prototipe unit pengolahan air limbah dengan reaktor elektrokimia

Lingkungan
PROTOTIPE UNIT PENGOLAHAN AIR LIMBAH DENGAN REAKTOR
ELEKTROKIMIA (UPAL-RE) UNTUK MELAYANI HOME INDUSTRY BATIK
(259L)
Budi Utomo1, Musyawaroh2, Hunik Sri Runing Sawitri3
1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta,
e-mail: [email protected]
2
Jurusan Arsitektur, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta,
3
Fakultas Ekonomi, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta,
ABSTRAK
Industri batik pada umumnya dalam proses produksinya menggunakan beberapa bahan pewarna. Zat
warna yang biasa digunakan umumnya zat warna sintetik, karena harganya murah dan memberikan
hasil yang lebih memuaskan, tetapi limbah yang dihasilkan masih berwarna dan sulit terdegradasi,
sehingga dapat mengganggu estetika maupun penetrasi sinar matahari ke dalam badan air yang pada
gilirannya akan menurunkan kualitas lingkungan. Nilai optimum penyisihan air limbah batik dengan
Reaktor Elektrokimia tercapai pada arus DC 20V waktu tinggal 40 menit, menghasilkan efisiensi
penyisihan COD 95,92% dan Warna 75,90% .
Tujuan perancangan UPAL-RE dalam rangka pemanfaatan hasil riset yang telah dilaksanakan.
Luarannya adalah produk barang komersial UPAL-RE yang terjual dan mendapatkan pendapatan
bagi perguruan tinggi serta paten.
Manfaat program Perancangan UPAL-RE adalah : 1. Memberikan informasi cara pengolahan
limbah industri tekstil yang lebih aman, 2. untuk mengurangi pencemaran air dari limbah cair
industri tekstil, 3. untuk mengurangi pencemaran limbah cair industri tekstil diperairan serta
terciptanya lingkungan yang lebih ramah disekitar perindustrian khususnya industri tekstil.
Elektrokimia adalah perubahan kimia elektroda dan kerja listrik, elektroda terbagi menjadi dua jenis
yaitu anoda dan katoda. Setengah reaksi oksidasi terjadi di anoda. Elektron diberikan oleh senyawa
teroksidasi (zat pereduksi) dan meninggalkan sel melalui anoda. Setengah reaksi reduksi terjadi di
katoda. Elektron diambil oleh senyawa tereduksi (zat pengoksidasi) dan masuk sel melalui katoda
Perancangan Unit Pengolahan Air Limbah (UPAL-RE), kapasitas pengolahan 250 liter, luas
permukaan elektroda alumunium dan besi masing-masing 576 dm2 waktu pengolahan 40 menit.
Sumber listrik berfungsi untuk membantu reaksi kimia dalam elektrolit. Pada perancangan ini
sumber listrik menggunakan Sumber AC sebesar 220V diubah oleh alat adaptor menjadi DC sebesar
15 V, dengan daya 5000-7000 W. Hasil uji air limbah batik dengan UPAL-RE ini menghasilkan
efisiensi penyisihan COD dan warna berturut-turut 85% dan 79%, yang berarti UPAL-RE
kinerjanya cukup baik.
Keywords: Limbah batik, reaktor, pengolahan, elektrokimia, daya listrik, efisiensi
1.
PENDAHULUAN
Industri tekstil dan produk tekstil (tpt) merupakan salah satu industri andalan indonesia yang terus memberi
kontribusi terhadap devisa negara. dalam satu dekade belakangan ini, ekspor indonesia pada produk-produk yang
dihasilkan oleh industri tpt ini dari tahun ke tahun menunjukkan angka yang meningkat. industri batik pada
umumnya dalam proses produksinya menggunakan beberapa bahan pewarna. zat warna yang biasa digunakan
umumnya zat warna sintetik, karena harganya murah dan memberikan hasil yang lebih memuaskan, tetapi limbah
yang dihasilkan masih berwarna dan sulit terdegradasi, sehingga dapat mengganggu estetika maupun penetrasi sinar
matahari ke dalam badan air yang pada gilirannya akan menurunkan kualitas lingkungan.
Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan
oksidasi yang berlangsung pada elektroda yang sama atau berbeda suatu sistem elektrokimia. Sel elektrokimia dapat
diklasifikasikan sebagai sel galvani bila sel digunakan untk menghasilkan enrgi listrik (potensial sel positif) dan sel
elektrolisis bila sel memerlukan energi listrik dari suatu sumber. Kedua-duanya berguna di dalam analisis
elektrokimia (Hendayana, 1994). Elektrokimia adalah suatu proses dimana reaksi kimia terjadi pada elektroda yang
tercelup dalam elektrolit, ketika tegangan diterapkan terhadap elektroda itu. Ion-ion larutan elektrolit selalu bergerak
karena mempunyai derajat kebebasan translasi, gerakan ini disebut gerakan termal, tidak mempunyai arah tertentu.
Jika dalam larutan diadakan beda potensial listrik dari luar melalui kedua elektroda, maka gerakan ion menjadi
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 59
terarah, gerakan ini disebut migrasi. Disamping migrasi ion, adanya arus listrik juga menyebabkan perubahan kimia,
maka suatu larutan elektrolit akan mengalami
galami reaksi reduksi maupun oksidasi (Fauzi :2000).
Menurut Sudarsono & Beny Syahputra, (2008) pada skala laboratorium menunjukkan adanya penurunan warna pada
rangkaian proses elektrokimia, filtrasi dan absorbsi karbon aktif tebal 20 cm dapat menurunkan w
warna dengan
efisiensi 99,25%.sedang Menurut Musyawaroh dkk (2009), efisiensi penyisihan COD dan warna yang dicapai
dengan metode elektrokimia batch tanpa filtrasi
filtrasi-absorbsi adalah berturut-turut
turut 95,92%; dan 75,90%, dan suhu akhir
proses 65oC. Waktu tinggal dan kuat arus listrik yang paling baik berturut
berturut-turut
turut 40 menit dan 20Volt .
2. MATERIAL DAN METODE
Material
a.
Perancangan UPAL-RE
RE dalam skala lapangan digunakan bahan
bahan-bahan
bahan yang sama seperti skala laboratorium.
Bahan utama sebagai elemen proses adalah elektroda, yang berupa lembaran besi dan alumunium tebal 4mm.
kedua bahan eloktroda tersebut dipotong ukuran 6x6 dm berjumlah 8 buah. Untuk lebih jelasnya bentuk dan
ukuran elektroda dapat diperhatikan gambar 1.
Gambar 1. Potongan pelat elektroda alumunium dan besi
b.
Bak (reaktor) sebagai tempat mereaksikan air limbah dengan elemen proses yaitu pelat
pelat-pelat elektroda. Bak ini
dibuat dari bahan fiber yang ringan mudah dipindahkan, dan kuat terhadap tekanan air. Adapun bentuk bahan
baku dan hasil desain
ain bak reaktor dapat diperhatikan gambar 2.
Gambar 22. Lembaran fiber dan bak reaktor
Sumber listrik berfungsi untuk membantu reaksi kimia yang dilewatkan dalam larutan elektrolit. Pada perancangan
ini sumber listrik menggunakan Sumber AC 220V yang diubah dengan menggunakan alat adaptor menjadi DC 15V.
Power adaptor yang berfungsi menurunka
menurunkann voltase dilengkapi dengan diode sebagai penyeimbang arus karena
meningkatnya Amphere. Power adaptor dirancang dengan kemampuan daya listrik 5000
50005000-7000Watt. Rangkaian
adaptor dengan dioda juga dilengkapi dengan panel. Panel ini berfungsi untuk mengatur wa
waktu proses pengolahan,
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 60
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta
Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
flok yang mengapung diatas cairan dengan cairan setelah proses
dan mengatur proses pemisahan padatan atau flok
flok-flok
selesai. Perangkaian power adaptor dapat diperhatikan gambar 3.
