Studi Pengaruh Perlakuan Awal Metode Fenton terhadap Produksi Biogas dari Vinasse

DHIAS CAHYA HAKIKA, Dr. Ir. Sarto, MSc, IPU; Dr. Ir. Aswati Mindaryani, MSc, IPU; Ir. Muslikhin Hidayat, ST, MT, PhD, IPU

2021 | Disertasi | DOKTOR TEKNIK KIMIA

Vinasse merupakan limbah cair hasil produksi bioetanol dengan jumlah sangat melimpah. Dari setiap liter bioetanol yang diproduksi dihasilkan vinasse sebanyak 10 hingga 15 kali lipat. Konsentrasi COD yang terlalu tinggi pada vinasse (lebih dari 100.000 mg/L) menyebabkan limbah ini membahayakan lingkungan. Ditinjau dari karakteristiknya, vinasse berpotensi untuk dijadikan substrat dalam produksi biogas. Namun, tingginya konsentrasi COD pada vinasse dapat menghambat proses fermentasi anaerob selama produksi biogas karena terjadi inhibisi substrat. Konsentrasi COD yang disarankan adalah pada kisaran 50.000-77.000 mg/L, sehingga perlakuan awal (pretreatment) pada vinasse dipandang perlu untuk dilakukan sebelum dikonversi menjadi biogas agar vinasse lebih siap untuk didegradasi secara biologis dan lebih layak untuk dijadikan bahan baku biogas. Metode yang dipilih untuk mendetoksifikasi vinasse agar dapat memenuhi syarat sebagai substrat biogas adalah reaksi Fenton. Penelitian ini bertujuan untuk mendetoksifikasi vinasse dan mengurangi sifat-sifat toksiknya menggunakan metode Fenton, kemudian dilanjutkan ke tahap produksi biogas sebagai upaya verifikasi untuk menguji efektivitas proses perlakuan awal metode Fenton terhadap vinasse tersebut. Pengaruh berbagai variabel operasi reaksi Fenton sebagai metode perlakuan awal vinasse yaitu pH, rasio massa [H2O2]/[COD], dan rasio massa [H2O2]/[Fe3+] terhadap karakteristik vinasse dipelajari dalam penelitian ini sehingga dapat ditentukan variabel optimalnya. Metode penelitian terdiri dari dua (2) tahap, yaitu (i) tahap perlakuan awal reaksi Fenton terhadap vinasse dan (ii) tahap produksi biogas dari vinasse yang telah diberi perlakuan awal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi Fenton sebagai metode perlakuan awal vinasse dapat menurunkan nilai COD serta mereduksi kandungan senyawa sulfat (SO4(2-)) yang terkandung dalam vinasse. Pemberian perlakuan awal metode Fenton terhadap vinasse juga terbukti meningkatkan produksi biogas yang dihasilkan. Kondisi optimum untuk produksi biogas dari vinasse yang telah diberi perlakuan awal Fenton diperoleh pada kondisi pH 3,8, rasio massa [H2O2]/[COD]=0,47 (g/g) dan rasio massa [H2O2]/[Fe3+]=50 (g/g) yang menghasilkan yield kumulatif CH4 sebesar 80,09 mL/g sCOD, jauh lebih tinggi dibandingkan dengan vinasse tanpa perlakuan Fenton yang hanya menghasilkan CH4 sebanyak 1,1 mL/g sCOD. Selain itu, kadar CH4 yang dihasilkan juga mengalami peningkatan sebesar lebih dari empat kali lipat (52,59%) dibandingkan dengan kadar CH4 pada vinasse tanpa perlakuan awal Fenton (11,32%). Akan tetapi, kondisi optimum yang diperoleh pada penelitian ini masih jauh di bawah yield kumulatif stoikiometris CH4 (350 mL/g sCOD). Hal ini menunjukkan bahwa proses produksi biogas yang terjadi belum optimal dan penelitian ini masih perlu dikembangkan untuk dipelajari lebih lanjut.

Vinasse is a residue from bioethanol industry. It has high COD value (more than 100,000 mg/L) and contains abundant organic materials. This wastewater has great impact to the environment, as 10 to 15 liters of vinasse are produced during bioethanol production. Judging from its characteristics, vinasse has potential to be used as a substrate in biogas production. However, the high concentration of COD in vinasse can inhibit the anaerobic fermentation process during biogas production due to substrate inhibition. The recommended COD concentration is in the range of 50,000-77,000 mg/L, so it is necessary to apply pretreatment to vinasse before it can be converted into biogas. By conducting pretreatment, vinasse would be more readily biodegradable with more suitable conditions as raw material for biogas. Fenton oxidation is chosen as a pretreatment method to detoxify vinasse so that it can be more qualified as biogas substrate. This study aims to detoxify vinasse and reduce its toxic properties using Fenton oxidation method, and then proceed it to the biogas production stage as a verification effort to test the effectiveness of Fenton pretreatment. The effect of various operating variables of Fenton oxidation as vinasse pretreatment method, which are pH, the mass ratio [H2O2]/[COD], and the mass ratio [H2O2]/[Fe3+], on the characteristics of vinasse were studied in this research in order to determine the optimal condition. The research method consisted of two (2) stages: (i) pretreatment stage of Fenton's oxidation to vinasse and (ii) the stage of biogas production from vinasse which has been pretreated. Results showed that Fenton oxidation as a pretreatment method for vinasse decreased the value of COD and reduced sulfate compound (SO42-) which is toxic compounds in vinasse. Fenton pretreatment also increased the biogas production from vinasse. The optimum conditions for biogas production from pretreated vinasse were obtained at pH 3.8, mass ratio [H2O2]/[COD]=0.47 (g/g) and mass ratio [H2O2]/[Fe3+]= 50 (g/g) which produced a cumulative yield of CH4 of 80.09 mL/g sCOD. This value is much higher than vinasse without Fenton pretreatment which only produced 1.1 mL/g sCOD of CH4. The CH4 content of biogas also increased by more than four times (52.59%) compared to the CH4 content of biogas from vinasse without Fenton pretreatment (11.32%). However, the optimum conditions obtained in this study are still far below the cumulative stoichiometric yield of CH4 (350 mL/g sCOD). This shows that the biogas production is not optimal yet and this research needs to be developed for further study.

Kata Kunci : vinasse, COD, reaksi Fenton, pretreatment, biogas, metana