BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Proses elektrokoagulasi

43
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses elektrokoagulasi terhadap sampel air limbah penyamakan kulit
dilakukan dengan bertahap, yaitu pengukuran treatment pada sampel air limbah
penyamakan kulit dengan menggunakan Spektrofotometer UV-VIS Mini
Shimadzu 1240, optimasi pada beberapa variasi yaitu tegangan, waktu operasi,
pH, jarak elektroda, dan laju alir. Proses elektrokoagulasi yang dilakukan dengan
menggunakan sistem batch dan sistem flow (alir). Sistem batch yang digunakan
bukan untuk membandingkan hasilnya dengan sistem alir, namun untuk
mempermudah aplikasi pada sistem flow (alir) ketika menentukan kondisi
optimum variasi tegangan, waktu operasi, pH dan jarak elektroda.
4.1 Tahap Pre-Treatment
Pengukuran pre-treatment berupa penentuan panjang gelombang (λ)
maksimum, selanjutnya hasil pengukuran pre-treatment dibandingkan pada proses
elektrokoagulasi dengan berbagai variasi parameter. Rentang panjang gelombang
yang digunakan dalam penelitian ini adalah antara 500 nm hingga 700 nm karena
sampel berada pada rentang visible, panjang gelombang maksimum yang
diperoleh adalah pada 582,0 nm dengan absorbansi 1,514.
4.2 Proses Elektrokoagulasi Sistem Batch
4.2.1
Variasi Tegangan
Reaksi redoks dalam larutan limbah penyamakan kulit pada proses
elektrokoagulasi memerlukan tegangan agar dapat terjadi, sehingga diperoleh arus
listrik pada area aktif dalam elektroda aluminium. Besarnya tegangan listrik yang
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
44
diterima elektroda mempengaruhi besarnya kemampuan elektroda untuk
membentuk koagulan karena semakin besar arus listrik yang diterima maka
jumlah ion Al3+ yang dilepaskan oleh anion pada elektroda pun semakin besar.
Dalam percobaan, sampel air limbah penyamakan kulit diberi perlakuan
dengan besar tegangan listrik yang bervariasi secara berurutan 2 V, 5 V, 8 V, 11
V, 17 V dan 20 V, volume sampel 50 mL, waktu reaksi selama 10 menit dan
aluminium berukuran 30 mm x 50 mm x 0,1 mm dalam gelas kimia 250 mL tanpa
pengadukan (stirer). Berdasarkan percobaan diperoleh hasil seperti pada gambar
4.1 berikut:
1,6
1,4
1,337
Absorbansi
1,2
1,099
1
0,999
0,8
0,693
0,6
0,544
0,4
0,2
0,162 0,117
0
0
5
10
15
20
25
Tegangan (Volt)
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Absorbansi Terhadap Voltase
Gambar 4.1 menunjukkan semakin besar tegangan yang diberikan akan
mengakibatkan absorbansi menurun. Penurunan absorbansi pada gambar 4.1
menunjukkan bahwa pada proses elektrokoagulasi terjadi koagulasi dalam
sampel air limbah dan terbentuk flok didalam yang akan mengendap, sehingga
kadar dari polutan dalam limbah penyamakan kulit semakin berkurang. Pada
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
45
saat tegangan dinaikkan maka jumlah partikel-partikel ion akan semakin besar
sehingga menyebabkan arus yang mengalir semakin besar.
Berdasarkan data pada grafik tersebut diperoleh data voltage optimum
yaitu 17 Volt yang memiliki absorbansi terendah yang menunjukkan
konsentrasi kromium dalam larutan yang paling rendah.
