BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Keberadaan

BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Keberadaan sumber energi fosil yang semakin menipis, sedangkan
kebutuhan energi semakin meningkat menyebabkan adanya pertumbuhan minat
terhadap sumber energi alternatif. Seiring dengan hal tersebut, industrialisasi
berkembang pesat yang berakibat munculnya permasalahan limbah dalam jumlah
besar dengan kandungan organik tinggi. Jika diolah dengan tepat, limbah tersebut
dapat menghasilkan sumber energi yang dapat dimanfaatkan, salah satunya
melalui pengolahan air limbah secara anaerobic digestion (AD). Proses AD ini
sesuai untuk air limbah industri dengan kandungan COD lebih dari 50.000 mg/L
(Monnet, 2003).
Anaerobic digestion merupakan proses biologis untuk menguraikan material
organik dalam kondisi tanpa oksigen. Sedikitnya produksi lumpur dan kebutuhan
nutrien, rendahnya biaya operasional, menghasilkan gas metana sebagai produk
yang bermanfaat, merupakan keuntungan proses ini. Pertumbuhan bakteri
anaerobik yang lambat merupakan kelemahan proses ini. Lambatnya pertumbuhan
bakteri menyebabkan waktu tinggal limbah di dalam reaktor dan laju peruraian
organik memerlukan waktu yang lama. Kelemahan ini menjadi kendala bagi
industri penghasil limbah dengan kandungan organik dan laju alir tinggi, karena
dibutuhkan digester dengan volume lebih besar untuk memberikan waktu tinggal
yang cukup. Volume digester yang lebih besar tentu akan memberikan dampak
pada kebutuhan lahan dan biaya. Masalah lain yang sering terjadi pada laju alir
tinggi yaitu biomassa dapat terbawa aliran limbah keluar digester (washout)
1
menyebabkan tidak tercapainya tingkat pengolahan yang memuaskan (Beltrán et
al., 1999).
Penambahan material padat ke dalam digester sebagai media imobilisasi
bakteri menurut Bitton (2005) dapat meningkatkan konsentrasi bakteri di dalam
digester dengan menciptakan kondisi yang disukai bakteri. Peningkatan
konsentrasi dengan cara imobilisasi bakteri dapat meningkatkan laju peruraian
material organik sehingga mengurangi volume digester serta dapat mencegah
bakteri terbawa aliran keluar sistem. Dengan demikian penambahan media
imobilisasi ke dalam proses AD dapat mengakomodasi limbah dengan laju alir
tinggi.
Pembuatan media imobilisasi yang disukai bakteri dilakukan dengan
memodifikasi media berbasis zeolit. Zeolit telah banyak digunakan sebagai media
imobilisasi
pada
memungkinkan
proses
AD
mikroorganisme
karena
melekat
merupakan
dan
media
berpori
yang
membentuk
biofilm
pada
permukaan padatan. Selain itu, kemampuan penukar ion yang dimiliki zeolit dapat
meningkatkan kinerja proses anaerobik untuk substrat dengan kandungan nitrogen
tinggi, karena dapat mencegah penghambatan proses oleh amonia (Montalvo et
al., 2012). Penambahan kation Fe2+ pada zeolit dilakukan untuk menciptakan
‘lingkungan’ yang lebih disukai bakteri. Kation Fe2+ merupakan mikronutrien
bakteri yang diperlukan untuk pertumbuhan sel, sedangkan pada proses peruraian
anaerobik berperan dalam meningkatkan aktivitas bakteri metanogen dan
pengendapan sulfida sebagai inhibitor (Anderson et al., 2003).
2
Evaluasi pengaruh penambahan kation Fe2+ pada zeolit sebagai media
imobilisasi proses pembentukan biogas dari stillage dilakukan dalam penelitian
ini. Stillage digunakan sebagai substrat karena karakteristik dan permasalahan
yang dihadapi dalam proses pengolahannya. Stillage merupakan hasil samping
industri etanol yang dikeluarkan sebanyak 12–15 liter setiap liter etanol yang
dihasilkan. Stillage memiliki kandungan organik tinggi yang dinyatakan dalam
Biochemical Oxygen Demand (BOD) dan Chemical Oxygen Demand (COD)
berturut-turut 40.000–60.000 mg/L dan 60.000–120.000 mg/L (Chavan et al.,
2006; Pant dan Adholeya, 2007; Prakash et al., 2014). Meskipun stillage
merupakan media yang cocok sebagai substrat biogas, namun terdapat beberapa
kendala seperti yang dilaporkan Beltrán et al. (1999) yaitu adanya senyawa fenol
yang bersifat toksik bagi bakteri sehingga dapat menghambat proses peruraian.
