Biogas from human waste/id

▼Ini adalah halaman topik .Fokus Appropedia adalah pada penelitian orisinal , tetapi halaman ini memberikan konteks yang berguna dan membantu menavigasi situs. Anda dapat membantu Appropedia dengan memperbaiki halaman ini .

Pengolahan limbah manusia melalui pencernaan anaerobik adalah teknologi sanitasi yang sangat etis. Pencernaan anaerobik terjadi di dalam biodigester dan menghasilkan bahan bakar ( biogas ), menghilangkan kebutuhan oksigen biokimia (BOD) dari limbah, menghemat nutrisi (terutama senyawa nitrogen), dan yang terpenting mengurangi patogen. Konsentrasi limbah manusia yang berlebihan merusak lingkungan, karena mengandung BOD, nutrisi, dan penyakit antropozoonotik. Hal ini dapat menyebabkan berbagai masalah lingkungan yang dapat menyebabkan keruntuhan ekosistem, seperti membuat badan air tidak layak huni bagi banyak organisme. Limbah yang tidak diolah menyebabkan pertumbuhan alga yang berlebihan, pasang merah , dan yang disebut zona mati . Manusia juga menderita akibat limbah yang tidak diolah (juga disebut air hitam ). Penyakit yang ditularkan melalui air yang ditularkan melalui kotoran manusia merupakan penyebab utama kematian di seluruh dunia, terutama di negara-negara berkembang. Beberapa penyakit yang disebabkan oleh air limbah manusia yang tidak diolah antara lain Kolera, Demam Tifoid, Demam Paratifoid, Salmonella, Disentri, Gastroenteritis, Leptospirosis, Meningitis, Hepatitis, dan berbagai penyakit parasit.

Jumlah biogas yang dapat dihasilkan dari limbah manusia terbatas dibandingkan dengan kotoran ternak dan bahan baku lainnya. Perut kita terlalu efisien! David House menyatakan dalam bukunya yang luar biasa bahwa 1000 pon limbah manusia menghasilkan sekitar 0,6 meter kubik biogas (cukup bahan bakar untuk memasak bagi sekitar 1 hingga 2 orang). Tetapi jumlah itu cepat bertambah, silakan lihat internet untuk contoh proyek, terutama di Rwanda, India, dan Thailand.

Limbah yang tidak diolah, selain menyebabkan prevalensi penyakit, negara-negara berkembang juga membuang nutrisi berharga di tempat-tempat di mana pupuk tidak tersedia. Biodigester mengubah limbah menjadi pupuk hayati . Terdapat juga kekurangan besar dalam sistem pengolahan limbah di negara-negara maju di mana sejumlah besar energi digunakan untuk mengaerasi dan mengolah limbah; Pencernaan Anaerobik mengolah limbah dan juga menghasilkan energi daripada mengonsumsinya. Artikel ini membahas pertimbangan untuk pengolahan limbah manusia dan berbagai pilihan diuraikan.

Pertimbangan penting

Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pengolahan limbah manusia. Terdapat masalah-masalah penting terkait penyakit dan beberapa pertimbangan fisik umum. Masalah nomor 1 adalah penanganan limbah manusia. Operator yang menangani limbah manusia tanpa tindakan pencegahan apa pun pasti akan jatuh sakit. Proses penanganan limbah harus mempertimbangkan para penangan limbah tersebut. Idealnya, sistem pengolahan limbah akan menghilangkan penanganan langsung oleh manusia.

Limbah hasil biodigester pada umumnya TIDAK steril. Pencernaan anaerobik menciptakan lingkungan kompetitif di mana patogen dikalahkan oleh mikroorganisme non-infeksius dan karenanya populasinya berkurang. Ini berarti bahwa patogen BERKURANG, tetapi tidak sepenuhnya dihilangkan. Namun, studi pada biodigester termofilik (45-55 derajat C) telah menunjukkan pengurangan patogen yang jauh lebih besar daripada pada biodigester suhu ambien dan suhu yang lebih rendah (lihat bagian biodigester yang mampu mengendalikan patogen). Sistem pengolahan limbah perlu mengatasi masalah penyakit selama proses melalui pra atau pasca pengolahan, atau limbah hasil pengolahan perlu dibuang sesuai dengan ketentuan.

