KAJIAN EFEKTIFITAS REAGEN FENTON UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI COD AIR LIMBAH DOMESTIK SECARA BATCH PADA METODE AOP BERBASIS H 2 O 2

Transkripsi

1 KAJIAN EFEKTIFITAS REAGEN FENTON UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI COD AIR LIMBAH DOMESTIK SECARA BATCH PADA METODE AOP BERBASIS H 2 O 2 Elfiana, Cut Aja Rahmahwati, Halim Zaini, Anwar Fuadi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumase Jl. Banda Aceh-Medan km.280, Buketrata-Lhokseumawe * elfiana_72@yahoo.com Abstrak Hasil pengukuran konsentrasi COD air limbah domestik kota Lhokseumawe pada saluran drainase pintu 1 inlet Waduk reservoir Gampong Pusong kota Lhokseumawe berkisar 4160 mg/l, secara visual memberikan warna air yang gelap dan berbau. Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji efektifitas reagen fenton dalam menurunkan konsentrasi COD air limbah domestik kota Lhokseumawe dalam skala laboratorium sistim batch. Kajian efektifitas dilakukan terhadap besarnya persentase penyisihan COD (%R COD ) yang diperoleh dan jumlah H 2 O 2 yang dikonsumsi (%X H2O2 ) selama proses. Dosis H 2 O 2 optimum diperoleh dengan mengolah air limbah domestiknya menggunakan variasi H 2 O 2 5,2mM 26mM, disebut proses peroksidasi. Hasil penelitian menunjukkan dosis H 2 O 2 optimum dari proses peroksidasi adalah 15,6mM dengan %R COD 42,3% dan %X H2O2 60,41%. Dosis optimum H 2 O 2 15,6mM merupakan basis perbandingan berat Fe 2+ :H 2 O 2 dalam reagen fenton. Pengaruh H 2 O 2 dalam reagen fenton diamati dengan mereaksikan air limbah demestik dengan variasi H 2 O 2 (5,2mM 26mM) dan ditambahkan Fe 2+ 35,36 mg/l. Hasil yang diperoleh %R COD meningkat dibanding %R COD proses peroksidasi, dan optimum pada H 2 O 2 15,6mM dengan %R COD = 76,92% dan %X H2O2 =82,31%. Pengaruh konsentrasi Fe 2+ dalam reagen fenton diamati menggunakan variasi konsentrasi Fe 2+ (11,79 mg/l 106,08 mg/l) pada dosisi H 2 O 2 optimum 15,6mM (530,4 mg/l). Hasil penelitian menunjukkan Fe 2+ berpengaruh terhadap jumlah konsumsi H 2 O 2 (%X H2O2 ). Semakin besar konsentrasi Fe 2+ maka semakin besar %X H2O2 dan maksimum pada Fe 2+ 35,36 mg/l, diperoleh formula reagen fenton dengan perbandingan berat Fe 2+ :H 2 O 2 =1:15 (wt/wt). Kata kunci: Air Limbah Domestik, Fe 2+, H 2 O 2, Reagen Fenton, %R COD, %X H2O2 PENDAHULUAN Menurut KepMenLH No. 112 Tahun 2003 defenisi air limbah domestik merupakan air limbah yang berasal dari usaha dan atau kegiatan pemukiman (real estate), rumah makan (restaurant), perniagaan, perkantoran, asrama, apartemen, dan rumah sakit. Sehingga campuran rumit air limbah domestik meliputi bahan organik, anorganik, padatan tersuspensi, koloida, padatan terlarut dan mikroorganisme. Laju penghasil air limbah biasanya antara m 3 perorang per tahun atau liter perorang perhari (Mara, D dan Cairncross (1994) dalam Sasongko, L.A.,2006). Air limbah domestik dengan konsentrasicod>800mg/l merupakan tingkat pencemaran berat, 600mg/L<COD<800mg/L adalah tingkat pencemaran sedang, dan 400mg/L<COD< 600 mg/l adalah 57

