APLIKASI METODE ADVANCED OXIDATION PROCESSES (AOP) UNTUK MENGOLAH LIMBAH RESIN CAIR

Transkripsi

1 Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), ISSN Volume 13 Nomor 2 Desember 2010 (Volume 13, Number 2, December, 2010) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (Radioactive Waste Technology Center) APLIKASI METODE ADVANCED OXIDATION PROCESSES (AOP) UNTUK MENGOLAH LIMBAH RESIN CAIR Sutrisno Salomo Hutagalung, Anto Tri Sugiarto, Veny Luvita Pusat Penelitian Kimia-LIPI Kawasan PUSPIPTEK, Serpong-Tangerang ABSTRAK METODE ADVANCED OXIDATION PROCESSES (AOP) UNTUK MENGOLAH LIMBAH RESIN CAIR. Pada umumnya polutan utama yang terkandung dalam limbah cair bahan resin adalah senyawa-senyawa organik yang biasanya dapat merupakan racun yang dapat mencemari lingkungan air dan udara apabila dibuang langsung ke lingkungan dalam jumlah yang banyak. Untuk mengatasi polutan yang terkandung dalam limbah cair bahan resin, penelitian merekomendasikan instalasi air limbah (IPAL) dengan menggunakan instrumentasi metode Advanced Oxidation Processes (AOP). Untuk dapat meningkatkan efektifitas dan standar baku mutu buang limbah cair dari bahan resin, maka diusulkan adanya perubahan cara pengolahan air limbah dengan metode AOP yaitu dengan mengkombinasikan ozon dan ultraviolet. Kata kunci: Instrumentasi, Ozon, ultraviolet, AOP, polutan, resin, baku mutu ABSRACT APPLICATION OF ADVANCED OXIDATION PROCESSES (AOP) METHOD FOR LIQUID RESIN WASTE TREATMENT. Ingeneral main polutan that contain in liquid waste resin materials is organic compounds that usually as a poisoned that can contaminate water environment and air when it thrown away directly to environment in the large number. To overcome polutan that implied in liquid waste resin materials, research recommends waste treatment facility (WTF) by using instrumentation of Advanced Oxidation Processes (AOP) method. To improve efectivity and quality standard of liquid waste from resin materials, for that reason proposed the changing of waste water treatment with AOP method combine ozone and ultraviolet treatment. Keyword: Instrumentation, Ozone, ultraviolet, AOP, polutan, resin, standard quality PENDAHULUAN Sejak tahun 1981, para peneliti mulai menguji penggunaan ozon sebagai bagian dari proses reklamasi air. Penelitian awal menunjukan bahwa dosis ozon tertentu diperlukan untuk mencapai tingkat spesifik penyuci-hamaan [1]. Literatur menunjukan bahwa faktor-faktor yang paling signifikan dimana mempengaruhi persyaratan dosis ozon adalah effluent chemical oxygen demand (COD), influent kepadatan bakteri, dan target effluent kepadatan bakteri. Plasma adalah zat keempat disamping zat klasik, padat, cair dan gas. Zat plasma ni diketemukan oleh ilmuan Amerika, Irving Langmuir dalam percobaanya melalui filamen tungsten dengan prinsip mengalirnya arus listrik akan menunjukan adanya ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion serta elektron pada udara diantara dua elektroda yang diberi tegangan listrik yang cukup tinggi (< 10 kv) [2]. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan, semakin banyak jumlah ion dan electron yang terbentuk. Aksi reaksi yang terjadi antara ion dan electron dalam jumlah banyak akan menimbulkan kondisi udara dua elektroda menjadi netral, peristiwa inilah yang disebut plasma. Dewasa ini teknologi plasma banyak digunakan dalam berbagai bidang industri, seperti industri elektronik, material, kimia dan obat-obatan. Selain dari pada itu teknologi plasma dimanfaatkan juga untuk mengolah limbah cair dan gas. Sistem pengolah limbah cair yang ada umumnya mempergunakan cara kombinasi antara pemakaian clorine, sistem kondensasi, sedimentasi dan filtrasi. Sedangkan untuk mengolah limbah cair organik banyak mempergunakan mikrobiologi, karbon aktif atau membran filtrasi tidaklah cukup untuk limbah organik yang semakin banyak. Untuk masalah limbah organik ini, teknologi ozon mulai dipergunakan. Sesuai dengan fungsinya, instalasi pengolahan air limbah ini dapat dipakai untuk pengolahan air limbah domestik yang didalamnya banyak terkandung berbagai jenis senyawa kimia dan 18

