Bab IV Hasil dan Pembahasan

Transkripsi

1 Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1. Umum Pada bab ini akan dijabarkan hasil penelitian dan pembahasan tentang hasil penelitian yang akan dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu : a. Karakteristik air limbah laundry b. Laju pelepasan ion aluminium c. Distribusi spesies senyawa aluminium d. Proses elektrokoagulasi pada percobaan batch e. Proses elektrokoagulasi pada percobaan kontinyu f. Kinetika reaktor elektrokoagulasi IV.2. Karakteristik Air Limbah Laundry Air limbah yang digunakan pada penelitian ini berupa limbah cair asli yang berasal dari jasa laundry yang ada di daerah perumahan Antapani Bandung. Hasil analisa yang dilakukan diperoleh karakteristik dari air limbahnya adalah sebagai berikut : Tabel IV.1 Karakteristik air limbah laundry No Parameter Konsentrasi Baku Mutu Satuan 1. Surfaktan (MBAS) * mg/l 2. COD * mg/l 3. Fosfat ** mg/l 4. Kekeruhan NTU 5. ph * 6. Konduktivitas µs/cm 7. Suhu *KEP-51/MENLH/1/1995 ** PP No 82 Tahun 21 o C 47

2 Konsentrasi air limbah laundry yang digunakan pada penelitian ini berfluktuasi tergantung pada air limbah yang dihasilkan oleh jasa laundry tersebut. Konsentrasi surfaktan, COD dan fosfat tergantung pada jenis deterjen yang digunakan. Selain itu juga tergantung pada jenis kotoran yang melekat pada pakaian yang dicuci. Jenis kotoran yang biasa melekat pada pakaian adalah debu dari udara, kotoran yang dihasilkan badan (misalnya keringat), pengotor yang berasal dari aktifitas domestik, komersial dan industri (Smulders, 22). Hasil pemeriksaan tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi kandungan polutan dalam air limbah laundry telah melebihi baku mutu yang ditetapkan. Parameter yang konsentrasinya sangat tinggi adalah surfaktan dan COD sedangkan untuk fosfat tidak terlalu tinggi. Dengan tingginya kandungan surfaktan dan COD akan menimbulkan dampak yang negatif bagi biota jika air limbah tersebut dibuang ke lingkungan perairan. IV.3. Laju Pelepasan Ion Aluminium Elektroda yang digunakan sebagai kutub anoda dan katoda pada penelitian ini menggunakan aluminium dengan kemurnian sebesar 99.7% (Laboratorium Pengujian tekmira). Penggunaan aluminium untuk kedua kutub tersebut didasarkan atas beberapa penelitian yang telah ada dimana dinyatakan bahwa reaktor yang mempergunakan aluminium pada kedua elektroda yaitu anoda dan katoda dilaporkan proses pelarutan aluminium melebihi 1% (Przhegorlinskii et al., 1987 ; Donini et al., 1994 ; Mameri et al., 1998 ; Bozin and Mikhailov, 199 dalam Holt, 22). Selama proses elektrokoagulasi, kondisi permukaan elektroda mengalami perubahan (Gambar IV.1). Kondisi ini disebabkan terlepasnya ion aluminium ke dalam air, sehingga terjadilah fenomena korosi ini. 48

3 (a) (b) (c) Gambar IV.1. Kondisi permukaan elektroda selama proses elektrokoagulasi (a) sebelum digunakan (b) pertama kali pemakaian (c) pemakaian berulang kali Secara teoritis pelepasan ion aluminium selama elektrokoagulasi dihitung dengan menggunakan hukum Faraday. Pada penelitian ini dilakukan penimbangan terhadap elektroda setiap kali dilakukan percobaan. Untuk memastikan bahwa hasil tersebut sesuai maka dilakukan percobaan sejenis dengan melakukan pengukuran terhadap jumlah ion aluminium di dalam air dengan mempergunakan AAS. Dari hasil tersebut akan dibandingkan jumlah ion aluminium yang terlepas secara teoritis. Perbandingan tersebut dapat dilihat pada Gambar IV.2. 49

4 Konsentrasi Al Praktek (mg/l) Konsentrasi Al Teoritis (mg/l) AAS Penimbangan Gambar IV.2. Perbandingan konsentrasi aluminium yang terlepas selama proses Elektrokoagulasi untuk konfigurasi bipolar Massa Aluminium (mg) y =.29x R² = y =.28x R² =.9948 Bipolar Monopolar Gambar IV.3. Perbandingan massa aluminium yang terlepas Dari hasil percobaan yang dilakukan ini diperoleh bahwa nilai konsentrasi ion aluminium yang terlepas dengan pengujian AAS dan penimbangan memberikan hasil yang tidak berbeda jauh dari perhitungan teoritis. Berdasarkan hasil kedua pengukuran tersebut akan diperoleh konsentrasi aluminium total (Al T ) yang akan dipergunakan dalam perhitungan distribusi spesies senyawa aluminium. 5