2 tingkat pencemaran ringan (Rump and Krist (1992) dikutip Effendi (2003) dalam Sasongko, L.A.,2006). Hasil pengukuran konsentrasi COD air limbah domestik kota Lhokseumawe pada saluran drainase inlet waduk reservoir Gampong Pusong kecamatan Banda Sakti kota Lhokseumawe berkisar 4160 mg/l, menunjukkan tingkat pencemaran berat. Oleh sebab itu perlu dilakukan pengolahan air limbah domestik sederhana, efektif dan realible yang menjanjikan dapat menekan tingkat pencemaran seminimim mungkin. Penelitian ini menawarkan teknologi AOP (Advanced Oxidation Processes) bebasis H 2 O 2 seperti proses Fenton yang telah terbukti dapat menurunkan konsentrasi beberapa senyawa organik (Rodriquez, 2003). Penambahan reagen fenton (Fe 2+ dan H 2 O 2 1:4) pada dosis 40 g/l mampu menurunkan 96% konsentrasi COD air limbah industri plasticizier selama waktu reaksi 1-24 jam (Purwanti, I.F., dan Baskoro, U., 2008). Proses Fenton dalam reaktor batch skala laboratorium juga telah digunakan untuk menurunkan 95,15% konsentrasi LAS 50 mg/l menjadi 2,4 mg/l pada dosis H 2 O 2 141,168 mg/l dan Fe 2+ 3,14 mg/l (Fe 2+ /H 2 O 2 = 1:45 (wt/wt) ) selama waktu reaksi 360 menit (Elfiana, 2007). Sedangkan untuk konsentrasi COD air limbah rumah sakit hanya dapat turun 87% menggunakan reagen fenton dengan perbandingan massa Fe 2+ /H 2 O 2 = 1:25 (wt/wt) (Elfiana, 2010). Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji efektifitas reagen fenton dalam menurunkan konsentrasi COD air limbah domestik kota Lhokseumawe dalam suatu reaktor batch skala laboratorium. Objek penelitian ini adalah air limbah domestik pada saluran drainase 6 (enam) kelurahan di kabupaten Banda Sakti sebagai pintu I inlet waduk reservoir Pusong Lhokseumawe, meliputi kelurahan Tempok Tengoh, Kuta Blang, Uteun Bayi, Banda Masin, Mon Geudong dan Keude Aceh. Penelitian dimulai dengan karakterisasi air limbah domestiknya pada pintu I inlet waduk Pusong tersebut berdasarkan parameter COD, menentukan dosis optimum H 2 O 2 dan Fe 2+ yang tepat, serta mempelajari pengaruh H 2 O 2 dan Fe 2+ dalam proses Fenton berdasarkan persentase penurunan konsentrasi COD air limbah domestiknya dan excees H 2 O 2 yang diperoleh. Diharapkan penelitian ini dapat memberikan kontribusi positif, efektif dan effesien sebagai upaya dalam mengembangkan proses pengolahan air limbah domestik yang ekonomis dari segi biaya dan handal dari segi performansinya. METODE Karakterisasi Air Limbah Domestik Karakterisasi sifat fisikokimia air limbah domestik disimpulkan dalam Tabel 1. Air limbah domestik yang digunakan berasal dari pintu I inlet waduk reservoir Pusong kota Lhokseumawe Tabel 1. Karakterisasi air limbah domestik Parameter Satuan Nilai ph 8,67 Chemical Oxygen Demand (COD) mg/l 4160 Deterjen (MBAS) % 5,781 Turbidity NTU 31,30 Temperatur 0 C 30 58

3 Reagen Hydrogen peroxida grade teknis (H 2 O 2 35%; density 1,11 kg/l; BM 34 g/gmol; BE 17). Ferrous sulphate heptahydrate (FeSO 4.7H 2 O, Merck; BM 278 g/gmol) digunakan sebagai sumber Fe 2+. Pereaksi analisa COD (K 2 Cr 2 O 7 ; HgSO 4 ; H 2 SO 4 ; Ag 2 SO 4 ; FAS; indicator feroin). Pereaksi analisa kemurnian H 2 O 2 35%teknis dan excess H 2 O 2 (Na 2 S 2 O 3.5H 2 O; Na 2 CO 3 ; KI; HCl). Semua larutan dipersiapkan dengan menggunakan air demineral dan dipersiapkan setiap kali percobaan. Prosedur Percobaan Rangkaian reaktor Fenton sistim batch dalam skala laboratorium ditunjukkan pada Gambar 1. Reaktor terbuat dari beaker glass pyrex kapasitans +2L, volume air limbah 1,4 liter. Pengadukan menggunakan magnetic stirrer merk IKA C-MAQ HS 10 dengan kecepatan konstan pada skala 2. Dinding reaktor dilapisi aluminum foil untuk mencegah kontaminasi dengan lingkungan luar. Ke dalam reaktor dimasukkan sample air limbah domestik 1,4 liter dengan konsentrasi COD 4160 mg/l, ukur ph, temperatur, dan turbidity. Reaktor ditutup dan dikondisikan agar isi reaktor benar-benar tidak dipengaruhi oleh sistim luar. Kedalam reaktor tambahkan H 2 O 2 secara perlahan untuk reaksi peroksidasi menentukan dosis H 2 O 2 optimum ph meter FeSO 4.7H 2O H 2O 2 Termometer Aliran Air pendingin Water bath Batang Stirrer Magnetik stirrer Gambar 1. Rangkaian peralatan reaktor Fenton Untuk proses Fenton, ke dalam reaktor berisi air limbah 1,4 liter tambahkan garam besi Fe 2+ secara perlahan dan stirrer dihidupkan, pastikan larutan homogen. Dalam waktu yang singkat setelah penambahan garam besi, tambahkan H 2 O 2 secara perlahan dan pastikan larutan homogen dan reaksi tetap terjadi pada setiap titik. Pengukuran ph, temperatur, COD dan excess H 2 O 2 dilakukan setiap waktu 60 menit sampai 240 menit. Analisa Pengukuran ph dan temperatur air limbah menggunakan alat ph meter merk HANA HI Analisa COD 59