4.2.2
Variasi Waktu Operasi
Proses elektrokoagulasi ini dilakukan pada tegangan optimum yang
diperoleh dari proses sebelumnya yaitu 17 Volt. Volume larutan limbah 50 mL
dan pH larutan 5 pada suhu ruangan dengan ukuran elektroda aluminium 30 mm x
50 mm x 0,1 mm. Proses ini dilakukan dalam gelas kimia berukuran 250 mL
tanpa pengadukan (tanpa menggunakan stirer). Hasil percobaan diperoleh pada
gambar 4.2 berikut:
0,35
0,302
0,3
Absorbansi
0,25
0,2
0,15
0,149
0,1
0,078
0,05
0,04
0
0
5
10
Waktu (menit)
15
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Absorbansi Terhadap Waktu Operasi
Menurut hukum Faraday dalam Putero, S.H (2008), jumlah muatan yang
mengalir selama proses elektrolisis sebanding dengan jumlah waktu kontak yang
digunakan. Berdasarkan hasil analisis pada gambar 4.2 menunjukkan bahwa
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
46
semakin lama waktu reaksi yang dilakukan akan menyebabkan absorbansi dari
polutan dalam limbah industri penyamakan kulit semakin menurun. Menurunnya
absorbansi tersebut menunjukkan bahwa jumlah polutan dalam limbah juga
berkurang karena banyak yang terbentuk menjadi flok kemudian mengendap.
Namun, pada rentang 6 menit hingga 8 menit terjadi kenaikan absorbansi.
Kenaikan ini menunjukkan bahwa limbah masih mengandung polutan yang
berbahaya. Reaksi yang terjadi pada variasi waktu ini terlihat pada gambar 4.3
berikut:
Gambar 4.3 Reaksi Sistem Batch pada Variasi Waktu
Menurut Susetyaningsih, Retno, dkk. (2008) ketika tegangan diberikan ke
dalam larutan terus menerus akan menghasilkan jumlah Al3+ dari elektroda yang
terbentuk semakin bertambah sehingga jumlah flok Al(OH)3 pun juga bertambah.
Jumlah flok yang terlalu banyak akan menyebabkan kejenuhan pada plat
elektroda, sehingga kemampuan elektroda untuk menarik ion-ion kromium dalam
limbah akan berkurang. Dampak dari kondisi ini menyebabkan penurunan medan
magnet.
Proses elektrokimia dan elektrokoagulasi akan minimum bila terjadi
kejenuhan pada plat elektroda dan medan magnetnya juga akan sangat kecil yang
menyebabkan kadar kromium dalam limbah menjadi tetap. Jika berlangsung terus
menerus maka kadar kromium dalam limbah tidak akan berkurang lagi. Ini
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
47
disebut
proses
elektrokoagulasi
sudah
mencapai
titik
terendah
(tidak
menimbulkan medan magnet).
Berdasarkan data pada grafik tersebut diperoleh data waktu operasi
optimum yaitu 10 menit yang memiliki nilai absorbansi terendah.
4.2.3
Variasi pH
Proses elektrokoagulasi dengan pH yang bervariasi ini dilakukan pada
tegangan dan waktu optimum yang diperoleh dari proses sebelumnya dengan
variasi pH 3, 4, 5 dan 7. Kondisi yang dilakukan dalam proses ini adalah pada
tegangan optimum 17 Volt, waktu optimum 10 menit, volume larutan limbah 50
mL, dan pada suhu ruangan. Proses ini dilakukan dalam gelas kimia 250 mL
dengan metode sistem batch tanpa stirer. Elektroda yang digunakan adalah
aluminium berukuran 30 mm x 50 mm x 0,1 mm.
Pada plat elektroda (aluminium) akan menyebabkan kation terlepas
kemudian berinteraksi bebas dengan sampel air limbah industri penyamakan kulit.
Terjadi hidrolisa yang membentuk kompleks hidro-aluminium atau dapat juga
terjadi presipitasi. Proses hidrolisis ini tergantung pada konsentrasi total dari
logam aluminium dan pH air limbah.
0,6
0,509
Absorbansi
0,5
0,4
0,3
0,2
0,139
0,1
0,01 0,01
0
0
2
pH 4
6
8
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Absorbansi Terhadap pH
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
48
Dari grafik 4.4 hubungan absorbansi terhadap pH dalam pengolahan
limbah industri penyamakan kulit, setelah dilakukan serangkaian perlakuan pada
masing-masing pH, diperoleh hasil yang optimum pada pH 4 dan 5.