Gambar 3. Perakitan Power Adaptor
Metode Perancangan
UPAL-RE
RE dirancang dengan volume 250 liter dan diletakkan diatas alat pengangkut gerobak agar mudah
dipindahkan. Adapun hasil perakitan UPAL
UPAL-RE dapat diperhatikan gambar 4.
Gambar 4. Perakitan UPAL-RE
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perancangan
Hasil perakitan dengan menggabungkan semua komponen menghasilkan sebuah rancangan Unit Pengolahan Air
Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL
(UPAL-RE).
RE). Unit ini dirancang agar dapat dioperasikan dengan mudah dan
bisa dipindahkan sesuai kebutuhan. H
Hasil rancangan UPAL-RE
RE dapat diperhatikan gambar 5, sedang spesifikasi
UPAL-RE
RE hasil rancangan dapat diperhatikan tabel 1 sebagai berikut:
Volume pengolahan (liter)
250
Tabel 1. Spesifikasi UPAL-RE
Waktu operasi
Voltase
(menit)
(Volt)
40
15
Daya listrik
(Watt)
5000-7000
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24
24-26 Oktober 2013
L - 61
$"$$&"#
'!&" ! # %#
'!%$ '
) (
(%&!"#$ %
Gambar 5. Hasil Perakitan UPAL-RE
Pembahasan
a.
b.
c.
d.
e.
Kinerja hasil perancangan UPAL-RE diuji beberapa kali percobaan dengan menggunakan zat cair. Uji coba
dimulai dengan air bersih, selanjutnya menggunakan air limbah cucian batik. Hasil uji coba dengan air bersih
muncul gelembung-gelembung gas putih yang sebagian besar mengapung dipermukaan cairan. Sedang pada
percobaan air limbah berwarna muncul gelembung dipermukaan dengan warna sesuai warna air limbah yang
digunakan. Hasil uji coba zat cair dapat diperhatikan gambar 6.
Data-data hasil pengamatan terhadap instalasi dan power adaptor, ditemukan munculnya suhu yang hangat
pada percobaan dengan air bersih, dan suhu meningkat siring kepekatan air limbah yang digunakan. Semakin
pekat zat cair yang diproses, semakin tinggi daya hantar listrinya. Maka kebutuhan daya juga akan meningkat,
sehingga apabila daya melampaui kapasitas adaptor yang dirancang maka sistem kelistrikan akan panas dan
dapat terbakar
Flok merupakan gumpalan hasil reaksi elektrokimia yang mengapung ke atas permukaan zat cair yang diolah.
Arus listrik yang mengalir ke elektroda akan menimbulkan proses koagulasi flokulasi. Zat pengotor seperti zat
warna yang terdapat pada cairan mengalami destabilisasi muatan. Hal ini disebabkan oleh elktroda melepaskan
dan menerima elektron yang berupa kation dari katoda dan anion dari anoda. Terjadinya penggabungan antara
dua partikel yang berbeda muatan akan terbentuk flok yang lebih besar dan semakin membesar hingga batas
tertantu. Hasil uji coba pengolahan air limbah batik, terlihat flok-flok yang terbentuk terus menebal diatas air.
Hasil flok pada uji coba yang dilakukan dapat diperhatikan gambar 7.
Kinerja UPAL-RE dapat diketahui dengan pengujian air Sampel sebelum diolah dan air sampel sesudah
melalui proses pengolahan. Hasil uji air sampel dengan parameter fisik perubahan warna dapat diperhatikan
gambar 8 sedang hasil iji air sampel dengan parameter kimia COD dan zat warna dapat diperhatikan gambar
9.