5 Sedangkan nilai laju pelepasan ion aluminium diperoleh dari kemiringan kurva pada Gambar IV.3, yaitu,29 mg/menit untuk monopolar dan,28 mg/menit untuk bipolar. Dari hasil perhitungan diperoleh laju pelepasan ion aluminium untuk konfigurasi monopolar dan bipolar pada variasi kerapatan arus. Tabel IV.2. Perbandingan laju pelepasan ion aluminium Kerapatan arus (A/m2) Laju pelepasan (g/menit) monopolar bipolar Berdasarkan tabel diatas terlihat bahwa konfigurasi monopolar mempunyai laju pelepasan ion aluminium yang lebih tinggi daripada bipolar. Untuk kerapatan arus 1 A/m 2 nilai laju pelepasan ion aluminium pada konfigurasi monopolar adalah.29 g/menit. Dengan nilai tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan waktu penggantian elektroda, yaitu untuk berat elektroda rata-rata sebesar 75 g diperkirakan akan habis setelah penggunaan selama 431 jam pengoperasian peralatan elektrokoagulasi. IV.4. Distribusi Spesies Senyawa Aluminium Untuk melihat distribusi spesies senyawa aluminium yang terbentuk pada proses elektrokoagulasi maka dilakukan percobaan dengan menggunakan metode Ferron. Dari pembacaan Spektrofotometer UV-Vis diperoleh data absorbansi yang dibaca setiap interval waktu 2 detik selama 2 jam atau 72 detik. Nilai absorbansi yang terbaca oleh peralatan merupakan nilai konsentrasi aluminium yang bereaksi dengan reagen Ferron. Hasil pembacaan untuk percobaan dengan variasi ph dapat dilihat pada gambar di bawah ini : 51

6 Absorbance ph 2 ph 4 ph 6 ph 8 ph 1 ph Time (seconds) Gambar IV.4. Hasil pembacaan absorbansi pada metode Ferron untuk variasi ph Hasil pembacaan absorbansi tersebut dianalisa dengan mempergunakan software Origin Pro 7. untuk mendapatkan persamaan garis yang sesuai dengan pola kurva tersebut Absorbance Data: Data1_D Model: ExpAssoc Equation: y = y + A1*(1 - exp(-x/t1)) + A2*(1 - exp(-x/t2)) Weighting: y No weighting Chi^2/DoF = E-7 R^2 = y.1159 ±.27 A1.882 ±.3 t ± A ±.18 t ± Time (second) Gambar IV.5. Hasil analisa persamaan garis dengan software Origin Pro 7. 52

7 Menurut Feng et.al (27) reaksi antara ion aluminium dengan reagen Ferron mengikuti persamaan reaksi pseudo orde 1, yaitu : A = A + A b1 (1 e t/t1 ) + A b2 (1 e t/t2 ) (IV.1) dimana A adalah nilai absorbansi, t adalah waktu reaksi, A adalah nilai absorbansi reaksi Al a -Ferron, A b1 adalah absorbansi Al b1 -Ferron, A b2 adalah absorbansi Al b2 -Ferron, t 1 dan t 2 merupakan waktu reaksi dari Al b1 dan Al b2. Al b1 adalah bagian dari Al b yang relatif cepat bereaksi dengan Ferron yang terdiri dari senyawa oligomer dan Al b2 adalah bagian dari Al b yang relatif lambat bereaksi dengan Ferron yang terdiri dari senyawa polimer dengan berat medium. Dengan memasukkan nilai k 1 =1/t 1, k 2 =1/t 2 persamaan di atas menjadi : A = A + A b1 (1 e k1t ) + A b2 (1 e k2t ) (IV.2) Hasil analisa software tersebut digunakan untuk menghitung distribusi spesies senyawa aluminium (Al a, Al b dan Al c ) dengan metode kalkulasi kinetik Al-Ferron. Hasil perhitungannya adalah sebagai berikut : Tabel IV. 3. Hasil perhitungan distribusi senyawa aluminium (%) ph Al a Al b Al c Dari perhitungan tersebut terlihat bahwa untuk ph air limbah laundry yaitu antara 8 1, spesies senyawa aluminium yang terbanyak adalah golongan monomer. 53

