Mengenal Istilah dari Pencernaan anaerobik

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra

20 Maret 2024, 20.09

Sistem pencernaan anaerobik di Jerman (wikipedia)

Pencernaan anaerobik

Pencernaan anaerobik merupakan proses di mana mikroorganisme memecah bahan biodegradable tanpa kehadiran oksigen. Proses ini penting untuk mengelola limbah industri maupun rumah tangga, serta untuk memproduksi bahan bakar. Banyak industri makanan dan minuman menggunakan pencernaan anaerobik untuk menghasilkan produk mereka. Proses ini juga terjadi secara alami di beberapa tanah dan di sedimen danau, dikenal sebagai aktivitas anaerobik, yang menjadi sumber gas metana.

Proses pencernaan dimulai dengan hidrolisis bakteri yang memecah bahan masukan menjadi senyawa yang dapat dimanfaatkan oleh bakteri lain. Kemudian, bakteri asidogenik mengubah gula dan asam amino menjadi berbagai senyawa seperti karbon dioksida, hidrogen, dan asam organik. Selanjutnya, bakteri asetogenik mengubah asam organik menjadi asam asetat dan senyawa lainnya. Terakhir, metanogen mengubah produk ini menjadi metana dan karbon dioksida.

Pencernaan anaerobik tidak hanya digunakan untuk mengolah limbah biodegradable dan lumpur limbah, tetapi juga sebagai sumber energi terbarukan. Proses ini menghasilkan biogas, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar langsung atau ditingkatkan menjadi biometana berkualitas gas alam. Selain itu, hasil sampingan yang kaya nutrisi dapat digunakan sebagai pupuk.

Dengan meningkatnya perhatian terhadap pengelolaan limbah dan energi terbarukan, pencernaan anaerobik telah menjadi fokus di banyak negara seperti Inggris, Jerman, Denmark, dan Amerika Serikat. Teknologi baru dan biaya modal yang semakin terjangkau telah mendorong penggunaan kembali limbah sebagai sumber daya, sehingga menjadikan pencernaan anaerobik sebagai pilihan yang menarik.

Tahapan Proses

Empat tahap utama pencernaan anaerobik adalah hidrolisis, pembentukan asam, asetogenesis, dan produksi metana. Keseluruhan proses dapat dijelaskan sebagai reaksi kimia di mana mikroorganisme anaerobik memecah zat organik seperti glukosa menjadi karbon (CO 2 ) dan metana (CH 4 ).

Hidrolisis
Proses hidrolisis memainkan peran kunci dalam pencernaan anaerobik dengan memecah rantai polimer organik besar menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Ini penting agar bakteri dalam pencerna anaerobik dapat mengakses energi potensial biomassa. Molekul organik kompleks, seperti polimer, dipecah menjadi gula sederhana, asam amino, dan asam lemak melalui proses ini. Hidrolisis merupakan langkah pertama yang krusial dalam menginisiasi pencernaan anaerobik.

Asidogenesis
Langkah berikutnya adalah asidogenesis, di mana bakteri asidogenik bertanggung jawab untuk memecah komponen-komponen yang tersisa dari hidrolisis. Proses ini menghasilkan volatile fatty acids (VFA), amonia, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan produk sampingan lainnya. Asidogenesis mirip dengan proses fermentasi asam susu.

Asetogenesis
Tahap asetogenesis melibatkan pencernaan molekul sederhana yang dihasilkan dari fase asidogenesis menjadi asam asetat, karbon dioksida, dan hidrogen oleh bakteri asetogen. Proses ini merupakan langkah penting menuju pembentukan komponen biogas.

Metanogenesis
Metanogenesis adalah tahap akhir dalam pencernaan anaerobik di mana metanogen menggunakan produk antara dari tahap sebelumnya untuk menghasilkan metana, karbon dioksida, dan air. Sebagian besar biogas yang dihasilkan berasal dari tahap ini. Metanogenesis sensitif terhadap perubahan pH, biasanya terjadi dalam rentang pH 6,5 hingga pH 8.

Sisa dan Kematian Bakteri
Sisa bahan yang tidak dapat dicerna oleh mikroba tidak dapat digunakan dalam proses ini, dan sisa bakteri mati merupakan hasil akhir dari pencernaan anaerobik.

