Pengolahan limbah cair praktikum analisis kualitatif logam berat

PENDAHULUAN
Laboratorium
di
perguruan
tinggi
merupakan
fasilitas
penunjang
untuk
mewujudkan pendidikan, penelitian, dan
pengabdian masyarakat. Di laboratorium, para
mahasiswa memperoleh pengalaman praktis
guna memahami teori-teori yang dipelajari di
bangku kuliah melalui kegiatan praktikum dan
pembuatan
tugas,
sedangkan
dosen
memerlukan laboratorium untuk memperoleh
data ilmiah. Kegiatan di laboratorium ini
menggunakan bahan kimia yang tentunya
menghasilkan sejumlah bahan buangan atau
limbah. Sebagian limbah tersebut beberapa
diantaranya bersifat pencemar dan bahkan
tergolong limbah bahan berbahaya beracun
(B3) yang memerlukan penanganan khusus.
Kegiatan praktikum dan penelitian di
laboratorium sering menggunakan bahanbahan yang mengandung logam berat. Salah
satunya ialah Analisis Kualitatif Terbatas:
Golongan Klorida dan Spot Test yang
mengukur keberadaan logam-logam seperti
Hg, Pb, Ag, Cr, Fe, Mn, dan Ni secara
kualitatif dalam suatu larutan contoh. Data
pemakaian bahan kimia dan perkiraan
konsentrasinya dalam limbah pada analisis
tersebut dapat dilihat pada Lampiran 1.
Logam berat tergolong limbah B3 yang pada
kadar
tertentu
dapat
membahayakan
lingkungan sekitarnya karena bersifat toksik
bagi hewan dan manusia (La Grega 2001).
Tempat penampungan limbah logam berat
pun perlu mendapat perhatian. Berdasarkan
pengamatan di laboratorium, limbah analisis
spot test yang disimpan selama kurang lebih 2
tahun
dalam
botol
polipropilena
mengakibatkan warna dinding botol menjadi
hitam.
Beberapa
senyawa
diduga
mengakibatkan perubahan warna tersebut dan
perlu dianalisis lebih lanjut. Di samping itu,
lamanya penyimpanan limbah tersebut
sebelum dimanfaatkan sudah menyimpang
dari Peraturan Pemerintah No. 18/1999 yang
membatasi paling lama 90 hari.
Salah
satu
cara
menanggulangi
pencemaran logam berat yang bisa diterapkan
dalam pengolahan limbah laboratorium ialah
metode
koagulasi.
Metode
koagulasi
merupakan proses absorpsi oleh koagulan
terhadap partikel koloid yang menyebabkan
destabilisasi pertikel. Ada beberapa jenis
koagulan di antaranya adalah polialuminium
klorida (PAC) yang digunakan untuk
mengendapkan logam berat. Koagulan PAC
mempunyai kelebihan, yaitu PAC lebih cepat
membentuk flok daripada koagulan biasa. Hal
ini disebabkan adanya gugus aktif aluminat
yang bekerja efektif dalam mengikat koloid
yang ikatan ini diperkuat dengan rantai
polimer dari gugus polielektrolit sehingga
gumpalan floknya menjadi lebih padat (Gao et
al. 2005). Karamah et al (2008)
mengungkapkan bahwa peningkatan dosis
koagulan PAC dapat meningkatkan persen
pemisahan logam berat besi, tembaga, dan
nikel dari limbah serta dapat menurunkan nilai
kebutuhan oksigen kimiawi (COD) dalam air
limbah.
Setiap koagulan memiliki karakteristik
yang berbeda-beda. Oleh karena itu, kondisi
optimum koagulasi dengan koagulan tertentu
perlu diketahui. Ada dua parameter utama
yang memengaruhi proses koagulasi, yaitu
konsentrasi koagulan dan pH koagulasi. Oleh
karena itu, variasi kedua parameter tersebut
dapat dilakukan untuk mencari kondisi
optimum koagulasi. Penelitian ini bertujuan
menentukan kondisi optimum kerja koagulan
PAC pada limbah cair praktikum analisis
kualitatif logam berat (spot test) serta
mengidentifikasi unsur-unsur yang terdapat
pada botol kemasan polipropilena (PP) yang
digunakan untuk menampung limbah.
