Tel: (021) 75791355 Email: sekr-ptseik@bppt.go.id

Pengoperasian Biogas Plant ... (2/9)

Pengoperasian Biogas Plant ... (2/9)

Oleh: Ir. Rohmadi Ridlo, M.Eng.

 

2.  Parameter Untuk Memantau Proses Biologi

Pemantauan dan pengendalian proses biologis adalah sebuah tantangan. Tujuan proses dari fermentasi anaerobik untuk POME adalah pencapaian tingkat produksi metana konstan. Metode yang paling umum digunakan di Indonesia adalah cover reactor dan CSTR (continuous stirred tank reactor). CSTR adalah reaktor model berupa tangki berpengaduk melibatkan reaktor tangki yang diaduk terus menerus. Dalam hal ini produksi metana konstan dicapai ketika operasi steady-state didirikan. Dalam keadaan stabil (steady-state), perubahan untuk memproses variabel adalah nol dan tingkat konversi proses-spesifik maksimum dapat dicapai.

Oleh karena itu variabel seperti tingkat pembebanan organic (organic loading rate), waktu tinggal (retention time), tingkat degradasi dan produksi gas dapat dicapai yang penentuan ukuran pabrik dan substrat yang dipilih. Operator pabrik harus memastikan bahwa variabel-variabel ini tetap konstan sebanyak mungkin. Namun pada umumnya, kondisi steady state hampir tak terjangkau dalam praktek karena gangguan proses pasti terjadi (misalnya perubahan sifat substrat, malfungsi seperti kegagalan pompa, atau pengenalan desinfektan dll). Gangguan ini menyebabkan penyimpangan dari keadaan yang diinginkan, yang perlu dideteksi sehingga penyebabnya dapat diidentifikasi dan diperbaiki.

Penyimpangan kondisi steady state tersebut dapat dideteksi secara langsung dengan cara keseimbangan aliran material.

Dalam aplikasi praktis, bagaimanapun, relatif sulit untuk mengukur komposisi bahan input dan output secara tepat dan dalam banyak kasus bahkan untuk mengukur jumlah substrat sebenarnya yang dimasukkan dan jumlah gas yang dihasilkan, sehingga tidak mungkin untuk mencapai kesetimbangan massa dengan biaya yang murah.

Untuk alasan ini, solusi parsial yang disesuaikan dengan keadaan spesifik digunakan dalam biogas plant. Hal ini tidak selalu cukup untuk memastikan jalannya proses yang stabil.

Variabel yang diukur yang tersedia untuk evaluasi proses biologis dan paling umum digunakan dalam praktek dijelaskan berikut ini.

 

2.1 Laju Produksi Biogas

Biogas yang dihasilkan adalah variabel penting yang diukur sebagai produk metabolisme dan variabel sasaran. Tingkat produksi biogas adalah jumlah gas yang dihasilkan per unit waktu (misalnya per hari atau d-1), dan dengan volume POME (substrat) dan komposisi POME (substrat) yang diketahui berfungsi sebagai dasar untuk menghitung produksi biogas spesifik (substrat spesifik dan volume spesifik). Mengukur tingkat produksi biogas sangat penting untuk menyeimbangkan proses metabolisme dan menilai efisiensi dari populasi metanogen.

Ketika peralatan sedang diinstal untuk mendeteksi arus gas, perhatian harus diberikan kepada posisi dari sensor. Jika kondisi proses digester individu perlu diamati, tingkat produksi gas mereka juga harus dicatat secara terpisah. Jika digester memiliki atap membran, untuk menghitung laju produksi gas perlu memperhitungkan volume penyimpanan, yang dapat dilakukan dengan merekam tingkat pengisian (misalnya dengan menggunakan cable-extension transducer), tekanan internal dan suhu di ruang gas.

Sensor dalam ruang gas harus memenuhi persyaratan perlindungan ledakan dan harus tahan terhadap korosi dan tingkat kelembaban yang tinggi. Sebagaimana atap membran juga berfungsi untuk menyimpan biogas, mengukur tingkat produksi gas dan volume penyimpanan yang tersedia juga sangat penting untuk mengendalikan output unit biogas plant.

