ASAM VOLATIL DAN BAKTERI METANOGEN

 sumber gambar

Kebanyakan hasil limbah dari rumah tangga ataupun indutri berupa material organik. Material organik ini dapat didegradasi dengan metode tertentu tergantung jenisnya. Material ini ada yang sederhana maupun kompleks tergantung bagaimana proses pembuatannya. Semakin panjang dan kompleks, material organik ini membutuhkan waktu degradasi lebih lama daripada material organik sederhana dan pendek. Material ini kebanyakan berupa lipid, karbohidrat dan protein.

Metanogenesis adalah konversi asam lemak dengan berat molekuler rendah (asam volatil seperti asam format, asetat, propionat, dan asam butirat) atau alkohol, karbondioksida, dan hidrogen ke gas metana (CH₄).

Secara alami, turunan lipid dapat didegradasi. Kebanyakan lipid adalah tidak larut ataupun sedikit larut dengan air tetapi larut dalam campuran alkohol-eter. Ada beberapa asam lemak yang dibentuk dari hidrolisis lemak dan dapat bereaksi dengan ion logam untuk membentuk sabun ataupun garam. Ada beberapa asam lemak  yang memiliki berat molekuler rendah dan biasanya disebut asam volatil. Asam lemak ini dapat berevaporasi pada tekanan atmosfer. Pada asam volatil, prekursor paling penting ke metana adalah asam asetik atau asetat.

Produk fermentasi seperti alkohol seperti etanol atau butanol dapat ditransformasikan menjadi asam lemak atau asam volatil. Proses fermentasi ini merupakan penggunaan gula saat proses metabolik bakteri di bawah kondisi anaerobik. Sedangkan pada protein, bakteri anaerobik dapat dihidrolisis ke bentuk peptida lain. Ada beberapa protein asam amino bebas yang diproses secara lebih lanjut dapat membentuk asam volatil.

Asam volatil dapat diturunkan dari lipid, karbohidrat dan protein. Dalam sel hidup, jalur biokimia memasukkan ketiga kelas tersebut secara langsung dan sangat terkoordinasi dan cukup efisien dari kehilangan energi pada proses reaksi ketiganya.

Bakteri fakultatif anaerob dapat melakukan proses metabolik dengan kehadiran oksigen terlarut atau hampir tiadanya oksigen. Proses yang dapat dilakukan misalnya fermentasi campuran beberapa asam. Sebagai contoh spesies dengan genus Enterobacter dapat memproduksi asam, aldehid, alkohol, karbon dioksida dan hidrogen dari monosakarida sederhana yakni glukosa.

Sedangkan bakteri anaerob tidak dapat melakukan proses metabolik di lingkungan dengan oksigen terlarut. Bakteri ini dapat dibagi menjadi dua grup yaitu bakteri yang tidak bisa melakukan metabolisme ketika ada oksigen terlarut namun masih bisa bertahan hidup pada kondisi oksigen yang paling sedikit dan bakteri yang intoleran terhadap jumlah oksigen berapa pun di lingkungannya. Beberapa bakteri anaerob merupakan produser asam kuat dan yang lainnya mampu mengurangi senyawa sulfat menjadi senyawa hidrogen sulfida. Dalam pengolahan limbah, bakteri fakultatif ananerob dan anaerob mampu menyelesaikan proses hidrolisis dari substrat organik yang cukup kompleks.

Bakteri metanogenik dapat mengkonversi produk fermentasi seperti asam format dan asetat ke produk gas seperti CO₂, H₂, dan CH₄ yang dapat berdifusi ke lingkungan aerobik (atmosfer). Bakteri ini menempati tempat khusus dalam lingkungan mikroba karena mereka sendiri dapat memproduksi hidrokarbon (CH₄) sebagai  produk metabolik mereka yang banyak. Dinding sel dari bakteri ini tidak keras, karakteristik ini yang membedakan kelompok bakteri ini dengan kelompok eubakteria. Ada 5 substrat yang dapat dikonversi oleh baketri ini menjadi gas metana yaitu asetat, format, metanol, karbondioksida dan metilamin.

Bakteri anaerob pada umumnya terdapat pada tanah ataupun pada saluran usus. Pada usus inilah bakteri tersebut dapat berkembang dengan baik. Beberapa ananerob seperti bakteri anaerobik sakarolitik atau pemecah gula dapat memecah polisakarida menjadi monosakarida. Jumlah bakteri ini pada digester berkisar antara 10⁷ hingga 10⁸ sel/ml. Ada pula bakteri anaerobik selulolitik yang menghidrolisis selulosa dan hemiselulosa menjadi monosakarida. Jumlah bakteri ini pada digester berkisar antara 10⁴ hingga 10⁵ sel/ml.

Bakteri anaerobik proteolitik dapat menghidrolisis polimer asam amino kompleks, protein, atau polipeptida menjadi asam amino sederhana. Jumlah bakteri ini pada digester berkisar antara 10⁵ hingga 10⁶ sel/ml. Bakteri anaerobik lipolitik dapat menghidrolisis lemak, minyak, dan lilin jenuh atau tak jenuh menjadi asam lemak dan asam lemak volatil. Jumlah bakteri ini pada digester berkisar antara 10⁴ hingga 10⁵ sel/ml. Pada perbedaan aktivitas biokimia, beberapa spesies pada genus yang sama dapat menghidrolisis lebih dari satu grup substrat. Bakteri metanogenik dapat juga ditemukan di digester dengan jumlah antara 10⁴ hingga 10⁸ sel/ml.

Proses pengolahan anaerobik menggunakan digester untuk mengubah molekul organik kompleks ke metana mempunyai banyak variasi. Salah satunya yang sederhana adalah melalui dua tahap sederhana yaitu : hidrolisis ataupun pembentukan asam volatil serta pembentukan metana. Yang lainnya berada dalam pembagian tiga tahap dengan hidrolisis polimer organik memisahkan langkah pertama.

Selain itu beberapa mikrobiologis ada yang membagi ke dalam 6 tahap yaitu langkah pertama dengan hidrolisis protein, karbohidrat dan lipid. Sedangkan langkah kedua yaitu fermentasi atau pembentukan asam. Langkah ketiga yaitu hidrolisis anaerobik dan langkah keempat yaitu oksidasi anaerobik dari asam lemak dan beberapa asam volatil. Selanjutnya langkah kelima yaitu konversi asetat menjadi metana dan yang keenam adalah penggabungan hidrogen dan karbondioksida menjadi metana.

Berbagai faktor lingkungan dapat mempengaruhi efisiensi pengolahan anaerobik dan metanogenesis. Di antaranya adalah sebagai berikut :

1.      Komposisi nutrisi,

2.      Jumlah oksigen terlarut pada digester anaerobik,

3.      Temperatur digester,

4.      pH (konsentrasi ion hidrogen) pada digester,

5.      Konsentrasi padatan volatil, dan

6.      Konsentrasi asam volatil.

Beberapa substansi pada jumlah yang sedang hingga berlebihan dapat menyebabkan berbagai masalah pada pengolahan anaerobik menggunakan digester. Di antaranya adalah ion logam berat, sulfida, gas ammonia terlarut, asam volatil yang tidak terionisasi, dan sianida. Ada juga inhibitor lainnya seperti deterjen rumah tangga dan klorin.