8 IV.5. Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Batch Pada penelitian ini digunakan kuat arus yang berasal dari DC Power Supply dengan kapasitas 1 A dan tegangan 5 Volt. Kuat arus yang dialirkan ke elektroda aluminium sebesar.25 1 A untuk memperoleh kerapatan arus yang diinginkan yaitu 5, 75 dan 1 A/m2. Untuk percobaan secara batch, reaktor yang digunakan berupa beker glass dengan kapasitas 6 ml. Untuk mendapatkan kondisi yang homogen, magnetic stirrer diatur pada skala 5 untuk semua percobaan pada penelitian ini. Selama proses elektrokoagulasi selama 6 menit, dilakukan pengambilan sampel pada interval waktu 1 menit. Pengukuran secara langsung dilakukan untuk parameter kekeruhan, konduktivitas, ph dan suhu. Sampel yang diambil dimasukkan dalam botol sampel yang kemudian dianalisa kandungan surfaktan, COD dan fosfat. Data yang diperoleh untuk semua percobaan elektrokoagulasi akan dijelaskan pada bagian di bawah ini. IV.5.1. Kekeruhan Kekeruhan yang terukur pada air limbah laundry menunjukkan nilai yang cukup tinggi, yaitu diatas 1 NTU. Melalui proses elektrokoagulasi diharapkan terjadinya penurunan kekeruhan dari air limbah tersebut. Hasil pemeriksaan kekeruhan pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar berikut ini. 54

9 25 2 Kekeruhan (NTU) A/m2 75 A/m2 1 A/m Gambar IV.6. Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi monopolar dengan variasi kerapatan arus Dari gambar di atas dapat terlihat bahwa pada menit awal percobaan yaitu 1 menit untuk kerapatan arus 5 A/m 2 dan 75 A/m 2 terjadi kenaikan nilai kekeruhan. Hal ini disebabkan mulai terlepasnya ion aluminium dari anoda yang berfungsi sebagai agen koagulan. Koagulan ini akan berikatan dengan senyawa yang ada di dalam air limbah sehingga mulai terbentuk flok. Di awal percobaan flok yang terbentuk masih berukuran kecil sehingga menimbulkan terjadinya kekeruhan, namun pada menit berikutnya flok ini mulai membesar dan mengalami flotasi sehingga kekeruhannya mulai menurun. Untuk kerapatan arus 1 A/m 2 kenaikan kekeruhan tidak terdeteksi karena pengambilan sampel baru pada menit ke-5 sehingga tidak diketahui perubahan yang terjadi diantara -5 menit. Selain itu karena arus yang mengalir cukup tinggi menyebabkan jumlah ion aluminium yang terlepas juga banyak sehingga proses koagulasi berlangsung lebih cepat. 55

10 25 2 Kekeruhan (NTU) A/m2 75 A/m2 1 A/m Gambar IV.7. Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi bipolar dengan variasi kerapatan arus Untuk konfigurasi bipolar dengan kerapatan arus 5 A/m 2, kenaikan kekeruhan terjadi pada 15 menit sedangkan untuk kerapatan arus 75 A/m 2 kenaikannya pada menit 5 menit. Namun pada kerapatan arus 75 A/m 2 penurunan kekeruhan secara tajam baru terjadi setelah menit ke-15. Seperti pada konfigurasi monopolar untuk kerapatan arus 1 A/m 2 kenaikan kekeruhan tidak terdeteksi di menit awal. Tingkat kekeruhan mulai stabil pada menit ke-2 untuk kerapatan arus 1 A/m 2, dan pada menit ke-45 untuk kerapatan arus 5 dan 75 A/m 2. IV.5.2. ph Nilai ph dari air limbah yang diolah melalui proses elektrokoagulasi sangat menentukan dalam proses pengolahannya. Untuk melihat pengaruh ph terhadap efisiensi pengolahan, pada penelitian ini air limbah laundry diubah nilai ph dengan menambahkan NaOH untuk mendapatkan kondisi basa dan penambahan H 2 SO 4 untuk mendapatkan kondisi asam. Dari hasil percobaan yang dilakukan didapatkan terjadinya perubahan nilai ph sebagaimana gambar di bawah ini. 56