Pada pH lebih dari 5 terjadi kenaikan absorbansi dikarenakan jumlah
kromium yang terikat sangatlah sedikit. Ini diduga karena pada kondisi tersebut
(pH > 6) terjadi kemasifan elektroda. Kemasifan elektroda adalah kondisi saat
elektroda pasif artinya tidak terbentuk ion Al3+ yang dapat berikatan dengan 4OHmembentuk Al(OH)4- . Elektroda mempunyai kecendrungan menjadi pasif sebab
kemampuan memproduksi ion aluminium terbatas pada rentang pH tertentu,
sehingga rapat arus yang digunakan akan terbatas. Penjelasan ini dapat
diterangkan oleh diagram pourbaix aluminium dibawah ini:
Gambar 4.5 Diagram Pourbaix
Dari gambar 4.5 di atas dapat diketahui bahwa pada pH > 5 yaitu kondisi
saat terjadi kenaikan absorbansi terbentuk Al2O3.H2O. Ketika aluminium
terbentuk menjadi senyawa Al2O3.H2O maka kromium tidak dapat berikatan
karena kondisi tersebut adalah kondisi passivation bukan kondisi corrosion. Oleh
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
49
sebab itu penambahan pH tidak menyebabkan berkurangnya jumlah kromium
dalam limbah.
Berdasarkan hasil penelitian variasi pH diatas maka diperoleh kesimpulan
bahwa spesi yang terbentuk dalam elektrokoagulasi kondisi pH optimum yaitu pH
5 adalah spesi Al3+.
4.2.4
Variasi Jarak Elektroda
Proses elektrokoagulasi dengan jarak elektroda yang bervariasi ini
dilakukan pada tegangan, waktu dan pH optimum yang diperoleh dari prosesproses sebelumnya dengan jarak elektroda 2 cm; 4 cm; 6 cm dan 8 cm. Kondisi
yang dilakukan dalam proses ini adalah pada tegangan optimum 17 Volt, waktu
optimum 10 menit, pH optimum 5, volume larutan limbah 100 mL dan pada suhu
ruangan. Proses ini dilakukan didalam bak yang berukuran 11 cm x 7,5 cm x 5,5
cm dengan metode sistem batch tanpa stirer. Elektroda yang digunakan adalah
aluminium berukuran 7 cm x 5,5 cm x 0,1 cm.
Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi proses elektrokoagulasi adalah
jarak antar elektroda. “Besarnya jarak antar elektroda mempengaruhi besarnya
hambatan elektrolit, semakin besar jaraknya semakin besar hambatannya,
sehingga semakin kecil arus yang mengalir” (Putero, S. H, dkk, 2008). Arus yang
kecil menyebabkan reaksi yang terjadi tidak maksimal karena jumlah Al3+-nya
sedikit sehingga polutan yang terendapkan pun juga sedikit.
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
50
Gambar 4.6 Rangkaian Alat Elektrokoagulasi Sistem Flow
Berdasarkan hasil penelitian diperoleh grafik 4.7 berikut:
3
Variasi Jarak Elektroda terhadap Arus
2,7
Jarak Elektroda
2,5
2,3
2
1,7
1,5
1,5
1
0,5
0
0
1
2
3
4
5
Arus
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Variasi Jarak Elektroda Terhadap Arus
Grafik 4.7 menunjukkan bahwa jarak elektroda berbanding terbalik dengan
arus juga absorbansi (dapat dilihat di lampiran 4). Analisis ini sesuai dengan teori
Putero, S. H, dkk. Namun pada jarak elektroda 4 cm terjadi penyimpangan ketika
dibandingkan terhadap jarak elektroda 6 dan 8 (data absorbansi pada lampiran 4),
yangmana seharusnya ion kromium yang ada dalam limbah jarak elektroda 4 cm
memiliki absorbansi lebih rendah daripada jarak elektroda 6 dan 8 cm karena
hambatannya lebih kecil. Diperkirakan hal tersebut terjadi karena pada plat
aluminium terjadi kejenuhan sehingga tidak ada pengaruh medan magnet yang
akan menarik ion-ion aluminium pada plat elektroda.
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
51
Gambar 4.8 Reaksi Sistem Flow Variasi Jarak
Berdasarkan data pada grafik 4.7 diperoleh jarak elektroda optimum yaitu
2 cm.