TINJAUAN PUSTAKA
Limbah Laboratorium
Limbah laboratorium pada dasarnya
merupakan limbah yang terbentuk dari
aktivitas laboratorium, seperti kegiatan
praktikum dan penelitian. Adanya bahan
kimia di universitas dimulai dari pemberian
bahan kimia yang diperlukan dari gudang
kimia kepada pekerja atau mahasiswa yang
mengambil mata kuliah praktik atau
mahasiswa yang sedang melakukan penelitian
di laboratorium. Bahan tersebut digunakan
untuk sintesis maupun analisis. Oleh karena
tujuan penggunaannya, maka terbentuklah
bahan awal, produk samping, pelarut yang
digunakan
dan
bahan
kimia
yang
terkontaminasi sehingga bahan tersebut harus
diurai atau dibuang jika daur ulang tidak
mungkin dilakukan (Jamhari 2009).
Limbah laboratorium tidak boleh dibuang
secara langsung begitu saja ke badan air.
Beberapa tipe limbah berbahaya yang
dihasilkan tidak dapat dibuang dalam bentuk
aslinya dan harus diolah terlebih dahulu
sebelum dibuang. Penanganan yang sesuai
dapat
membantu
mengurangi
atau
menghilangkan sifat racunnya. Keuntungan
dari penghilangan sifat racun juga mengurangi
resiko kontaminasi pada pekerja laboratorium
atau mahasiswa yang melakukan kegiatan di
laboratorium (Jamhari 2009). Limbah yang
dibuang sembarangan jika masuk ke badan air
tanah dan mengalir ke pemukiman penduduk
akan menimbulkan bahaya, terutama logamlogam berat. Jika tidak ditangani dengan
dengan baik dapat membahayakan makhluk
hidup dan merusak lingkungan (Saputra
2008).
Secara umum diketahui bahwa limbah dari
laboratorium umumnya bersifat sangat
beragam dibandingkan dengan limbah dari
sumber
lainnya.
Beberapa
limbah
laboratorium itu berpotensi mengandung
bahan dengan kategori B3 (Bahan Berbahaya
Beracun) yang memerlukan penanganan
secara khusus. Pengolahan limbah B3 dapat
dilakukan secara fisika, kimia, dan biologi
atau kombinasinya. Sebelum diolah, limbah
B3 terlebih dahulu harus dianalisis parameter
fisika, kimia dan/atau biologinya sebagai
dasar untuk menentukan proses pengolahan
limbah yang tepat, yang dapat memenuhi
ketetapan baku mutu pembuangan dan/atau
lingkungan. Terdapat beberapa alternatif
teknologi proses pengolahan limbah B3 secara
kimia, di antaranya netralisasi, presipitasi,
koagulasi-flokulasi,
oksidasi,
inaktivasi,
stabilisasi, dan insinerasi (Departemen Kimia
2007).
Logam Berat
Logam berat merupakan unsur-unsur
logam yang memiliki densitas lebih besar dari
5 mg/l. Unsur-unsur ini terletak di bagian
tengah dari daftar periodik. Logam-logam
tersebut meliputi Ni, Mn, Pb, Cr, Cd, Zn, Cu,
Fe, dan Hg. Diantara logam tersebut
merupakan unsur renik esensial bagi
pertumbuhan tanaman, hewan, dan manusia
karena logam tersebut dibutuhkan hanya
sedikit sekali untuk pertumbuhan dan bila
kadarnya berlebih maka logam-logam tersebut
bersifat racun. Oleh karena itu perlu adanya
kontrol terhadap logam-logam berat dalam
lingkungan (Departemen Kimia 2007).