2 Sutrisno Salomo Hutagalung, Anto Tri Sugiarto, Veny Luvita : Aplikasi Metode Advanced Oxidation Processes (Aop) untuk Mengolah Limbah Resin Cair mikroorganisma yang dapat merusak lingkungan dan dapat membahayakan kesehatan masyarakat disekitarnya. Pada umumnya polutan utama yang terkandung dalam limbah cair mengandung bahan peroxide adalah senyawa-senyawa organik beracun yang dapat mencemari lingkungan air dan udara apabila dibuang langsung ke lingkungan dalam jumlah yang banyak. Untuk mengatasi polutan yang terkandung dalam limbah cair bahan peroxide, penggunaan cara oksidasi merupakan proses utama dalam proses pengolahan air limbah dengan teknologi ozon ini. Oksidasi sangat diperlukan dalam proses penguraian senyawa-senyawa kimia organik dan sebagian anorganik. Sesuai dengan ketentuan yang dikeluarkan oleh kementrian negara lingkungan hidup dimana setiap perusahaan wajib untuk dapat mengatasi dan mengurangi jumlah bahan pencemar dalam limbah cair yang dihasilkan. Untuk itu perusahaan yang menggunakan bahan peroxide memerlukan adanya suatu teknologi yang dapat dipergunakan untuk mengatasi permasalahan limbah cair tersebut. PERMASALAHAN Pengembangan instalasi instrumentasi pengolahan limbah cair bahan peroxide menggunakan metode AOP dengan kombinasi ozon dan ultraviolet dimaksudkan agar limbah cair yang diolah dapat dibuang dengan aman dan memenuhi baku mutu lingkungan sesuai dengan Keputusan Mentri Negara Lingkungan Hidup [3]. Dari proses produksi perusahaan berbahan peroxide setiap harinya menghasilkan kurang lebih 10 m 3 /day limbah cair dengan kadar kandungan COD ppm di sampel A3-2 yang dinilai sangat tinggi, sehingga limbah cair ini tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan air. Konsep dasar sistem yang akan dibangun adalah sistem AOP dengan menggunakan ozon dan ultraviolet [4,5]. sebagai komponen utama sistem yang dikombinasikan dengan karbon aktif sebagai filtrasi pada tahapan terakhir. Fungsi dari kombinasi ozon dan ultraviolet adalah untuk menghasilkan hydroxyl radikal ( OH) ditunjukkan pada persamaan (1) dan (2), dimana sebuah radikal bebas yang memiliki potential oksidasi yang sangat tinggi (2.8 V), jauh melebihi ozon (1.7 V) dan chlorine (1.36 V) [3,6]. Sedangkan lampu ultraviolet pada panjang gelombang tertentu (λ = 254 m) akan efektif dalam proses membunuh bakteri. Hal ini menjadikan kombinasi ozon dan ultraviolet sangat potensial untuk mengoksidasi berbagai senyawa organik, minyak, dan bakteri yang terkandung didalam air. O 3 + UV O 2 + O( 1 D) (1) O( 1 D) + H 2 O 2 OH (2) Rangkaian dasar sistem yang diajukan adalah sebagai berikut, Gambar 1, wastewater AOP filtration clearwater Gambar 1. Konsep dasar pengolahan limbah bahan peroxide dengan teknologi AOP Gambar 2. Laju alir pengolahan limbah dengan AOP dan CA 19

3 Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), Vol.13 No ISSN Gambar 3. Skema Sistem Instalasi AOP dan Laboratorium Gambar 4. Rangkaian unit AOP dan Gambar 5. Alat ozone generator TATA KERJA Sistem instrumentasi yang digunakan adalah metode Advanced Oxidation Processes (AOP). Sistem AOP yang dipergunakan adalah kombinasi antara Ozon-UV-H 2 O 2 dan karbon aktif (Gambar 2). Sistem AOP bekerja memanfaatkan hydroxyl radical ( OH) yang dihasilkan dari reaksi antara kombinasi Ozon-UV-H 2 O 2 dalam air. Karbon aktif bekerja dalam membantu proses absorpsi mikro polutan hasil oksidasi dari sistem AOP. Sistem instalasi AOP ditunjukkan dengan skema seperti pada Gambar 3. Dari skema percobaan ini dapat dijelaskan tahapan-tahapan proses pengolahan air limbah sebagai berikut: Air limbah dilewatkan ke unit AOP untuk direaksikan dengan O3-UV- H 2 O 2. Proses oksidasi terjadi di unit AOP. Air limbah yang sudah teroksidasi dilewatkan unit karbon (CA), selanjutnya air limbah yang sudah melewati tahapan-tahapan tersebut kemudian di analisa kadar COD-nya. 20

