TUGAS

BIOPROSES DALAM LINGKUNGAN

Dosen Pengampu : Wiratni, ST., MT., Ph.D.

Disusun oleh :

Kelompok 4

Wida Banar Kusumaningrum (14/373678/PTK/9975)

Novie Putri Setianingrum (14/373723/PTK/9978)

Anissa Primaningtyas (14/373769/PTK/9983)PROGRAM MAGISTER TEKNIK PROSES

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015Limbah pabrik gula masih mengandung senyawa-senyawa organik dengan kadar yang cukup tinggi sehingga akan menimbulkan bau busuk jika langsung dibuang ke lingkungan. Direncanakan dibangun instalasi pengolahan limbah berupa bak tertutup (digester) yang beroperasi secara kontinyu untuk mengkonversi limbah tersebut menjadi biogas. Bakteri-bakteri yang terdapat dalam arus limbah itu sendiri (indigenous bacteria) dapat menguraikan senyawa-senyawa organik tersebut dan menghasilkan biogas. Penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa indigenous bacteria tersebut merupakan mixed culure yang didominasi oleh 3 bakteri yaitu bakteri A, bakteri B, dan bakteri C. Untuk keperluan studi perilaku masing-masing bakteri, mula-mula bakteri A, B, dan C diisolasi sehingga terpisah satu sama lain. Selanjutnya eksperimen laboratorium dilakukan untuk masing-masing bakteri secara terpisah dengan bioreaktor batch untuk menentukan doubling time dan dengan chemostat pada dilution rate tertentu untuk penentuan parameter kinetik lain. Dihasilkan data sebagai berikut.BakteriDoubling Time (jam)Dilution Rate (1/jam)Sisa Senyawa

Organik (mg/L)

A6.930.0848

B2.310.2530

C4.620.1040

Analisis spesies kimia dalam cairan digester maupun komposisi biogas yang dihasilkan mengindikasikan bahwa masing-masing bakteri melakukan reaksi fermentasi yang berbda-beda, yaitu :

Bakteri A : senyawa organik ( biogas +alkohol

Bakteri B : senyawa organik ( biogas

Bakteri C : senyawa organik ( alkohol

Berdasarkan data di atas, jawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini. Setiap jawaban harus didukung dengan analisis kuantitatif. Problem ini bersifat open ended sehingga perlu disebutkan dengan jelas asumsi-asumsi yang Anda ambil dalam perhitungan.a. Dalam praktek di lapangan, bakteri A, B, dan C akan selalu ada bersama-sama dalam limbah pabrik gula tersebut. Walaupun demikian, bisa dilakukan upaya-upaya agar sistem didominasi oleh bakteri yang paling menguntungkan untuk produksi biogas. Menurut pendapat Anda, bakteri manakah yang Anda pilih untuk mendominasi sistem? Jelaskan alasan Anda.

b. Untuk volum digester 10 m3, pada kisaran laju alir limbah berapakah (dalam m3/jam) bakteri yang Anda pilih dapat mendominasi sistem?

c. Jika volum digester dirancang 10 m3, jelaskan apa yang terjadi jika laju air limbah masuk digester 0.5 m3/jam?

d. Input bak mengandung senyawa organik sebanyak 40 mg/L. Jika digester dioperasikan pada laju alir input sebesar 2 m3/jam, berapa persen senyawa organik yang terurai oleh bakteri yang mendominasi sistem? Bakteri lain dianggap sudah tidak ada dalam sistem.Penyelesaian :

a. , atauDalam buku karangan Shueler and Cargi halaman 163 dapat dicari persamaan untuk mencari Spesifik growth rate pada persamaan 6.7 seCbagai berikut :

Bakterid net

A6.930.1000

B2.310.3001

C4.620.1500

net = Dmaks

Contoh perhitungan :Bakteri A : = = 0,1000

Bakteri B : = = 0,3001

Bakteri C : = = 0,1500

Bakteri yang diinginkan adalah bakteri B karena hanya menghasilkan produk biogas. Dari hasil perhitungan di atas, agar bakteri B dapat tumbuh, dibutuhkan nilai D (maksimal) 0.3001 . Agar bakteri B dapat mendominasi, maka bakteri A dan C harus washout. Apabila D > net, maka bakteri akan washout. Oleh karena itu, bisa digunakan nilai D antara 0.15 0.3001 agar bakteri B mendominasi.b. Neraca massa cell di chemostat :Rate of Input Rate of Output + Rate of Formation = Rate of Accumulation

Q. Xo Q. X + net. X. V = 0 (steady state)

Konsentrasi substrat di dalam reaktor jumlah yang masih sedikit sehingga Xo = 0 , maka

Q = net. V Agar bakteri B mendominasi, D = 0.15 - 0.3001 , diambil D = 0.300 sehingga

Q = (0.3).(10) = 3 m3/jam

c. Jika V = 10 m3 dan Q = 0.5 m3/jam

Maka D = Q /V = 0.5 / 10 = 0.05 1/jam

Sedangkan agar bakteri B mendominasi, D = 0.15 - 0.3001D < D yang diharuskan, maka bakteri B tidak bisa mendominasi sistem. Di dalam sistem tetap terjadi kompetisi antara ketiga bakteri. d. So = 40 mg/LQ = 2 m3/jam

V = 10 m3Neraca massa substrat di chemostat :

Rate of Input Rate of Output - Rate of Utilization = Rate of Accumulation

DimanaUntuk mencari dapat dilihat pada Environmental Biotechnology equation 3.6 halaman 167

Dimana : = rate of substrate utilization (Ms L-3T-1) q = Maximum specific rate of substrate utilization (MsMx-1 T-1)

K = concentration giving one-half the maximum rate (MsL-3)

S = Concentration of the rate limiting substrate (MsL-3)

Untuk mencari konsentrasi cell dapat dilihat pada Modul Bioproses dimana :

Dimana :

b : endegenous decay coefficient (T-1)

Y : Yield cell (MxMs-1)

dianggap nilai b = 0, sehingga

dengan , sehingga

Sebelum menghitung persamaan diatas maka harus mencari nilai K terlebih dahulu. Untuk mencari nilai K dapat dilihat pada modul bioproses :

Pada data eksperimen pertama, nilai S = 30 mg/L, =0.3001, D = 0.25 1/jam

Sehingga diperoleh nilai K = 6 mg/L

S = 11.97 mg/L , maka

= 70.09 %