Kendala lain yaitu masa inkubasi yang lama diperlukan pada tahap start up karena
jumlah mikroorganisme dalam stillage yang mampu melakukan proses peruraian
anaerobik sangat sedikit.
Penambahan kation Fe2+ pada zeolit diharapkan dapat meningkatkan afinitas
bakteri terhadap media imobilisasi sehingga mampu mengatasi masalah yang
terjadi pada proses peruraian anaerobik limbah stillage dengan jumlah organik
tinggi dan kandungan senyawa inhibitor yang sering menyebabkan kegagalan
proses. Fluktuasi kandungan organik (COD) dalam stillage dapat terjadi sehingga
perlu dilakukan penelitian pengaruh penambahan Fe2+ pada zeolit dalam berbagai
variasi konsentrasi COD untuk mengetahui kondisi operasi yang sesuai supaya
diperoleh efisiensi yang lebih tinggi.
3
1.2
Keaslian Penelitian
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengatasi masalah dalam proses
AD dengan substrat stillage dan upaya untuk meningkatkan produksi biogas.
Seperti yang dilaporkan oleh Espinosa et al. (1995) bahwa penambahan trace
element pada substrat molasses stillage (Fe, Ni, Co, dan Mo) mampu menurunkan
asam propionat dan asam asetat secara signifikan serta meningkatkan produksi
biogas. Penelitian lain dilakukan oleh Milán et al. (2003) dengan menambahkan
Mg, Co dan Ni pada serbuk zeolit sebagai media imobilisasi AD limbah kotoran
babi, mampu meningkatkan produksi metana berturut-turut sebesar 8,5; 4,4 dan
2,8 kali.
Karlsson et al. (2012) melaporkan bahwa penambahan trace element (Fe,
Co, Ni) pada AD limbah industri makanan dan domestik mampu mempengaruhi
mikroba untuk menurunkan VFA yang pemanfaatannya didominasi oleh
synthropic acetate oxidation (SAO). Optimasi produksi biogas dari thin stillage
telah dilakukan Moestedt et al. (2013) dengan menambahkan kombinasi HCl, Fe
dan Co sehingga mampu mengendapkan sulfida dan mengurangi toksisitas
amonia.
Berdasarkan penelusuran pustaka yang telah dilakukan, secara umum
penambahan nutrien berupa kation pada proses pengolahan limbah dilakukan
dengan pemberian langsung ke dalam substrat, baik secara bertahap maupun
hanya dilakukan pada awal eksperimen.
Keberhasilan tersebut memberikan peluang bagi peneliti untuk melakukan
penelitian yang belum pernah dilakukan yaitu penambahan kation Fe2+ pada zeolit
4
sebagai media imobilisasi untuk meningkatkan pembentukan biogas dari stillage.
Kebaruan penelitian ini terdapat pada analisis data menggunakan pendekatan
matematis untuk mengetahui parameter proses pembentukan biogas yang
terpengaruh oleh penambahan kation Fe2+ pada zeolit yang belum pernah
dilakukan sebelumnya oleh peneliti lain.
1.3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1
Mengetahui pengaruh penambahan Fe2+ pada zeolit sebagai media
imobilisasi terhadap parameter kinetika proses produksi biogas dari stillage.
2
Menentukan pengaruh penambahan Fe2+ pada zeolit terhadap efek inhibitor
dalam stillage.
1.4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini menciptakan media baru berbasis zeolit yang diharapkan dapat
meningkatkan kualitas, nilai ekonomi dan nilai guna. Penggunaannya sebagai
media imobilisasi dalam proses pengolahan limbah secara anaerobik diharapkan
dapat meningkatkan efisiensi pembentukan biogas dan penurunan volume reaktor.
Bagi ilmu pengetahuan diharapkan menjadi metode alternatif proses pengolahan
limbah, memberikan data berupa parameter-parameter kinetika yang diperlukan
untuk perancangan dan optimasi reaktor biogas.
5