Proses Transformasi Bahan Organik


Pengolahan  limbah  secara  anaerobik  mengakibatkan  terjadinya
transformasi makromolekul bahan organik menjadi molekul-molekul yang
lebih sederhana. Menurut Lettinga (1994), terdapat empat tahap proses
transformasi bahan organik pada sistem anaerobik, yaitu :
1. Hidrolisis
Pada  tahapan  hidrolisis,  mikrobia  hidrolitik  mendegradasi
senyawa  organik  kompleks  yang  berupa  polimer  menjadi
monomernya  yang  berupa  senyawa  tak  terlarut  dengan  berat
molekul  yang  lebih  ringan.  Lipida  berubah menjadi  asam  lemak 

rantai panjang dan gliserin, polisakarida menjadi gula (mono dan
disakarida),  protein  menjadi  asam  amino  dan  asam  nukleat
menjadi  purin  dan  pirimidin.  Konversi  lipid  berlangsung  lambat
pada  suhu  dibawah  20
OC.  Proses  hidrolisis  membutuhkan
mediasi  exo-enzim  yang  dieksresi  oleh  bakteri  fermentatif  .
Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh enzim ekstra seluler
seperti  sellulase,  protease,  dan  lipase.  Walaupun  demikian
proses  penguraian  anaerobik  sangat  lambat  dan  menjadi
terbatas  dalam  penguraian  limbah  sellulolitik  yang mengandung
lignin (Said, 2006).
2. Asidogenesis.
Monomer-monomer  hasil  hidrolisis  dikonversi menjadi  senyawa
organik  sederhana  seperti  asam  lemak  volatil,  alkohol,  asam
laktat,  senyawa  mineral  seperti  karbondioksida,  hidrogen,
amoniak,  dan  gas  hidrogen  sulfida.  Tahap  ini  dilakukan  oleh
berbagai kelompok bakteri, mayoritasnya adalah bakteri obligat
anaerob  dan sebagian yang lain bakteri anaerob fakultatif.
3. Asetogenesis
Hasil asidogenesis dikonversi menjadi hasil  akhir bagi produksi
metana  berupa  asetat,  hidrogen,  dan  karbondioksida.  Sekitar
70  %  dari  COD  semula  diubah  menjadi  asam  asetat.
Pembentukan  asam  asetat  kadang-kadang  disertai  dengan
pembentukan karbondioksida atau hidrogen, tergantung kondisi
oksidasi dari bahan organik aslinya.
Etanol, asam propionat, dan asam butirat dirubah menjadi asam
asetat  oleh  bakteri  asetogenik  dengan  reaksi  seperti  berikut
(Said, 2006) :
CH3CH2OH + CO2  CH3COOH + 2H2            …….. (pers. 1)
Etanol                       Asam Asetat
CH3CH2COOH + 2H2O  CH3COOH + CO2 + 3H2    …….. (pers. 2)
Asam Propionat             Asam Asetat
CH3CH2CH2COOH + 2H2O  2CH3COOH + 2H2     ……… (pers. 3)
Asam Butirat                 Asam Asetat
4. Metanogenesis.
Pada  tahap  metanogenesis,  terbentuk  metana  dan
karbondioksida. Metana dihasilkan dari asetat atau dari reduksi
karbondioksida  oleh  bakteri  asetotropik  dan  hidrogenotropik
dengan menggunakan hidrogen.
Tiga  tahap  pertama  di  atas  disebut  sebagai  fermentasi  asam
sedangkan tahap keempat disebut fermentasi metanogenik (Lettinga, et
all,  1994).  Tahap  asetogenesis    terkadang  ditulis  sebagai  bagian  dari
tahap asidogenesis.
Fermentasi  asam  cenderung  menyebabkan  penurunan  pH  karena
adanya  produksi  asam  lemak  volatil  dan  intermediet-intermediet  lain
yang memisahkan  dan memproduksi  proton. Metanogenesis  hanya  akan