Berkenaan dengan pengukuran arus gas di pipa, harus diperhatikan bahwa bagian inlet peralatan yang telah ditentukan berada di tempat untuk menghasilkan arus laminar. Mengukur dengan bagian yang bergerak dalam aliran biogas rentan terhadap kesalahan karena adanya kotoran dalam aliran biogas.

Instrumen didasarkan pada prinsip-prinsip pengukuran termal dan fluidistor (piranti getaran) banyak digunakan di sektor biogas, serta flowmeter pusaran.

 

2.2 Komposisi Gas

Komposisi biogas dapat digunakan untuk menilai berbagai keadaan. Konstituen individu dan pentingnya mereka untuk proses dijelaskan secara singkat berikut ini.

2.2.1 Metana (CH4)

Proporsi metana dalam biogas berfungsi untuk mengevaluasi keadaan bakteri metanogen. Metanogen adalah mikroorganisme yang menghasilkan metana sebagai produk sampingan metabolik dalam kondisi anoxic. Tingkat produksi metana dapat dihitung sehubungan dengan tingkat produksi gas: jika tingkat produksi metana turun secara signifikan meskipun tingkat feeding konstan, dapat diasumsikan bahwa bakteri metanogen terhambat. Titik pengukuran harus disediakan dalam digester individu dalam rangka untuk mengevaluasi produktivitas metana. Dalam teknologi biogas, konsentrasi metana diukur dengan sensor infra merah atau sensor konduktivitas termal.

Untuk pengoperasian pembangkit listrik tenaga biogas (PLT biogas) ataupun untuk menghasilkan panas adalah penting bahwa kandungan metana dalam gas tidak jatuh di bawah 40-45%, karena mesin gas (gas engine) tidak lagi mampu memanfaatkan biogas.

2.2.2 Karbon Dioksida (CO2)

Karbon dioksida yang terbentuk selama fase hidrolisis / asidogenesis dan juga pada fase dalam rangka pembentukan metana. CO2 larut dalam air, sehingga membentuk buffer hidrogen karbonat penting. Jika rasio metana /karbon dioksida dalam biogas jatuh tanpa komposisi substrat yang telah berubah, penyebabnya mungkin tingkat yang lebih tinggi dari pembentukan asam dibandingkan dengan pembentukan metana. Keseimbangan massa mengalir dalam proses degradasi kemudian terganggu. Hal ini mungkin disebabkan oleh variasi dari jumlah input atau penghambatan populasi metanogen.

Karbon dioksida, seperti metana, diukur dengan sensor infra merah atau sensor konduktivitas termal.

2.2.3 Oksigen

Oksigen seharusnya hanya terdeteksi dalam biogas jika ditambahkan untuk tujuan desulfurisasi biologis. Dalam hal ini, pengukuran oksigen dapat digunakan untuk mengatur kandungan oksigen yang diperlukan untuk desulfurisasi. Oksigen dapat diukur dengan sensor elektrokimia dan sensor paramagnetik.

2.2.4 Hidrogen Sulfida

PLT biogas mempunyai batas tentang konsentrasi hidrogen sulfide dalam biogas, karena produk oksidasi memiliki sifat yang sangat korosif. Oleh karena itu tujuan utama dari pengukuran itu adalah untuk melindungi unit PLT biogas.

Konsentrasi tinggi hidrogen sulfida tidak mempengaruhi bakteri metanogen sampai konsentrasi mencapai kisaran persen (sekitar 20.000 ppm), yang jarang terjadi pada biogas plant.

Hidrogen sulfida diukur dengan sensor elektrokimia.

 

2.3 Temperatur

Sebagai dalam aturan umum, laju reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu. Proses biologis, bagaimanapun, memiliki suhu optimum, karena struktur organik (misalnya protein) bertanggung jawab untuk menjadi tidak stabil karena suhu naik dan bisa kehilangan fungsinya.