4 diukur menggunakan metode Closed Reflux Titrimetric. Sedangkan analisa excess H 2 O 2 diukur secara Iodometri. Pada selang waktu tertentu (60, 120, 180 dan 240 menit) sample sebanyak 5 ml diambil dari reaktor dan diukur COD dan excess H 2 O 2. ph dan temperature diukur langsung di dalam reaktor HASIL DAN PEMBAHASAN Air limbah domestik yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari saluran drainase pintu I inlet waduk reservoir Gampong Pusong kota Lhokseumawe. Komposisi air limbahnya sudah disajikan dalam Tabel 1. Dari hasil karakteristik, air limbah domestik kota Lhokseumawe tersebut mengandung konsentrasi COD 4160 mg/l. Merujuk kepada KepMenLH No.112 tahun 2003, maka air limbah domestik tersebut berkatagori tercemar berat karena COD>800 mg/l. Oleh karenanya sangat berbahaya terhadap lingkungan khususnya waduk reservoir tersebut jika tidak disertai dengan pengolahan terlebih dahulu. Oleh sebab itu, pemanfaatan Reagen Fenton sebagai sumber radikal hidroksil (HO ) dapat dibuktikan dapat mengatasi permasalahan air limbah tersebut. Radikal hidroksil terbentuk selama mekanisme raksi Fenton berlangsung, oleh sebab itu penggunaan reagen fenton sebaiknya pada dosis yang tepat. Untuk itu perlu diketahui jumlah kebutuhan H 2 O 2 optimum yang sesuai sebagai oksidator untuk jenis air limbah domestik yang digunakan. Jumlah dosis H 2 O 2 optimum yang dibutuhkan untuk mampu menurunkan konsentrasi COD air limbah domestik secara oksidasi kimia biasa (proses Peroksidasi) ditunjukkan dalam Gambar 1 dan Gambar 2. Dari Gambar 1 dan Gambar 2 dapat terlihat bahwa konsentrasi H 2 O 2 15,6 mm mampu menurunkan konsentrasi COD paling optimum yaitu 42,3% dengan juumlah konsumsi H 2 O 2 optimum 60,41%. Konsentrasi H 2 O 2 lebih besar dari 15,6mM tidak signifikan memberikan persentase penurunan COD (%R COD ) yang baik, sehingga dapat disimpulkan bahwa oksidasi secara kimia biasa tidak tergantung pada konsentrasi H 2 O 2 yang besar, tetapi sesuai kebutuhan reaksinya. Dalam teknologi AOP (Advanced Oxidation Processes), H 2 O 2 yang digunakan tidak bertindak sebagai oksidator akan tetapi merupakan reagen yang dapat dikonversi menjadi radikal hidroksil (HO ) yang kekuatan potensial oksidasinya lebih besar dari H 2 O 2 itu seendiri. Penggunaan H 2 O 2 disertai dengan garam besi (Fe 2+ ) disebut proses Fenton, dapat menjadi sumber radikal hidroksil yang baik untuk digunakan dalam pengolahan air tercemar kontaminan organik. Konsentrasi H 2 O 2 dan Fe 2+ dalam reagen fenton biasanya menggunakan perbandingan berat Fe 2+ :H 2 O 2(wt/wt) = 1:1-10 (Torrades et al., 2003 dalam Dincer, 2008) ataupun Fe 2+ :H 2 O 2(wt/wt) = 1:5-25 (Watts, 1998). Akan tetapi untuk melihat seberapa besar pengaruh H 2 O 2 terhadap proses Fenton dalam menurunkan konsentrasi COD nya, maka perlu dilakukan penambahan garam besi pada beberapa konsentrasi H 2 O 2. 60