4 Sutrisno Salomo Hutagalung, Anto Tri Sugiarto, Veny Luvita : Aplikasi Metode Advanced Oxidation Processes (Aop) untuk Mengolah Limbah Resin Cair Gambar 6 Lokasi Pengambilan Air Limbah Cair untuk diproses dengan alat AOP Peralatan instrumentasi yang digunakan dalam uji laboratorium adalah: a) Unit AOPs skala Laboratorium dengan kapasitas olah 1 ltr. (Gambar 4) b) Unit filter CA skala laboratorium dengan kapasitas olah 1 ltr. c) Ozone generator kapasitas maks 6 gr/hr (Gambar 5) d) Oxygen (tabung) kapasitas 7m 3 e) H 2 O 2 konsentrasi 50% 1 ltr Sampel limbah yang akan diuji cobakan diambil dari 7 titik tempat pengumpulan limbah berdasarkan jenis limbah dan pengolahannya (Gambar 6) HASIL DAN PEMBAHASAN Uji lapangan dilakukan dengan peralatan instrumentasi pengolah limbah cair AOP berjalan (mobile), dengan spesifikasi : Metoda : Ozone UV (AOP) Kapasitas: Maksimum 1 m 3 /jam Daya: 750 watt Hasil pengolahan menggunakan AOP Tabel 1. Data hasil pengolahan menggunakan Instrumentasi AOP Sampel Result Sampel Result Persentase No Before AOP COD [ppm] After AOP COD [ppm] [%] 1 A B A B A B A B A B A B A B Lokasi Pengolahan : Titik 1 s/d Titik 7 Pengambilan Sampel : Tahap Pertama 21

5 Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), Vol.13 No ISSN Gambar 7. Penurunan kandungan COD Before dan After AOP Tabel 2. Data hasil pengolahan menggunakan Instrumentasi AOP No Sampel Result Sampel Result Persentase Before AOP COD [ppm] After AOP COD [ppm] [%] 1 A B A B A B A B A B A B A B Lokasi Pengolahan : Titik 1 s/d Titik 7 Pengambilan Sampel : Tahap kedua Gambar 8. Penurunan kandungan COD sebelum dan sesudah AOP 22

6 Sutrisno Salomo Hutagalung, Anto Tri Sugiarto, Veny Luvita : Aplikasi Metode Advanced Oxidation Processes (Aop) untuk Mengolah Limbah Resin Cair Tabel 3. Data hasil pengolahan menggunakan Instrumentasi AOP P No Sampel Result Sampel Result Persentase Before AOP COD [ppm] After AOP COD [ppm] [%] 1 A B A B A B A4-4 0 B A B A B A B Lokasi Pengolahan : Titik 1 s/d Titik 7 Pengambilan Sampel : Tahap ketiga Gambar 9. Penurunan kandungan COD sebelum dan sesudah AOP Tabel 4. Data hasil pengolahan menggunakan Instrumentasi AOP No Sampel Result Sampel Result Persentase Before AOP COD [ppm] After AOP COD [ppm] [%] 1 A B A B A B A B A B A B A B Lokasi Pengolahan : Titik 1 s/d Titik 7 Pengambilan Sampel : Tahap keempat 23