Salah satu pertimbangan umum dalam mendesain biodigester agar sesuai dengan sistem yang sudah ada adalah bahwa kotoran manusia biasanya sangat diencerkan untuk memfasilitasi pergerakan. Pembilasan toilet mengkonsumsi volume air yang besar (berkisar antara 1,3 hingga 2,5 galon tetapi sekitar 2 galon di AS) dan mendesain biodigester dengan misalnya waktu retensi hidrolik (HRT) 30 hari untuk mengolah limbah yang dibilas membutuhkan biodigester bervolume sangat besar dengan pengenceran 2 galon per pembilasan. Namun, ada desain biodigester yang dapat menangani HRT, atau jumlah waktu biodigester menahan limbah, hanya beberapa jam. Desain ini adalah reaktor penahan lumpur seperti Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) dan bahkan Fixed Film Reactor yang berkinerja lebih baik . Satu faktor penting terakhir yang perlu dipertimbangkan adalah toksisitas amonia karena limbah manusia dilaporkan memiliki rasio C:N yang rendah . Masalah ini dapat diatasi melalui pengenceran dan ko-digesti bahan baku kaya karbon seperti molase. Limbah hewan pada dasarnya lebih aman untuk diolah daripada limbah manusia karena cenderung mengandung lebih sedikit patogen manusia, meskipun beberapa patogen yang berasal dari kotoran hewan juga perlu dipertimbangkan.

Metode pengobatan

Pra-perlakuan panas

Selama proses ini, kotoran manusia akan dipasteurisasi hingga 70 derajat Celcius sebelum masuk ke biodigester. Hal ini sebaiknya dilakukan sebelum pengenceran untuk mengurangi biaya energi dan dapat dilakukan menggunakan uap limbah, pemanasan tenaga surya pasif, atau pembakaran langsung biogas atau sumber bahan bakar lainnya. Proses ini akan membuat lebih banyak kotoran manusia tersedia untuk pencernaan anaerobik dan bahkan kemungkinan akan meningkatkan jumlah biogas yang dihasilkan. Perlakuan panas awal juga dapat menurunkan HRT (Hydraulic Retention Time). Sterilisasi di awal akan mengatasi masalah limbah yang berkaitan dengan patogen di kemudian hari dan menghasilkan pupuk hayati untuk tanaman pangan (layak dikonsumsi manusia).

Perawatan melalui retensi

Waktu retensi yang sangat lama untuk limbah memiliki kemampuan untuk menghancurkan patogen secara virtual. Lamanya waktu retensi kotoran manusia bervariasi. Di iklim yang sangat hangat, Anda mungkin ingin menahan limbah selama 60-90 hari, namun di iklim dingin (20 derajat Celcius ke bawah) retensi 150 hari atau lebih direkomendasikan. Waktu retensi dapat dikontrol melalui HRT biodigester atau dengan menahan limbah untuk jangka waktu tambahan. Opsi yang paling ekonomis harus dipertimbangkan, serta faktor keamanan seperti akses ke tangki penampungan dan masalah lain yang melibatkan potensi paparan terhadap manusia dan hewan.

Peringatan Keamanan: Metode retensi untuk menghancurkan patogen harus dikonfirmasi melalui hasil laboratorium sebelum diadopsi.

Pasca perawatan dan sterilisasi

Limbah hasil biodigester juga dapat diolah dalam fase pengolahan sekunder seperti ultrafiltrasi , sinar ultraviolet (UV) , lahan basah pengolahan , pengomposan , atau pengolahan aerobik . Ultrafiltrasi terdiri dari mengalirkan limbah melalui membran yang hanya memungkinkan zat terlarut untuk melewatinya. Saat ini teknologi ini lebih mungkin digunakan di negara-negara maju, tetapi solusi yang tepat menggunakan bahan-bahan seperti mangrove dan tanaman lain mungkin dapat digunakan. Ultrafiltrasi praktis untuk air limbah pekat yang sebagian besar padatannya telah mengendap. Pengolahan UV adalah teknologi pengolahan air yang umum, namun mungkin hanya praktis untuk limbah encer di mana kekeruhan bukan masalah. Lahan basah pengolahan memberikan pengolahan tambahan serta habitat bagi satwa liar. Pada dasarnya, gradien pergerakan dibuat dan ditanami dengan tanaman lahan basah yang memfasilitasi penghilangan nutrisi dan patogen. Inilah cara air limbah, seperti limpasan air hujan, diolah secara alami di lingkungan. Proses pengomposan mungkin diizinkan untuk digunakan untuk mengolah limbah, namun harus dikeringkan terlebih dahulu untuk memfasilitasi aerasi, yang membutuhkan lahan dan energi yang intensif. Perlu diperhatikan agar tidak ada yang menghirup debu dari limbah segar selama proses ini. Limbah juga dapat melalui proses pengolahan aerobik untuk memurnikannya, namun proses ini mahal, intensif, dan menghilangkan nutrisi dari sistem yang produktif. Pilihan pengolahan limbah lainnya dapat mencakup filter pasir dan penjernih .