11 12 1 y =.8199x R² = ph akhir ph awal Gambar IV.8. Perubahan ph pada proses elektrokoagulasi Dari gambar diatas dapat terlihat bahwa ph air limbah yang diolah dengan elektrokoagulasi mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya ion OH - pada kutub katoda sesuai dengan persamaan berikut. 2 H 2 O + 2e 2 OH - + H 2 E C = -.83 V (IV.1) Dengan bertambahnya jumlah ion OH - di dalam air limbah menyebabkan terjadinya kenaikan ph. Selain itu nilai ph dari air limbah akan menyebabkan terbentuknya berbagai spesies senyawa aluminium, seperti monomer dan polimer (Mollah, 24). Dari analisa spesies senyawa aluminium dengan metode Ferron diperoleh distribusi sebagai berikut : 57

12 1 8 Distribusi spesies Al (%) Ala Alb Alc ph Gambar IV.9. Distribusi spesies senyawa aluminium pada variasi ph Sedangkan tingkat penyisihan yang terjadi pada percobaan variasi ph ini adalah sebagai berikut : 1 Efisiensi Penyisihan (%) ph Surfaktan COD Fosfat Kekeruhan Gambar IV.1. Tingkat penyisihan pada variasi ph untuk konfigurasi monopolar (kerapatan arus 1 A/m 2, td=3 menit) 58

13 1 Efisiensi Penyisihan (%) ph Surfaktan COD Fosfat Kekeruhan Gambar IV.11. Tingkat penyisihan pada variasi ph untuk konfigurasi bipolar (kerapatan arus 1 A/m 2, td=3 menit) Dari gambar diatas terlihat bahwa tingkat penyisihan yang paling baik terjadi pada rentang ph 4 1. Hal ini disebabkan pada rentang ph tersebut terjadi proses hidrolisis ion Al yang menghasilkan senyawa Al(OH) 2+, Al 2 (OH) 24+, Al(OH) 3 dan senyawa polimer Al 13 (OH) yang efektif dalam proses koagulasi (Ge, 24). Sedangkan pada ph dibawah 4 senyawa yang terbentuk adalah ion AL 3+ dan pada ph diatas 1 senyawa yang terbentuk adalah Al(OH) - 4. Keduanya memiliki sifat kurang efektif dalam proses koagulasi. IV.5.3. Konduktivitas Nilai konduktivitas dari air limbah yang diolah dengan menggunakan elektrokoagulasi sangat menentukan tingkat efisiensi pengolahan. Proses elektrokoagulasi dapat berjalan dengan baik apabila konduktivitasnya cukup tinggi. Hal ini disebabkan elektron yang mudah mengalir pada air dengan konduktivitas tinggi. Hasil pembacaan konduktivitas pada percobaan ini adalah sebagai berikut : 59

14 25 Konduktivitas (µs/cm) Monopolar Bipolar Gambar IV.12. Perubahan konduktivitas pada percobaan elektrokoagulasi dengan kerapatan arus 1 A/m 2 Dari gambar diatas dapat terlihat bahwa di awal proses elektrokoagulasi, nilai konduktivitas cenderung mengalami penurunan. Perubahan tersebut terjadi karena proses elektrokoagulasi akan mengikat ion-ion yang ada pada polutan untuk membentuk flok yang dapat dipisahkan. Namun pada menit berikutnya, nilai konduktivitas cenderung konstan karena ion aluminium yang terlepas akan menambah konduktivita larutan. IV.5.4. Penyisihan Surfaktan Pemeriksaan surfaktan pada penelitian ini mempergunakan metode MBAS, yaitu metode pemeriksaan surfaktan berjenis anionik. Pada penelitian ini, kandungan LAS dari deterjen yang digunakan oleh jasa laundry sebesar 25 %. Pada percobaan elektrokoagulasi dengan konfigurasi monopolar dan bipolar diperoleh data dari sampel yang diambil pada interval waktu 1 menit yang dapat dilihat pada Gambar IV.11 dan Gambar IV.12. Selain pengambilan pada interval waktu tersebut, pada menit ke-5 sampel juga diambil untuk melihat kecenderungan penurunan konsentrasi surfaktan di awal percobaan. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan variasi kerapatan arus 5, 75 dan 1 A/m 2. 6

15 Surfaktan (mg/l) Surfaktan (mg/l) Massa aluminium (g/m 2 ) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.13 Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi monopolar dengan variasi kerapatan arus Pada kurva di atas terlihat bahwa penurunan konsentrasi surfaktan yang tajam terjadi pada kerapatan arus 1 A/m 2 terutama pada menit awal. Sedangkan untuk kerapatan arus 5 dan 75 A/m2 cenderung landai. Sedangkan massa aluminium yang dibutuhkan untuk mendapatkan konsentrasi surfaktan yang paling rendah yaitu 9,4 mg/l diperoleh pada,56 g/m Surfaktan (mg/l) Surfaktan (mg/l) Massa Aluminium (g/m2) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.14. Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi bipolar dengan variasi kerapatan arus 61