Menurut Widowati et al. (2008), logam
berat bersifat toksik karena tidak bisa
dihancurkan oleh organisme hidup yang ada
di lingkungan. Logam-logam tersebut
terakumulasi ke lingkungan, terutama
mengendap di dasar perairan dan membentuk
senyawa kompleks bersama bahan organik
dan anorganik. Lebih lanjut dijelaskan urutan
toksisitas logam berat terhadap hewan air dari
yang paling toksik, yaitu merkuri (Hg),
kadmium (Cd), seng (Zn), timbal (Pb), krom
(Cr), nikel (Ni), dan kobalt (Co). Sedangkan
urutan toksisitas logam terhadap manusia
yaitu Hg, Cd, Ag, Ni, Pb, As, Cr, Sn, dan Zn.
Berikut adalah logam-logam berat yang
berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan,
antara lain:
1. Timbal (Pb)
Timbal merupakan jenis logam lunak yang
berwarna coklat kehitaman serta mudah
dimurnikan dalam proses pertambangan.
Dalam pertambangan, logam ini berbentuk
sulfida logam (PbS) yang sering disebut
galena. Penggunaan paling banyak adalah
bahan pada produksi baterai pada kendaraan
bermotor (Darmono, 1995). Kebanyakan
garam timbal hanya larut sebagian dalam air
dan beberapa diantaranya misalnya PbSO4
atau PbCrO4 tidak larut (Cotton FA &
Wilkinson G 1989). Timbal dapat diendapkan
sebagai Pb(OH)2 pada pH 10 dengan sisa
kadar timbal di bawah 0,05 mg/l (Teng 2000).
2. Kromium (Cr)
Kromium merupakan unsur yang terdapat
melimpah di alam dengan berbagai bentuk
oksida, yaitu Cr (0), Cr (III), Cr (IV), atau Cr
(VI). Kromium merupakan logam yang tahan
korosi, dan mudah larut dalam HCl, H2SO4,
dan HClO4 tetapi menjadi pasif oleh HNO3
(Cotton FA & Wilkinson G 1989).
Pengolahan limbah yang mengandung
kromium terdiri dari 2 tahap yaitu mengubah
Cr (VI) menjadi bentuk Cr (III) dan tahap
kedua
Cr
(III)
diendapkan
dengan
menggunakan kapur atau kaustik sampai pada
pH kelarutan minimum Cr (III) yang berada
pada rentang pH 7-8 (Teng 2000).
3. Nikel (Ni)
Nikel berwarna putih keperak-perakan
dengan pemolesan tingkat tinggi. Bersifat
keras, mudah ditempa, sedikit ferromagnetis,
dan merupakan konduktor yang agak baik
terhadap panas dan listrik. Nikel tergolong
dalam grup logam besi-kobal, yang dapat
menghasilkan alloy yang sangat berharga.
Nikel merupakan logam yang mudah larut
dalam asam mineral encer (Cotton FA &
Wilkinson G 1989). Nikel dalam bentuk nikel
hidroksida tak larut dengan penambahan
kapur akan memberikan hasil kelarutan
maksimum sebesar 0,01 mg/l pada pH 9-10
(Teng 2000).
Warna
Warna merupakan parameter yang penting
untuk diukur dalam pengolahan air limbah.
Warna yang timbul dalam perairan dapat
disebabkan oleh bahan organik, alga atau
mikroorganisme lainnya. Air yang berwarna
dapat mengganggu keindahan dan dapat
bersifat racun. Genangan air yang berwarna
banyak menyerap oksigen dalam air, sehingga
meningkatkan nilai COD dan dalam waktu
lama akan membuat air berwarna hitam dan
berbau (Sugiharto 2006).
Derajat Keasaman (pH)
Nilai derajat keasaman (pH) dapat
didefinisikan sebagai ukuran dari aktivitas ion
hidrogen (H+) yang menunjukkan suasana
asam atau basa. Penentuan pH harus seketika
setelah sampel diambil dan sampel tidak dapat
diawetkan karena nilai pH ditentukan oleh
interaksi berbagai zat dalam air, termasuk zatzat yang secara kimia maupun biokimia tidak
stabil (Saeni 1989).