4.3 Proses Elektrokoagulasi Sistem Alir (Flow)
Proses elektrokoagulasi dengan variasi laju alir cepat (100 mL/menit),
sedang (6,2 mL/menit) dan lambat (4 mL/menit) ini dilakukan pada tegangan
optimum 17 Volt, waktu optimum 10 menit, pH optimum 5, jarak elektroda
optimum 2 cm dan volume larutan limbah 100 mL pada suhu ruangan. Setiap laju
alir divariasikan lagi dengan cara ditampung limbah setiap menitnya hingga menit
ke tujuh untuk memperoleh hasil limbah terbanyak. Sedangkan tiga variasi laju
alir ( yaitu 100; 6,2 dan 4 mL/ menit) bertujuan untuk mengetahui kadar polutan
yang paling rendah setelah dilakukan proses elektrokoagulasi variasi laju alir
(absorbansi polutan dam limbah penyamakan kulit). Proses ini dilakukan didalam
bak yang berukuran 11 cm x 7,5 cm x 5,5 cm dengan metode sistem batch tanpa
stirer (Gambar 4.6). Elektroda yang digunakan adalah aluminium berukuran 7 cm
x 5,5 cm x 0,1 cm.
Menurut Susetyaningsih, R dkk (2008) proses elektrokoagulasi sistem flow
(alir) dipengaruhi oleh laju alir, semakin lambat laju alirnya berarti semakin lama
waktu reaksinya sehingga semakin banyak ion-ion yang bereaksi.
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
52
Hasil percobaan menunjukkan bahwa laju alir yang memiliki jumlah
limbah terbanyak dengan absorbansi terendah adalah laju alir lambat pada aliran
pertama yaitu 4 mL/ menit. Sedangkan pada aliran kedua hingga ketujuh
menghasilkan limbah penyamakan kulit yang semakin sedikit dikarenakan adanya
gas dan flok-flok yang menghalangi limbah untuk keluar.
4.4 Perubahan Fisis pada Plat Aluminium
Percobaan elektrokoagulasi ini menggunakan dua plat elektroda (anoda
dan katoda) jenis aluminium, yang dipotong dengan ukuran yang sama yaitu 30
mm x 50 mm x 0,1 mm untuk wadah yang menggunakan gelas kimia 250 mL
sedangkan untuk wadah bak berukuran 7 cm x 5,5 cm x 0,1 cm. Kedua plat
elektroda ini dimasukkan kedalam sampel air limbah penyamakan kulit dan dialiri
arus listrik selama proses elektrokoagulasi dilakukan dengan voltage tertentu.
Pada proses ini terjadi reaksi kimia yang berbeda pada permukaan kedua
elektroda.
Pada bagian katoda terjadi penyerapan permukaan elektroda atau
umumnya disebut absorpsi sedangkan pada anoda terjadi penurunan ion positif.
Anoda akan melepaskan ion-ion positif sehingga ion-ion positifnya akan
terus berkurang saat dialiri arus listrik, reaksinya seperti berikut ini:
Al(s)
Al3+ (aq) + 3e- ...............(i)
Sedangkan pada katoda akan menghasilkan lapisan baru di atas permukaan
platnya. Hal ini terjadi karena adanya absorpsi dari interaksi antara ion-ion yang
ada pada air limbah penyamakan kulit. Lapisan baru ini akan mengubah
permukaan plat elektroda secara signifikan dan meningkatkan daya potensial
listrik untuk mengalirkan arus listrik sebelum percobaan berlangsung.
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
53
Pada reaksi diatas (i), anoda (Al) melepaskan ionnya (Al3+) dalam sampel
air limbah penyamakan kulit. Ion-ion yang terlepas akan menyebabkan pengikisan
pada permukaan elektroda, berlawanan terjadinya pada permukaan katoda. Ketika
Al3+ bertemu dengan polutan air limbah penyamakan kulit maka ia akan
membentuk endapan dan gas. Endapan inilah yang terlihat dalam kedua plat
elektroda sedangkan gas dapat terlihat berupa buih disekeliling plat elektroda
selama berlangsungnya elektrokoagulasi.