7 Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), Vol.13 No ISSN Gambar 10. Penurunan kandungan COD sebelum dan sesudah AOP Tabel 1 sampai dengan Tabel 4 menunjukkan hasil penurunan COD dari 7 titik sampel pengambilan setelah 4 hari proses pengolahan. Dari data hasil pengujian didapati bahwa hasil pengolahan dengan metode AOP menunjukkan perbedaan penurunan COD untuk masing-masing sampel. Hal ini terjadi terutama dikarenakan perbedaan kandungan COD yang sangat signifikan. Dimana sampel 3 memiliki kandungan COD ratarata > ppm, sedangkan sampel 7 memiliki kandungan COD rata-rata < 300 ppm. Berdasarkan data tersebut maka pengujian dilakukan dengan menggunakan 2 metode berbeda yaitu Metode 1, sampel di proses dengan menggunakan kombinasi metode AOP dan Carbon filter. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2. Sedangkan data pada Tabel 3 dan Tabel 4 merupakan hasil dari pengolahan Metode 2 yaitu dengan menggunakan kombinasi antara AOP, Carbon Filter dan Hydrogen Peroxide (H 2 O 2 ) [7]. Dimana penambahan H2O2 dilakukan sebagai simulasi untuk membedakan kandungan radikal bebas dari kedua metode. Hasil pengolahan menunjukkan bahwa secara visual terjadi penurunan warna dan bau. Hal ini menunjukkan adanya penurunan COD. Dimana warna dan bau biasanya menunjukkan adanya kandungan senyawa organik aromatik. Khusus untuk limbah dari industri resin biasanya mengalami kesulitan dalam menghilangkan senyawa aromatik yang menimbulkan bau yang menyengat [8]. Oleh karena itu data yang dikumpulkan cenderung menunjukkan bahwa pengujian menggunakan instrumentasi AOP + UV adalah teknologi yang dimungkinkan untuk menghilangkan bau yang menyengat dan menurunkan COD sehingga dapat dibuktikan bahwa metode AOP + UV cocok untuk diaplikasikan pada limbah dari industri resin. Hasil pengolahan pada Tabel 1 dan Tabel 2 (AOP+CA) untuk sampel dengan COD awal < ppm menunjukkan hasil penurunan COD yang sangat baik diatas 90%. Sedangkan untuk COD awal > ppm menunjukkan penurunan dibawah 60%. Hal ini menunjukkan bahwa untuk COD > ppm memerlukan jumlah radikal bebas yang lebih banyak untuk dapat dipergunakan pada proses penguraian COD. Hal di atas dapat dijelaskan dengan melihat hasil pada Tabel 3 dan Tabel 4, dimana data yang didapatkan menunjukkan bahwa baik hampir semua sampel baik yang memiliki kandungan COD < maupun dengan kandungan COD >10.000, dapat diturunkan dengan baik dengan penurunan COD berkisar antara 70% hingga 90%. Walaupun terjadi penurunan persentase pada sampel 6 dan 7 dikarenakan penambahan hydrogen peroxide justru menaikkan COD awal limbah yang memang sudah rendah <300 ppm. Untuk itu penambahan hydrogen peroxide sebagai penghasil radikal bebas pada COD rendah dapat dikatagorikan tidak efektif pada limbah yang mengandung COD rendah. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan pengamatan pengolahan limbah cair dari bahan kimia dapat disimpulkan beberapa hal: 1. Limbah cair dari bahan kimia dapat diolah dengan menggunakan metode AOP dan filtrasi. Kombinasi AOP dan filtrasi dapat menurunkan kandungan COD 24

8 Sutrisno Salomo Hutagalung, Anto Tri Sugiarto, Veny Luvita : Aplikasi Metode Advanced Oxidation Processes (Aop) untuk Mengolah Limbah Resin Cair 2. Penurunan COD yang didapat rata-rata berkisar antara 47.28% hingga 94.51%. 3. Untuk sumber air limbah dengan kandugann COD < ppm metode AOP dapat bekerja sangat efektif. 4. Hasil menunjukkan bahwa teknologi instrumentasi pengolah limbah cair metode AOP + UV memungkinkan untuk untuk diaplikasikan pada limbah dari industri resin. DAFTAR PUSTAKA [1] ROTH, J. R.: Industrial Plasma Engineering. Volume II -- Applications to Non-Thermal Plasma Processing. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, ISBN , (2001) See Section [2] PIGNATELLO, J. J., OLIVEROS, E., MACKAY, A., Advanced Oxidation Processes for Organic Contaminant Destruction Based on the Fenton Reaction and Related Chemistry, Critical Rev. Environ. Sci. Technol., 36, 1-84 (2006). [3] ANTO, T.S., Mengatasi Limbah tanpa masalah: Penerapan Teknologi Plasma untuk Lingkungan. PT. ECO-Plasma Indonesia,Perpustakaan Nasonal, April [4] RIED, A.; MIELCKE, J.; KAMPMANN, M.; TERNES T.A.; TEISER, B. Ozone and UV processes for additional wastewater treatment to remove pharmaceuticals and EDCs. Proc. IWA Leading Edge Technologies Conf. (2004). [5] WINTGENTS, T.; LYKO, S.; MELIN, T.; SCHäFER, A.I.; KHAN, S.; SHERMAN, P.; RIED, A. Removal of estrogenic trace contaminants from wastewater and landfill leachate with advanced treatment processes. Proc. IWA Leading Edge Technologies Conf. (2004). [6] TRAPIDO, M., KALLAS, J., Advanced oxidation processses for the degradation and detoxification of 4-nitrophenol, Environ, Technol., 21, (2000). [7] GUINEA, E., ARIAS, C., CABOT, P. L., GARRIDO, J. A., RODRIGUEZ, R. M., CENTELLAS, F., BRILLAS, E., Mineralization of salicylic acid in acidic aqueous medium by electrochemical advanced oxidation processes using platinum and boron-doped diamond as anode and cathodically generated hydrogen peroxide, Water Research, 42, (2008). [8] MUHAMMAD, A., SHAFEEQ, A., BUTT, M. A., RIZKI, Z. H., CHUGHTAI, M. A., REHMAN.S., Decolorization and removal of cod and bodfrom raw and biotreated textile dye bath effluent through advanced oxidation processes, (AOPS). Braz. J. Chem. Eng., 25, (2008). 25