berkembang  dengan  baik  pada  kondisi  pH  netral  sehingga
ketidakstabilan  mungkin  muncul  sehingga  aktivitas  metanogen  dapat
berkurang.  Kondisi  ini  biasa  disebut  souring (pengasaman)  (Lettinga,
1994).
Berbagai studi tentang digesti anerobik pada berbagai ekosistem
menunjukkan bahwa 70 %  atau  lebih metana yang  terbentuk diperoleh
dari  asetat  (pers.  1).  Jadi  asetat  merupakan  intermediet  kunci  pada seluruh  fermentasi  pada  berbagai  ekosistem  tersebut  (Main  et  al.
1977).    Hanya  sekitar  33  %  bahan  organik  yang  dikonversi  menjadi
metana melalui  jalur hidrogenotropik dari reduksi CO2 menggunakan H2
(pers. 2) (Marchaim,1992).
Reaksi  kimia  pembentukan  metan  dari  asam  asetat  dan  reduksi
CO2 dapat dilihat pada persamaan reaksi berikut :
Asetotropik metanogenesis :
CH3COOH  CH4 + CO2  …………………………………. (pers. 1)
Hidrogenotropik metanogenesis :
4H2 + CO2  CH4 + H2O …………………………………. (pers. 2)
Henzen  and  Harremoe  (1983)  dalam  Lettinga  et  all (1994)
menyatakan bahwa bakteri yang memproduksi metana dari hidrogen dan
karbondioksida  tumbuh  lebih  cepat  daripada  yang  menggunakan  asam
asetat. Kecepatan  penguraian  biopolimer,  tidak  hanya  tergantung  pada
jumlah jenis bakteri yang ada dalam reaktor, akan tetapi juga efisiensi
dalam mengubah substrat dengan kondisi-kondisi waktu tinggal substrat
di dalam  reaktor, kecepatan  alir  efluen,  temperatur dan pH  yang yang
terjadi  di  dalam  bioreaktor.  Bilamana  substrat yang  mudah  larut
dominan, reaksi kecepatan terbatas akan cenderung membentuk metana
dari asam asetat dan dari asam lemak dengan kondisi stabil atau steady 
state. Faktor  lain  yang mempengaruhi proses  antara  lain waktu  tinggal
atau lamanya substrat berada dalam suatu reaktor sebelum dikeluarkan
sebagai  sebagai  supernatan  atau  digested  sludge (efluen). 
Minimum waktu tinggal harus lebih besar dari waktu generasi metan sendiri, agar
mikroorganisme  didalam  reaktor  tidak  keluar  dari  reaktor  atau  yang
dikenal dengan istilah wash out (Indriyati, 2005).
Mikroba  yang  bekerja  butuh  makanan  yang  terdiri  atas
karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro. Lewat siklus
biokimia,  nutrisi  diuraikan  dan  dihasilkan  energi  untuk  tumbuh.  Dari
proses pencernaan anaerobik  ini akan dihasilkan gas metan. Bila  unsur-
unsur  dalam  makanan  tak  berada  dalam  kondisi  yang  seimbang  atau
kurang,  bisa  dipastikan  produksi  enzim  untuk  menguraikan  molekul
karbon  komplek  oleh  mikroba  akan  terhambat.  Pertumbuhan  mikroba
yang  optimum  biasanya  membutuhkan  perbandingan  unsur  C  :  N  :  P
sebesar  150  :  55  :  1  (Jenie  dan  Winiati,  1993).  Namun,  aktivitas
metabolisme dari bakteri metanogenik akan optimal pada nilai rasio C/N
sekitar 8-20 (Anonim, 2005).
Ada  beberapa  senyawa  yang  bisa  menghambat  (proses)
penguraian dalam  suatu  unit biogas  saat menyiapkan bahan baku  untuk
produksi  biogas,  seperti  antiobiotik,  desinfektan  dan  logam  berat
(Setiawan, 2005).

Iklan