Biodigester yang mampu mengendalikan patogen

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, beberapa proses biodigester mampu mengendalikan hampir semua patogen yang ditemukan dalam air limbah. Proses-proses tersebut meliputi biodigester termofilik, biodigester fase , dan biodigester bertahap . Dalam biodigester termofilik, lingkungan di dalam biodigester sangat panas sehingga banyak patogen tidak dapat bertahan hidup. Lingkungan tersebut juga jauh lebih kompetitif daripada di biodigester biasa. Patogen biasanya beradaptasi dan paling nyaman di sekitar suhu tubuh. Untungnya, banyak organisme yang mampu melakukan pencernaan anaerobik adalah termofil, atau organisme yang menyukai panas. Namun, perlu berhati-hati dengan toksisitas amonia yang telah disebutkan sebelumnya, karena biodigester termofilik jauh lebih sensitif terhadap masalah ini daripada biodigester suhu ambien dan suhu yang lebih rendah. Biodigester fase memisahkan fase-fase yang harus dilalui material selama proses pencernaan anaerobik. Material organik mengalami hidrolisis , asidogenesis , asetogenesis , dan metanogenesis . Pada dasarnya, sebuah wadah dapat memfasilitasi konversi senyawa organik menjadi zat terlarut (hidrolisis), produksi asam (asidogenesis dan asetogenesis) atau produksi metana (metanogenesis). Dalam pencernaan anaerobik dua fase, dua wadah atau lebih digunakan untuk memisahkan fase-fase tersebut. Hal ini dapat dilakukan secara fisik (menghilangkan senyawa organik saat dihidrolisis), secara kimia (menghambat produksi metana atau menyangga asam hingga pH di mana metanogenesis dapat terjadi) atau secara biologis (mengasamkan reaktor pertama). Jika reaktor dibiarkan menjadi asam untuk menghambat produksi metana, pH rendah juga akan menciptakan lingkungan ekstrem di mana beberapa patogen tidak dapat hidup. Setelah lingkungan asam, mereka akan dimasukkan ke lingkungan penghasil metana yang juga menghilangkan patogen melalui kompetisi mikroba. Biodigester dua fase yang mampu menghilangkan patogen mungkin memiliki tangki pertama yang berfungsi sebagai pengasam, yang kemudian dialirkan ke tangki kedua yang termofilik dan menghasilkan metana. Biodigester bertahap dapat bekerja dengan cara yang sama dengan mengubah mekanisme kompetisi di berbagai tahapan (reaktor) meskipun masih belum sepenuhnya memisahkan fase-fase tersebut.

Menerapkan

Menghilangkan patogen sepenuhnya tidak diperlukan jika perawatan yang memadai diberikan pada pengaplikasian limbah cair. Limbah cair biodigester yang masih mengandung patogen dapat diaplikasikan ke lahan resapan bawah tanah (dengan alat penjernih), digunakan untuk tanaman non-pangan dan dalam beberapa kasus tanaman pakan ternak , serta diaplikasikan langsung ke lahan. Namun, semua hal ini memerlukan pertimbangan keselamatan. Jumlah paparan manusia perlu dipertimbangkan. Kontaminasi air tanah dan badan air merupakan ancaman potensial jika limbah cair yang tidak sepenuhnya bebas patogen dilepaskan ke lingkungan. Pengaplikasian langsung ke lahan perlu mempertimbangkan paparan langsung, seperti penggunaan lahan oleh anak-anak dan orang dewasa. Tanaman non-pangan adalah pilihan lain dan juga memungkinkan penangkapan nutrisi. Tanaman dapat mencakup tanaman energi, produksi biomassa, dan banyak lainnya. Namun, paparan terhadap manusia sekali lagi merupakan risiko yang harus diperhitungkan. Cara paling sederhana dan aman untuk membuang limbah cair adalah dengan menyuntikkannya ke dalam sistem saluran pembuangan yang sudah ada.

Kesimpulan

Biodigester menawarkan berbagai manfaat bagi orang yang tertarik pada pengolahan limbah manusia secara etis. Pertimbangan terpenting, yang belum tentu selalu dikelola secara efektif, adalah bahaya patogen dalam limbah manusia terhadap kesehatan. Sistem ini dapat diskalakan dari tingkat rumah tangga dan komunitas hingga aplikasi skala industri yang lebih besar. Aplikasi yang sukses dapat ditemukan di seluruh dunia dan juga dalam sejarah. Yang terbaik dari semuanya, pencernaan anaerobik menawarkan untuk mengubah limbah menjadi sumber daya.

Bacaan lebih lanjut

• Bitton G. Mikrobiologi Air Limbah. Edisi ke-3. Wiley-Liss 2005.
• van Haandel, AC, Lettinga, G. Pengolahan Air Limbah Anaerobik: Panduan Praktis untuk Daerah dengan Iklim Panas J Whiley 1994
• House, D. Buku Pegangan Biogas Lengkap Edisi ke-3 2007 www.completebiogas.com
• Speece, RE Bioteknologi Anaerobik untuk Air Limbah Industri Archae Press 1996