Efisiensi penyisihan UPAL-RE terhadap perubahan parameter kimia COD dan zat warna berturut-turut adalah
85% dan 79%, hal ini sesusi efisiensi yang terjadi hasil percobaan skala laboraturium. Dengan demikian
kinerja UPAL-RE dapat dinilai cukup baik.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 62
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
#$&!
%# %&!(# %# %&!"&%
%# %&!(# Gambar 6. Hasil uji coba UPAL-RE dengan air
!%"& & %&# #"#!$$
%# %&!%
Gambar 7. Flok hasil uji coba UPAL-RE
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 63
(# #$"$$&
" !
(# #$"$&
" !
%# %&& "
$$&" !
Gambar 8. Perbedaan warna hasil uji coba UPAL-RE
&&%&#$# "#
"#!"% ! % !
/3
(# "9!
$ $&"#
, (".",
#%-%")-%
!
(*75*
Gambar 9. Data hasil uji parameter kimia sampel air limbah
4. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil kegiatan perancangan Unit Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL-RE) skala
lapangan ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
a. Terwujudnya unit pengolahan air limbah skala lapangan dengan kinerja cukup baik, karena efisiensi
penyisihannya sesuai dengan hasil uji skala laboratorium.
b. Produk ini akan disosialisasikan kepada masyarakat industri, kususnya home industry batik.
c. UPAL-RE akan dapat dapat dijadikan sebagai produk komersial yang terjual dan mendapatkan pendapatan bagi
perguruan tinggi.
d. UPAL-RE dapat membantu meningkatkan kwalitas air limbah dari buangan industri batik yang dibuang ke
badan air.
e. UPAL-RE dapat membantu meningkatkan kwalitas lingkungan badan air.
f. UPAL-RE dapat diajukan untuk mendapatkan Hak Kekayaan Intelektual (HAKI)
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 64
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
Saran
a.
b.
c.
Diperlukan penyempurnaan desain UPAL-RE agar fleksibel terhadap fluktuasi mutu air limbah yang dihasilkan.
Diperlukan penyempurnaan bahan elektroda yang lebih murah, dan hasil oksidasinya tidak menghasilkan ion
logam yang berbahaya.
Diusulkan riset UPAL-RE yang dilengkapi dengan pengadukan untuk menyempurnakan pembentukan flok
pada aliran kontinyu
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan berkah dan hidayah-Nya sehingga tim
pengabdian kepada masyarakat dapat menyelesaikan laporan pengabdian kepada masyarakat dengan judul
“Perancangan Unit Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL-RE) untuk melayani Home
Industry Batik”.
Pada kesempatan ini tim penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada lembaga penelitian dan pengabdian
kepada Masyarakat Universitas Sebelas Maret yang telah mendanai pengabdian ini, tanpa bantuan sumber dana ini
sangat sulit bagi kami untuk dapat menyelenggarakan kegiatan pengabdian.
Tim penulis telah berusaha untuk menyempurnakan tulisan ini, namun sebagai manusia kami pun menyadari akan
keterbatasan maupun kehilafan dan kesalahan yang tanpa kami sadari. Oleh karena itu, saran dan kritik untuk
perbaikan laporan akhir ini akan sangat dinantikan.
DAFTAR PUSTAKA
Fauzi, Ahmad. N. 2000. Pengaruh Perubahan Konsentrasi Larutan Elektrolit dan perubahan tegangan terhadap
penambahan berat Fe setelah terlapis Cu pada proses pelapisan Fe dengan Cu.makalah. Semarang : UNNES.
Musyawaroh dkk, 2009, Merancang Sistem Pengolahan Air Limbah Produksi Batik Rumah Tangga Di Kauman
Surakarta, Laporan Hasil Penelitian Hibah Bersaing, UNS
Sudarsono & Beny Syahputra, 2008, Pengolahan air limbah batik dengan kombinasi elektro kimia, filtrasi dan
adsorbsi, makalah FT. jurusan Teknik Lingkungan, Unissula, Semarang.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 65