Ketika proses anaerobik digunakan dalam aplikasi teknis, mereka pada dasarnya dibagi menjadi dua rentang suhu:

- Mesofilik berkisar sekitar. 37-43 °C

- Termofilik kisaran kira-kira 50 sampai 60 °C

Seperti diketahui sangat sedikit panas yang dihasilkan dalam fermentasi anaerob, untuk kondisi tertentu substrat harus didinginkan atau dipanaskan untuk mencapai suhu fermentasi.

Merupakan hal yang penting bahwa suhu dijaga konstan. Proses termofilik, khususnya, sensitif terhadap fluktuasi suhu.

Dalam kasus POME sebagai substrat, ada kemungkinan perlu dilakukan pendinginan karena temperatur POME yang keluar dari pabrik kelapa sawit bisa sekitar 80-900C.

Sensor yang digunakan untuk mengukur suhu harus dipasang pada berbagai ketinggian sehingga stratifikasi (pembedaan) dan tidak memadainya pengadukan dapat dideteksi. Perawatan juga harus diambil bahwa sensor tidak terpasang di zona mati atau terlalu dekat dengan peralatan stabilisasi suhu. Sensor resistensi (mis PT 1000 atau PT 100) atau termokopel yang cocok untuk mengukur suhu.

 

2.4 Input Volume dan Tingkat Pengisian

Dalam rangka untuk memastikan keseimbangan dari proses degradasi, pengukuran tepat dari kuantitas substrat yang ditambahkan adalah mutlak. Selain substrat cair, dalam beberapa kasus padatan (misalnya tandan kosong) juga dimasukkan ke dalam digester, sistem pengukuran yang berbeda yang digunakan. Cara terbaik untuk mengukur padatan adalah menimbang. Untuk substrat cair seperti POME, perangkat pengukuran aliran dapat diinstal pada pipa atau diukur dengan mengisi tingkat keterisian (fill level). Tingkat keterisian (juga di digester) dapat ditentukan dengan menggunakan sensor tekanan (tekanan hidrostatik di digester) atau dengan mengukur jarak ke permukaan secara ultrasonic atau dengan radar. Mengenai pilihan sensor, perhatian harus diberikan untuk ketahanan korosi dan ketidakpekaan terhadap kekotoran, terutama karena disitu pemeliharaan mahal dan sulit. Pertimbangan lebih lanjut ketika memilih dan posisi sensor adalah bahwa kondisi operasi tertentu seperti penumpukan sedimen (misalnya pasir) di bagian bawah digester, berbusa, deposito belerang di ruang gas dll tidak diperbolehkan untuk mempengaruhi pengukuran.

Perlindungan ledakan juga harus dipastikan. Perangkat yang telah terbukti terbaik untuk mengukur aliran adalah mereka yang bekerja tanpa bagian yang bergerak di media yang diukur. Sensor induktif dan sensor kapasitif adalah jenis yang paling umum, meskipun dalam kasus-kasus individu sensor ultrasonik dan sensor konduktivitas termal juga digunakan. Tergantung pada metodologi, ketentuan harus dibuat untuk inlet yang cukup untuk sensor untuk menghasilkan aliran laminar dalam pipa. Pengukuran aliran memiliki keuntungan bahwa, jika lebih dari satu baris feeding dapat disalurkan melalui satu pipa berkat pengaturan katup, beberapa jalur feeding dapat dipantau dengan satu alat pengukur.

 

2.5 Karakteristik Substrat

Seperti jumlah substrat, perlu juga untuk mengetahui konsentrasi dan komposisi substrat untuk mendapatkan keseimbangan massa. Untuk parameter substrat cair juga memungkinkan untuk menggunakan chemical oxygen demand (COD), dan jumlah karbon organik (TOC) juga kadang-kadang digunakan. Hanya dua parameter pertama disebutkan relevan dalam praktek.