5 %R COD 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 H2O2 = 5,2 mm H2O2 = 10,4 mm H2O2 = 15,6 mm H2O2 = 20,8 mm H2O2 = 26 mm Waktu, menit Gambar 1. Penentuan dosis H 2 O 2 optimum berdasarkan %R COD dari beberapa variasi konsentrasi H 2 O 2 % X H2O2 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 H2O2 = 5,2 mm (1,8 ml) H2O2 = 10,4 mm (3,6 ml) H2O2 = 15,6 mm (5,4 ml) H2O2 = 20,8 mm (7,2 ml) H2O2 = 26 mm (9 ml) Waktu, menit Gambar 2. Penentuan Dosis H 2 O 2 optimum berdasarkan Jumlah konsumsi H 2 O 2 (%X H2O2 ) dari beberapa variasi konsentrasi H 2 O 2 Pada Gambar 3 dapat diketahui bahwa reaksi H 2 O 2 dengan adanya Fe 2+ signifikan memberi perubahan nilai persentase penurunan COD (%R COD ) menjadi lebih tinggi dibanding dengan reaksi H 2 O 2 saja tanpa Fe 2+. Persentase penurunan COD tertinggi 82,31% diperoleh pada konsentrasi H 2 O 2 15,6mM. Semakin besar konsentrasi H 2 O 2 yang digunakan pada konsentrasi Fe 2+ tetap, tidak signifikan mengakibatkan %R COD tinggi. Hal ini disebabkan kemungkinan terjadinya autodekomposisi, dimana radikal hidroksil terbentuk akan mengoksidasi H 2 O 2 menjadi oksigen dan air (Dincer, et.al, 2008). Hal ini mengurangi efektifitas reagen fenton dalam mengoksidasi senyawa organik sehingga %R COD kecil. 61

6 %R COD 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 tanpa Fe Dengan Fe 35,36 mg/l 0 5,2 10,4 15,6 20,8 26 Konsentrasi H2O2 mm %R COD Grafik 3. Pengaruh konsentrasi H 2 O 2 terhadap proses Fenton pada konsentrasi Fe 2+ tetap 35,36 mg/l 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 tanpa Fe Dengan Fe 35,36 mg/l 0 5,2 10,4 15,6 20,8 26 Konsentrasi H2O2 mm Efektifitas reagen fenton tidak hanya dilihat pada kemampuan konsentrasi H 2 O 2 saja, akan tetapi juga perlu diamati terhadap konsentrasi Fe 2+. Hal ini disebabkan konsentrasi Fe 2+ yang digunakan dalam reagen fenton mengikuti perbandingan berat antara Fe 2+ dengan H 2 O 2. Garam besi seperti Fe 2+ dalam proses Fenton bertindak sebagai katalis untuk mengkonversi H 2 O 2 menjadi radikal hidroksil yang reaktif. Hal ini dapat dilihat pada Grafik 4. %R COD 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 [Fe2+] = 0 mg/l [Fe2+] = 11,79 mg/l [Fe2+] = 35,36 mg/l [Fe2+] = 106,08 mg/l Waktu, menit %X H2O2 100,00 95,00 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40, Konsentrasi FeSO4 Grafik 4. Pengaruh konsentrasi Fe 2+ terhadap jumlah konsumsi H 2 O 2 (%X H2O2 ) pada konsentrasi H 2 O 2 mula-mula 15,6 mm Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa konsentrasi Fe 2+ 35,36 mg/l memberi persentase penurunan konsentrasi COD (%R COD ) paling tinggi 76,92% dan %X H2O2 = 82,31%. Hal ini menunjukkan bahwa pada Fe 2+ lebih besar dari 35,36 mg/l terjadi reaksi regenerasi Fe 3+ karena Fe 2+ yang ditambahkan berlebih (Legrini et. Al, 1993 dalam Dincer et.al, 2008). Dapat disimpulkan bahwa reagen fenton efektif digunakan pada air limbah 62

