalui biodigester, pupuk organik padat (biosol) dan cair (biol) diperoleh. Pupuk ini memiliki dampak lingkungan yang lebih rendah dan mengurangi biaya produksi pertanian.

Keafiatan

Dengan mengizinkan pengelolaan sampah organik yang tepat, risiko kesehatan yang ditimbulkannya dapat dikurangi. Telah ditentukan bahwa 85% patogen tidak dapat bertahan dalam proses biodigesti.

Misalnya, fecal coliforms pada suhu 35 ° C berkurang 50-70% dan jamur sebesar 95% dalam 24 jam. Oleh karena itu, sebagai proses tertutup, bau tak sedap berkurang.

Kekurangan

Ketersediaan air

Sistem ini menuntut dalam hal ketersediaan air, karena diperlukan campuran. Di sisi lain, biodigester harus dekat dengan sumber bahan baku dan lokasi konsumsi biogas.

Suhu

Biodigester harus mempertahankan suhu konstan mendekati 35 ° C dan dalam kisaran antara 20 dan 60 ° C. Oleh karena itu, masukan panas eksternal mungkin diperlukan.

Produk sampingan yang berbahaya

Ini dapat menghasilkan hidrogen sulfida (H2S), yang beracun dan korosif, dan siloksen turunan silikon yang terkandung dalam produk kosmetik dan dalam campuran sampah organik. Siloksena ini menghasilkan SiO2 (silikon dioksida), yang bersifat abrasif untuk mesin dan komponen.

Keberadaan dan konsentrasi produk sampingan ini bergantung pada bahan baku yang digunakan, proporsi air dan substrat padat, di antara faktor-faktor lainnya.

Akumulasi limbah

Penumpukan limbah di dekat reaktor biogas perlu dilakukan, yang menyebabkan masalah logistik dan sanitasi harus diatasi.

Resiko ledakan

Karena ini adalah sistem pembangkit bahan bakar gas, ini menyiratkan adanya risiko ledakan tertentu jika tindakan pencegahan yang tepat tidak dilakukan.

Biaya

Meskipun pemeliharaan dan pengoperasian reaktor biogas relatif murah, biaya pemasangan dan konstruksi awal dapat relatif tinggi.

Cara membuat biodigester buatan sendiri

Biodigester rumah. Sumber: Kevinsooryan

Sebuah biodigester membutuhkan elemen dasar dan tangki untuk fermentasi, bongkar muat pipa dengan stopcock masing-masing. Selain itu, tangki untuk biogas dan pupuk diperlukan.

Penting untuk diperhatikan bahwa seluruh sistem harus kedap udara untuk mencegah kebocoran gas. Di sisi lain, sistem harus dibuat dari bahan tahan karat seperti PVC atau baja tahan karat untuk menghindari kerusakan oleh air dan hidrogen sulfida.

- Tangki fermentasi

Dapat digunakan tong atau tangki plastik yang kapasitasnya bergantung pada jumlah sampah organik yang akan diolah. Tangki ini harus memiliki tutup kedap udara atau, jika tidak, tutupnya harus ditutup dengan lem plastik tahan suhu tinggi.

Tangki harus memiliki empat lubang dan semua instalasi yang dibuat di dalamnya harus disegel dengan silikon suhu tinggi.

Memuat penutup

Lubang ini berada di tengah tutup tangki, panjangnya minimal 4 inci dan saniter berulir harus dipasang. Steker ini akan disambungkan ke tabung PVC 4 inci yang akan masuk ke tangki secara vertikal hingga 10 cm sebelum bagian bawah.

Pintu masuk ini akan berfungsi untuk memuat sampah organik yang sebelumnya diparut atau diparut.

Lubang pembuangan limbah 1

Penting untuk diingat bahwa 25% dari ruang tangki harus dikosongkan untuk penumpukan gas, jadi lubang harus dibuka di samping pada tingkat tersebut. Di lubang ini akan dipasang adaptor tangki dengan ruas pipa PVC 2 inci sepanjang 15 cm dengan stopcock.

Fungsi saluran pembuangan ini adalah untuk memungkinkan biol supernatan keluar begitu tangki diisi ulang melalui tutup pemuatan. Biol harus disimpan dalam wadah yang sesuai untuk digunakan nanti.

Lubang pembuangan limbah 2

Pengurasan kedua ini harus masuk ke dasar tangki untuk mengekstrak bagian terpadat dari produk fermentasi (biosol). Demikian pula, akan digunakan segmen pipa PVC 2 inci dengan panjang 15 cm dengan stopcock.

Outlet biogas

Lubang 1/2-inci akan dipotong di bagian atas tangki untuk memasang pipa PVC berdiameter sama menggunakan adaptor tangki. Pipa ini akan memiliki stopcock di outletnya.

- Saluran keluar biogas dan sistem pemurnian

Panjang pipa keluar biogas minimal 1,5 m, untuk memasukkan sistem ekstraksi air dan hidrogen sulfida ke jalurnya. Tabung ini kemudian dapat diperpanjang jika perlu untuk mentransfer gas ke lokasi penyimpanan atau penggunaan.

Ekstraksi air

Untuk mengeluarkan air dari outlet, pipa harus disela pada jarak 30 cm untuk memasukkan wadah plastik atau kaca dengan tutup kedap udara. Tabung transfer gas harus memiliki bypass melalui sambungan T, agar gas dapat menembus wadah.

Dengan cara ini gas mengisi wadah, air mengembun dan gas terus mengalir melalui pipa.

Ekstraksi Hidrogen Sulfida

Setelah perangkap air, segmen pipa 4 inci dimasukkan ke dalam 30 cm berikutnya melalui reduksi yang sesuai. Segmen ini harus diisi dengan serutan besi atau spons logam komersial.

Hidrogen sulfida akan bereaksi dengan logam dan mengendap, sedangkan biogas akan melanjutkan perjalanannya ke wadah penyimpanan atau tempat penggunaan.

Referensi

1. Aparcana-Robles S dan Jansen A (2008). Kajian nilai pemupukan produk proses fermentasi anaerobik untuk produksi biogas. Germna ProfEC. 10 hal.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigester. Monografi. Institut Ilmu Pengetahuan Dasar dan Teknik, Universitas Otonomi Negara Bagian Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Meksiko. 64 hal.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G dan Simon M (2013). Pencernaan Mikroba Anaerobik (Bio-Digester) sebagai Pendekatan Dekontaminasi Limbah Hewan dalam Pengendalian Pencemaran dan Pembangkitan Energi Terbarukan. Jurnal Internasional Penelitian Lingkungan dan Kesehatan Masyarakat 10: 4390-4417.
4. Olaya-Arboleda Y dan González-Salcedo LO (2009). Dasar-dasar untuk desain reaktor biogas. Modul untuk mata pelajaran Konstruksi Pertanian. Fakultas Teknik dan Administrasi, Universitas Nasional Kolombia, kantor pusat Palmira. Palmira, Kolombia. 31 hal.
5. Pérez-Medel JA (2010). Studi dan desain biodigester untuk aplikasi di peternak kecil dan peternak sapi perah. Penyimpanan. Departemen Teknik Mesin, Fakultas Ilmu Fisika dan Matematika, Universitas Chili. Santiago de Chile, Chili. 77 hal.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C dan Kistemann T (2009). Efek higienis dan produksi gas dari biodigester plastik di bawah kondisi tropis. Jurnal Air dan Kesehatan 7: 590–596.