Konfigurasi

Ada berbagai cara untuk merancang dan mengoperasikan digester anaerobik, yang dapat dikelompokkan menjadi beberapa konfigurasi berbeda. Ini termasuk perbedaan antara proses batch dan kontinyu, suhu operasi, konsentrasi padatan, dan jumlah tahap dalam proses. Proses kontinyu, meskipun membutuhkan desain yang lebih rumit, seringkali lebih ekonomis karena biaya pembangunan awal yang lebih rendah dan volume reaktor yang lebih kecil. Namun, sistem termofilik memerlukan lebih banyak energi panas daripada sistem mesofilik, meskipun dengan keuntungan waktu yang lebih singkat dan produksi gas yang lebih besar. Penting untuk mempertimbangkan trade-off antara kecepatan dan efisiensi ketika memilih sistem yang sesuai. Selain itu, digester anaerobik dapat diklasifikasikan berdasarkan kemampuannya dalam menangani konsentrasi padatan, di mana pencernaan rendah biasanya cocok untuk limbah dengan kandungan padatan rendah, sementara pencernaan kering dapat menangani konsentrasi padatan yang lebih tinggi. Selain itu, ada perbedaan antara proses satu tahap, di mana semua langkah pencernaan terjadi dalam satu reaktor, dan proses multitahap, di mana beberapa reaktor digunakan untuk memisahkan fase-fase pencernaan. Dengan memahami berbagai konfigurasi ini, kita dapat memilih metode yang paling sesuai untuk kebutuhan pengolahan limbah kita.

Batch atau berkelanjutan

Pencernaan anaerobik dapat dilakukan dalam dua mode utama: proses batch dan proses kontinyu. Dalam sistem batch, biomassa dimasukkan ke dalam reaktor pada awal proses dan reaktor ditutup selama pencernaan berlangsung. Pada jenis ini, produksi biogas biasanya mengikuti pola distribusi normal seiring berjalannya waktu, memungkinkan operator untuk mengetahui kapan proses selesai. Namun, pembukaan reaktor sebelum proses selesai dapat mengakibatkan masalah bau yang parah. Untuk mengatasi ini, pendekatan batch yang lebih maju mengintegrasikan pencernaan anaerobik dengan pengomposan di dalam wadah, menghasilkan proses yang lebih efisien dan mengurangi masalah bau. Di sisi lain, dalam proses kontinyu, bahan organik ditambahkan secara konstan ke dalam reaktor, memungkinkan produksi biogas yang stabil. Pendekatan ini dapat dilakukan dengan mencampur bahan secara terus menerus atau menambahkan secara bertahap ke dalam reaktor dengan pembuangan produk akhir secara terus menerus atau berkala. Berbagai jenis reaktor kontinyu, seperti reaktor tangki berpengaduk, selimut lumpur aliran atas, dan reaktor sirkulasi internal, dapat digunakan untuk proses ini. Dengan pemahaman tentang kedua metode ini, pemilihan proses yang sesuai dapat dilakukan sesuai dengan kebutuhan pengolahan limbah yang diinginkan.

Suhu

Pencernaan anaerobik dapat dijalankan pada dua tingkat suhu operasional utama: mesofilik dan termofilik. Pada tingkat mesofilik, proses pencernaan optimal terjadi pada suhu sekitar 30 hingga 38 °C, sedangkan pada tingkat termofilik, proses berlangsung optimal pada suhu sekitar 49 hingga 57 °C. Mesofilik dan termofilik merujuk pada jenis mikroorganisme yang dominan dalam pencernaan pada suhu tertentu. Meskipun kondisi suhu operasional telah mencapai batas di beberapa tempat, seperti di Bolivia dengan suhu di bawah 10 °C, namun proses anaerobik sangat lambat dan memerlukan waktu lebih lama. Namun, penelitian di University of Alaska Fairbanks menunjukkan bahwa reaktor yang menggunakan mikroorganisme dari lingkungan ekstrem, seperti danau beku di Alaska, dapat menghasilkan biogas dalam jumlah yang signifikan, meskipun suhu rendah. Mesofilik dianggap lebih stabil dan lebih toleran terhadap perubahan kondisi lingkungan, sementara termofilik menghasilkan lebih banyak biogas dalam waktu yang sama. Perlakuan tambahan seperti merobek substrat atau pasteurisasi dapat digunakan untuk meningkatkan keluaran biogas dan mengurangi konsentrasi patogen dalam proses pencernaan.

Disadur dari : https://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_digestion