Pengaturan pH merupakan hal yang
penting dalam proses pengolahan limbah
logam berat secara kimiawi melalui
pengendapan. Hal ini karena proses koagulasiflokulasi terjadi pada pH tertentu tergantung
dari bahan koagulan yang digunakan.
Pengaturan pH dapat dilakukan dengan
penambahan asam atau basa (Teng 2000).
Koagulasi
Prinsip pengendapan polutan berupa
partikel koloid adalah berdasarkan proses
koagulasi dan flokulasi. Koagulasi adalah
proses adsorpsi oleh koagulan terhadap
partikel-partikel
koloid
sehingga
menyebabkan destabilisasi partikel. Proses ini
biasa disebut juga proses netralisasi partikel.
Setiap
koagulan
memiliki
kondisi
optimumnya
masing-masing
dalam
mengendapkan polutan dalam limbah cair.
Proses
koagulasi
dilakukan
dengan
pengadukan. Setelah selesai dengan proses
koagulasi, proses dilanjutkan dengan tahap
kedua yaitu flokulasi. Pada proses flokulasi
terjadi penggabungan partikel yang tidak
stabil sehingga membentuk flok yang lebih
besar dan lebih cepat dapat dipisahkan (Teng
2000).
Mekanisme pengendapan dengan koagulan
pada partikel koloid, berkaitan dengan muatan
listrik pada partikel koloid tersebut. Partikel
koloid memiliki muatan yang sama satu sama
lain. Akibatnya partikel koloid saling tolak
menolak satu sama lain dan pembentukan
partikel yang lebih besar menjadi terhalang.
Koagulan yang mengandung muatan yang
berlawanan dengan muatan partikel koloid
akan mengadsorpsi koloid tersebut pada
permukaannya dan menurunkan gaya tolak
menolak antara koloid sehingga partikel tidak
terhalang lagi untuk berkoagulasi, membentuk
partikel yang lebih besar dan dapat
mengendap (Aminzadeh et al. 2007).
Polialuminium Klorida (PAC)
Salah satu koagulan polimer utama adalah
polialuminium klorida yang digunakan secara
luas pada pengolahan air dan air limbah.
Penggunaan PAC dimulai lebih dari 30 tahun
yang lalu dan hingga sekarang penggunaannya
semakin berkembang. (Li et al. 2010). PAC
dengan rumus kimia Al13(OH)20(SO4)2Cl15
terbuat dari hidrolisis parsial asam alumunium
klorida menggunakan reaktor yang spesifik
(Gao et al. 2005). PAC efektif bekerja pada
rentang pH yang cukup luas yaitu pH 6
sampai dengan 9 (Karamah et al. 2008).
Beberapa keunggulan PAC dalam proses
koagulasi adalah sangat baik untuk
menghilangkan kekeruhan dan warna,
memadatkan dan menghentikan penguraian
flok, membutuhkan kebasaan rendah untuk
hidrolisisnya, serta sedikit mempengaruhi pH.
Keunggulan PAC lainnya, yaitu tidak menjadi
keruh
bila
pemakaiannya
berlebihan,
sedangkan koagulan lain (seperti aluminium
sulfat, besi klorida, dan ferro sulfat) bila dosis
berlebihan bagi air yang kekeruhannya rendah
maka akan bertambah keruh akibat dari flok
yang berlebihan (Dempsey 1998).
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah PAC,
NaOH 13%, HNO3 pekat, HCl pekat, botol
kemasan polipropilena, Pb(NO3)2, AgNO3,
CrCl3·6H2O, Ni(NO3)2·6H2O, air bebas ion,
dan akuades. Sampel adalah limbah yang
berasal dari praktikum mahasiswa di
Laboratorium Kimia Analitik dengan materi
“Analisis Kualitatif Terbatas Golongan
Klorida dan Spot Test” yang diadakan pada
semester genap 2009/2010 dengan jumlah
sampel sebanyak 5,23 liter.
Alat-alat
yang
digunakan
adalah
pengaduk bermagnet, kertas saring Whatman