Sedangkan untuk substrat padat, parameter seperti kandungan total padatan (TS) (= isi bahan kering, dry matter content /DM) dan volatile solids /padatan volatil (VS) digunakan untuk menentukan konsentrasi.

Langkah pertama untuk menentukan fraksi biodegradable substrat adalah menentukan kadar air atau total padatan konten. Untuk melakukan hal ini, sampel dikeringkan sampai berat konstan pada suhu 105 ° C di laboratorium. Sementara itu ada juga perkembangan sensor baru atas dasar microwave dan mendekati inframerah untuk menentukan konten secara online dalam proses.

Salah satu kriteria untuk menilai penguraian diperoleh dengan menentukan proporsi konstituen organik dalam bahan kering. Kandungan padatan volatil adalah jumlah parameter yang diperoleh dengan membakar sampel sampai 550 ° C. Hilangnya resultan massa, disebut sebagai hilangnya pada pembakaran, sesuai dengan jumlah bahan kering organik. Nilai ini adalah jumlah parameter tetapi tidak memberitahu apa-apa tentang penguraian zat (degradability) yang diuji maupun jumlah biogas yang diharapkan akan diproduksi. Dalam literatur ada nilai-nilai panduan yang dapat digunakan untuk memperkirakan volume produksi gas yang diharapkan jika substrat dan kandungan padatan volatile dikenal. Pengeringan sampel menghilangkan zat-zat volatil (misalnya asam uap-volatile), sehingga zat ini tidak menyertakan hasil analisis. Terutama ketika substrat diasamkan (misalnya seperti dalam kasus silase), ini dapat menyebabkan kesalahan yang cukup besar dalam estimasi potensi gas. Oleh karena itu perlu mengembangkan metode koreksi yang memperhitungkan zat volatil. Namun metode ini secara signifikan lebih kompleks. Residu yang tersisa setelah sampel dinyalakan dikenal sebagai residu pada pengapian; ini merupakan proporsi komponen inert dalam substrat. Jika substrat mengandung jumlah besar pasir, residu pada pengapian dapat digunakan untuk memperkirakan kadar pasir, dan dalam kombinasi dengan pengayakan distribusi ukuran butiran pasir dapat diperkirakan pula. Kandungan pasir penting karena sifat abrasif dan sedimentasi di digester dalam kasus beberapa substrat (misalnya kotoran unggas).

Sebuah karakterisasi lebih tepat tentang substrat dapat diperoleh dengan mengklasifikasikan komponen/unsur substrat (serat, protein, lemak dan ekstrak nitrogen bebas, yang dalam kombinasi dengan kecernaan (digestibility) menggambarkan kesesuaian zat organik untuk digunakan sebagai pakan ternak; karena proses biogas mirip yang terjadi dalam pencernaan ternak), atau menurut van Soest (hemiselulosa, selulosa dan lignin). Komponen ini menentukan sifat dari produk antara yang terbentuk. Jika ada perubahan mendadak pada substrat, oleh karena itu, akumulasi mendadak produk antara bisa timbul yang tidak dapat terdegradasi karena populasi bakteri yang sesuai tidak cukup atau tidak menunjukkan tingkat pertumbuhan yang cukup tinggi. Analisis pakan ternak juga dapat digunakan untuk menentukan hasil gas yang diharapkan lebih akurat daripada atas dasar kandungan padatan volatil. Oleh karena itu metode analisis juga lebih baik untuk menilai kualitas substrat.

Penentuan konsentrasi substrat sangat penting untuk menyeimbangkan massa yang dapat dipercaya; Penentuan tambahan dari komposisi substrat juga dapat digunakan untuk menilai kualitas substrat.

Statistik Pengunjung

4.png4.png9.png7.png2.png
Today69
Yesterday101
This week69
This month1142
1
Online

Hubungi Kami

Gedung Energi 625 Klaster V
Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang Selatan 15314

Tel: (021) 75791355

Fax: (021) 75791355

Web: ptseik.bppt.go.id