7 domestik pada konsentrasi H 2 O 2 optimum 15,6 mm dan konsentrasi Fe 2+ 35,36 mg/l, dengan perbandingan massa yang diperoleh Fe 2+ : H 2 O 2 =1 :15 (wt/wt). KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa dosis. H 2 O 2 optimum 15,6 mm dengan %R COD 42,3% dan %X H2O2 60,41%. Dosis optimum H 2 O 2 15,6 mm, merupakan basis perbandingan berat Fe 2+ : H 2 O 2 dalam reagen fnton. Pengaruh H 2 O 2 dalam reagen fenton diamati dengan mereaksikan air limbah domestik dengan variasi H 2 O 2 (5,2mM-26mM) dan ditambahkan Fe 2+ 35,36 mg/l. Hasil yang diperoleh %R COD meningkat dibanding %R COD proses peroksidasi, dan optimum pada H 2 O 2 15,6mM dengan %R COD = 76,92% dan %X H2O2 82,31%. Pengaruh kosentrasi Fe 2+ dalam reagen fenton diamati menggunakan variasi kosentrasi Fe 2+ (11,79mg/L-106,08 mg/l) pada dosis H 2 O 2 optimum 15,6mM (530,4 mg/l). Hasil penelitian menunjukkan Fe 2+ berpengaruh terhadap jumlah konsumsi H 2 O 2 (%X H2O2 ). Semakin besar kosentrasi Fe 2+ maka semakin besar %X H2O2 dan maksimum pada Fe 2+ 35,36 mg/l, diperoleh formula reagen fenton dengan perbandingan Fe 2+ :H 2 O 2 = 1 :15 (wt/wt). DAFTAR PUSTAKA [1] A. Herlambang, dan N.I. Said, Aplikasi Teknologi Pengolahan Air Sederhana untuk Masyarakat Pedesaan, 2005, JAI Vol 1, No.2, 2005 [2] A.R. Dincer, N. Karakaya, E. Gunes, dan Y. Gunes, 2008, Removal Of COD From Oil Recovery Industry Wastewater by The Advanced Oxidation Processes (AOP) Based on H 2 O 2, Global NEST Journal, Vol 10, No 1, [3] C.W. Jones, Aplication of Hydrogen Peroxide and Derivatives, Published by The Royal Society of Chemistry, Thomas Graham House, Science Park, Milton Road Combridge CB4 0WF, UK, 1999, [4] D. Fitria, S. Notodarmojo, Penurunan Warna dan Kandungan Zat Organik Air Gambut dengan Cara Two Stage Coagulation, Jurnal Teknik Lingkungan, Vo.13 No.1, April 2007 [5] Elfiana, 2007, Studi Degradasi Surfaktan Menggunakan Fotofenton, Thesis Magister, Institut Teknjologi Bandung, 2007 [6] Elfiana, 2009, Kinetika Minimalisasi Kandungan Besi dalam Air secara Oksidasi Kimia (Aerasi, Fotokimia Sinar UV, dan UV-Peroksidasi), Laporan Penelitian, Politeknik Negeri Lhokseumawe [7] Elfiana, 2011, Pemanfaatan Reagen Fenton dan Sinar UV untuk Menurunkan Konsentrasi COD Limbah Cair Rumah Sakit, Laporan Penelitian, Politeknik Negeri Lhokseumawe [8] E. Hendriarianti, dan T. Lidiawati, Penurunan Konsentrasi COD dan Fenol Air Lumpur Lapindo dengan Metode Oksidasi Fenton dan UV, Jurnal Purifikasi, Vol.8, No.1, 2007, [9] Ismiyati, Pengolahan Air Gambut Secara Koagulasi Menggunakan Koagulan Kerang, Tugas Akhir Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe, 2011 [10] J.R. Watts, J.R., Hazardous Waste: Sources, Pathways, Recycles, John Willey & Sons Inc, 58

8 New York, , , (1998) [11] M. Rodriquez,, Fenton and UVvis Based Advanced Oxidation Processes in Wastewater Treatment: Degradation, Mineralization, and Biodegradability Enhancement, Thesis Program Magister, Universitas Bercelona, Departemen Teknik Kimia dan Metalurgi, Bercelona, 2003, [12] N.I. Said dan W. Widayat, Teknologi Pengolahan Air Gambut Sederhana, 2010 [13] Rohmatun, Dewina Roosmini, Suprihanto Notodarmojo. Studi Penurunan Kandungan Besi Organik H 2 O 2 -UV, [14] T. Hudaya, M. Steanus, and M. Agustina, H 2 O 2 /UV Photooxidation of Non-biodegradable DYA Textile, Dye Wastewater in a Multi Lamp Bubble Column Photoreactor, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan, Yogyakara, 22 Februari