Saat percobaan dilakukan, elektroda aluminium dapat digunakan
bergantian yakni plat yang awalnya digunakan sebagai katoda dapat ditukar
menjadi anoda begitu juga sebaliknya. Hal ini dilakukan setelah elektrodanya
diamplas agar reaksinya berjalan dengan lancar karena tidak ada komponen lain
yang ikut bereaksi dalam proses elektrokoagulasi. Namun ketika plat aluminium
tidak memiliki ukuran yang sama maka digunakan plat aluminium yang baru.
Ilustrasi ini dapat dilihat pada gambar 4.9 Plat aluminium sebelum dan sesudah
analisis.
Gambar 4.9 Plat Aluminium Sebelum dan Sesudah Reaksi Elektrokoagulasi
4.5 Proses Elektrokoagulasi pada Kondisi Optimum
Berdasarkan data hasil percobaan telah diperoleh kondisi optimum sebagai
berikut: tegangan listrik sebesar 17 V, waktu reaksi pada rentang 10 menit, dan
pH sampel seharga 5, jarak elektroda 2 cm dan laju alir lambat pada aliran
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
54
pertama 4 ml/menit. Al3+ (agen koagulan) dapat berikatan dengan partikel-partikel
yang ada dalam air limbah penyamakan kulit sehingga terbentuk flok.
Terbentuknya flok-flok ini akan mengalami flotasi dan sedimentasi yang
menyebabkan kepekatan warna semakin menurun. Berikut merupakan gambar
sampel air limbah industri penyamakan kulit sesudah dan sebelum pengolahan,
terlihat pada gambar 4.7.
Gambar 4.7 Limbah Sebelum dan Sesudah Reaksi Elektrokoagulasi
Reaksi yang dilakukan pada kondisi optimum dalam pengolahan air limbah dapat
mengubah warna limbah penyamakan kulit dari hijau pekat menjadi hijau muda.
Warna hijau muda menunjukkan masih terdapat logam berat dan zat organik
dalam air limbah penyamakan kulit dikarenakan senyawa-senyawa ini tidak dapat
terendapkan sebab sifatnya yang positif sama dengan koloid dari air limbah.
Sedangkan kandungan logam yang terkandung akan berbeda pada setiap air
limbah di setiap daerah. Setelah diperoleh hasil pada kondisi optimum maka
dilakukan uji penentuan kadar kromium dalam limbah, uji TDS, DHL, warna
(kekeruhan) dan bau sebelum dan setelah reaksi elektrokoagulasi, yang dapat
dilihat pada tabel ini:
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
55
Tabel 4.1 Kondisi Optimum Limbah Sebelum dan Setelah Reaksi
Parameter
Sebelum Reaksi
Setelah Reaksi
Kadar Kromium
3560,606 ppm
2325,758 ppm
DHL
306,25 µS/cm
131,25 µS/cm
TDS
196 ppm
084 ppm
Bau
Sangat berbau
Sedikit berbau
Warna
Hijau pekat
Hijau muda
pH
5
5
Berdasarkan tabel 4.1 di atas maka dapat disimpulkan bahwa efisiensi dari
limbah industri yang mengandung logam kromium sebesar 30,47% (dari harga
3560,606 ppm menjadi 2325,758 ppm), efisiensi DHL sebesar 57,14% (dari
harga 306,25 µS/cm menjadi 131,25 µS/cm) dan efisiensi TDS sebesar 57,14%
(dari harga 196 menjadi seharga 084). Selain itu, bau dan warna dari limbah
industri penyamakan kulit juga berbeda sebelum dan setelah dilakukan reaksi
elektrokoagulasi. Bau dan warna limbah industri sebelum dilakukan reaksi
elektrokoagulasi adalah sangat berbau dan berwarna hijau pekat, sedangkan
setelah dilakukan reaksi elektrokoagulasi bau dan warnanya menjadi sedikit
berbau dan berwarna hijau muda. Tapi pH dari limbah industri ini tidak berubah
sebelum ataupun setelah dilakukan reaksi elektrokoagulasi.
Elfrida Siring-Ringo, 2012
Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Pada Pengolahan Limbah Industri Penyamakan Kulit
Menggunakan Alumunium Sebagai Sacrificial Elektrode
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu