Pengembangan Biogas dari Limbah Industri Tahu untuk Mendukung Desa Mandiri Energi Dan Mitigasi Gas Rumah Kaca

Masalah perubahan iklim yang disebabkan oleh kian bertambahnya emisi gas rumah kaca yang sudah melebihi batas ambang dan daya dukung lingkungan kini menjadi masalah bersama yang dihadapi oleh warga di seluruh dunia. Mengingat Indonesia memiliki tingkat vulnerabilitas yang cukup tinggi terhadap dampak perubahan iklim disebabkan oleh kondisi geografis dan sosiologis, maka harus ada aksi nyata yang mampu mencegah pertambahan emisi gas rumah kaca di Indoensia. Dan untuk hal ini, terdapat berbagai sector dan potensi yang dapat ditilik sebagai kesempatan untuk mereduksi gas rumah kaca. Misalnya dalam sector pengolahan limbah. Sebagaimana kita ketahui bahwa pengolahan limbah industry di Indonesia memiliki profil yang tidak terlalu baik. Masih banyak permasalahan lingkungan seperti pencemaran, penurunan kualitas kesehatan lingkungan dan masyarakat yang ditimbulkan oleh kurang baiknya kualitas penanganan limbah di Indonesia. Padahal selain berdampak pada kesehatan lingkungan dan manusia itu sendiri, dalam konteks dampak dalam periode jangka panjang, emisi gas rumah kaca yang ditimbulkan dapat menjadi momok yang cukup menakutkan. Dengan demikian, sudah jelas bagi kita semua, penanganan limbah industry menjadi satu hal yang perlu diperhatikan.

Dalam konteks lingkungan atau yang lebih luas, selain masalah limbah, Indonesia juga memilki masalah energy yang juga menjadi masalah yang juga harus ada solusinya. Energy Indonesia  yang masih sangat bergantung pada sumber energy tidak terbarukan seperti bahan bakar fosil yang juga mengeluarkan emisi gas rumah kaca. Seperti yang dilaporkan oleh Kementerian ESDM pada tahun 2009 rata-rata produksi minyak bumi dan kondensat sebesar 963.269 barel per hari (bph), sedangkan menurut laporan BP Migas produksi minyak secara nasional pada tahun 2010 hanya naik pada kisaran 965.000 bph. Artinya terdapat angka kenaikan hanya 1.731 bph. Selain itu pesatnya pembangunan di bidang teknologi, industri, dan informasi memicu peningkatan kebutuhan masyarakat akan energi. Ketimpangan antara tingkat produksi dan konsumsi energi tersebut berakibat pada terjadinya indikasi krisis energi skala nasional.

Produksi energi nasional yang masih bertumpu pada

Peran Ilmu Teknik Kimia dalam Penerapan Produksi Bersih

metode penghilangan nitrogen dari limbah dengan Sharon anammox

Teknologi pengolahan limbah kian maju pesat. Berbagai metode dengan peralatan yang modern digunakan untuk mengetasi permasalahan limbah supaya tidak mencemari lingkungan. Dalam pengolahan limbah, nitrogen merupakan unsur yang menjadi parameter tingkat pencemaran terhadap lingkungan. Limbah yang mengandung sejumlah besar senyawa nitrogen tidak diizinkan dibuang ke lingkungan secara langsung karena akan berdampak sangat tidak baik terhadap ekologi dan kesehatan manusia. Untuk mengatasinya, secara konvensional digunakan teknologi nitrifikasi dan denitrifikasi. Namun proses pengolahan limbah untuk mengkonversi senyawa nitrogen ini membutuhkan biaya dan energy yang sangat banyak, operasi yang rumit, dan ketahanan lingkungan.

Oksidasi ammonia anaerob (Anaerobic ammonia oxidation /ANAMMOX) merupakan salah satu teknologi alternative yang digunakan dalam proses pengolahan limbah terutama yang berkaitan dengan Nitrogen.dalam proses ini, nitrit digunakan sebagai akseptor electron dalam konversi ammonia menjadi gas nitrogen. Proses ini menawarkan kesempatan yang cukup besar untuk mengkonversi ammonia dalam system yang autotrof mutlak dengan bantuan biomassa. Dalam proses ini tidak dibutuhkan senyawa karbon organic, ammonia digunakan sebagai donor electron untuk reduksi nitrit

Oksidasi ammonia dapat dilangsungkan secara aerob dan anaerob dan terdapat beberapa agen bakteri yang memiliki kemamppuan oksidasi ammonia. Mereka melakukannya dalam 2 tahap yaitu mengoksidasi ammonia menjadi nitrit dengan hidroksilamin, kemudian mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dengan menggunakan hydroxylamine oxidoreduxctase. Tahap kedua adalah mengoksidasi nitrat menjadi gas nitrogen secara anaerob. Bakteri pengoksidasi ammonia dari jenis kemolitoautotrof aerob merupakan jenis bakteri yang secar khusus dapat hidup pada media yang mengandung amonia dan CO2 dan mampu menggunakan ammonia monooxygenase untuk menkonversi ammonia dengan hidroksilamin. Beberapa bakteri heterotrof seperti P. Pantotropha dan Alcaligenes faecalis dapat menyelenggarakan reaksi yang sama. Metanotrop mampu mengkonversi ammonia menjadi hidroksilamin melalui methane monooxygenase yang dapat mengoksidasi metana menjadi CO2.

Proses ANaerobic AMMonium OXidation (ANAMMOX) pertama kali ditemukan pada tahun 1980-an namun sebenarnya telah diprediksi sejak lama. Van de Graff et al. (1997) dan Bock et al. (1995) menemukan bahwa nitrit lebih baik dalam menjadi akseptor electron. Aliran lainnya dengan kandungan Nitrogen yang tinggi dan kandungankarbon yang rendah seperti dalam leachet landfill dan kondensat evaporator dapat diolah dengan menggunakan proses ini. Dalam proses ANAMMOX, ammonia dioksidasi dalam kondisi anoksik, kondisi di mana nitrit dapat menjadi akseptor electron. Ion ammonium dan nitrit dikonsumsi dalam basis yang hamper eqimolar. Proses ini dapat dikombinasikan dengan proses nitritasi parsial seperti proses SHARON di mana sebagian ammonia dioksidasi menjadi nitrit. Kedua proses autotrof tersebut dapat menambah sustainibilitas atau ketahanan pengolahan limbah terhadap kebutuhan penambahan karbon (dan secara bersamaan menambah produksi lumpur) yang dapat dihindari serta konsumsi oksigen dan emisi oksida nitrat dapat direduksi dalam jumlah besar. Kombinasi antara proses SHARON dan ANAMMOX diakhiri dengan proses penghilangan nitrogen

Kehadiran bakteri pemroses ANAMMOX yang mampu memproduksi gas nitrogen dari ammonia dan nitrit/nitrat pertama kali didemonstrasikan dalam reactor unggun denitrifikasi terfluidisasi dalam proses pengolahan lumpur dari aliran effluent pembuangan kotoran dan limbah ammonia, dan  endapan dari air laut.

Yang termasuk ke dalam bakteri yang berperan penting dalam proses ANAMMOX ini adalah:

􀂄 Brocadia yaitu Brocadia anammoxidans

􀂄 Kuenenia yaitu Kuenenia stuttgartiensis

􀂄 Scalindua yaitu  Scalindua brodae,  Scalindua wagneri, dan Scalindua sorokinii

Adapun mekanisme terjadinya proses ANAMMOX ini dihipotesiskan oleh van de Graaf et al. (1997) dapat dijelaskan dengan dua metode sebagai berikut:

1. oksidasi ammonia menjadi nitrit menjadi hidroksilamin, yang akan bereaksi dengan nitrit yang nantinya akan direduksi menjadi nitrogen. Pembentukan hidroksilamin dari ion ammonium dilakukan dengan bantuan enzim hydroxylamine oxidoreduxctase. Proses ini nampak tidak memungkinkan karena adanya inhibis dari oksigen yang daya oksidasinya sangat kuat.

2. reduksi parsial dari nitrit dengan pembentukan hidroksilamin (NH2OH) yang kemudian akan bereaksi lebih lanjut dengan ammonia membentuk hidrazin (N2H4). Hidrazin inilah yang akan dikonversi menjadi nitrogen. Oksidasi dengan mekanisme seperti ini akan memberikan daya reduksi yang ekivalen dengan yang dibutuhkan untuk kondisi awal reduksi nitrit.

Kombinasi proses nitritasi (SHARON) dengan ANAMMOX memiliki tahapan reaksi sebagai berikut

SHARON: NH₃ + 1.5 O₂ à NO₂^- + H⁺ + H₂O

ANAMMOX: NO₂^- +NH₃⁺ + H⁺ à N₂ +2 H₂O

Sehingga reaksi keseluruhan menjadi

2 NH₃⁺ + 1.5 O₂ àN₂ + 3 H₂O

Manfaat Proses ini dapat disebutkan sebagai berikut:

1. efektif dalam biaya

2. tidak diperlukan penambahan sumber karbon organic

3. energy yang diperlukan dapat direduksi sebanyak 60% dari kebutuhan energy biasa

4. emisi CO₂ dapat dikurangi sampai 90%

5. tidak menghasilkan lumpur yang berlebihan

6. ringkas dan tidak merepotkan