16 Penurunan konsentrasi surfaktan yang terjadi pada konfigurasi bipolar menunjukkan pola yang sama dengan konfigurasi monopolar. Dimana kerapatan arus 1 A/m 2 yang memiliki penurunan paling tinggi. Untuk konfigurasi bipolar konsentrasi surfaktan yang paling rendah yaitu 16,79 mg/l diperoleh pada massa aluminium sebesar,56 g/m 2. Dari kedua konfigurasi diperoleh bahwa kerapatan arus 1 A/m2 memberikan hasil yang paling baik. Hal ini disebabkan jumlah ion aluminium yang terbentuk berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir sesuai dengan hukum Faraday. Dan kerapatan arus 1 A/m2 menggunakan kuat arus yang lebih tinggi dibandingkan kerapatan arus yang lain. Sehingga proses koagulasi yang terjadi menghasilkan efisiensi yang paling baik. Terjadinya penyisihan surfaktan pada percobaan ini disebabkan beberapa proses. Menurut Ge (24) penyisihan surfaktan dalam proses elektrokoagulasi disebabkan karena terjadi adsorbsi surfaktan pada permukaan partikel sehingga terbentuk permukaan yang hydropobic yang menyebabkan partikel dalam air limbah akan naik ke permukaan dengan bantuan gelembung gas yang terbentuk. Gambar IV.15. Flok yang terkumpul di permukaan 62

17 Sedangkan menurut Aboulhassan (26) penurunan kandungan surfaktan pada penelitian ini disebabkan terjadinya suatu proses yang disebut Adsortive Micelle Flocculation (AMF). Proses ini terjadi ketika struktur surfaktan yang berbentuk micelle beradsorbsi dengan ion Al yang akan mengikat bahan organik dari air limbah dan membentuk flok yang dapat dipisahkan dengan mudah (Talens- Alesson, 24). Gambar IV.16. Proses Adsortive Micelle Flocculation (Talens-Alesson, 24) Untuk mengetahui terbentuknya proses ini maka dilakukan percobaan untuk mendapatkan nilai Critical Micelle Concentration (CMC). Nilai dari CMC sangat diperlukan untuk mengetahui apakah konsentrasi surfaktan yang terdapat dalam larutan telah membentuk sebuah struktur berupa micelle. Nilai CMC dapat diperoleh dengan beberapa metode pengukuran. Pada penelitian ini metode yang dipilih adalah pengukuran konduktivitas dari konsentrasi surfaktan. Nilai CMC dapat dilihat dari kurva antara konsentrasi surfaktan dengan nilai konduktivitas, dimana nilai CMC merupakan titik belok dari kurva tersebut (Holmberg, 22). Dari hasil penelitian dengan kisaran konsentrasi surfaktan SDS (atau surfaktan LAS) antara.5.2 mol/l didapatkan titik belok kurva yang terjadi pada konsentrasi surfaktan sebesar.8 mol/l (Gambar IV.15.) 63

18 3 25 y = 993x R² =.9995 Konduktivitas (µs/cm) y = x R² =.9993 y = 7144x R² = y = 17398x R² = Konsentrasi SDS (mol/l) Gambar IV.17. Hasil penentuan nilai CMC pada surfaktan LAS Pada konsentrasi surfaktan sebesar.8 mol/l atau jika dikonversikan dengan mengalikan dengan berat molekul SDS yaitu akan diperoleh konsentrasi surfaktan sebesar 2,37 mg/l. Air limbah laundry yang digunakan pada penelitian ini memiliki konsentrasi surfaktan antara 256,87 363,72 mg/l yang berarti bahwa struktur micelle sudah terbentuk. Sehingga dapat disimpulkan bahwa proses AMF terjadi pada pengolahan air limbah laundry ini. Kondisi ini dapat dimanfaatkan sebagai alternatif pengolahan berbasis surfaktan. Karena selama ini proses pengolahan limbah seperti pestisida, fenol, asam benzoic menggunakan surfaktan murni pada proses pengolahannya (Talens-Alesson, 22) IV.5.5. Penyisihan COD Pemeriksaan COD diperlukan untuk mengetahui kandungan bahan organik yang terdapat di dalam air limbah laundry. Nilai COD yang diperiksa pada penelitian ini adalah konsentrasi COD total, sehingga sampel yang akan diperiksa tidak di saring terlebih dahulu. Hasil pemeriksaan COD untuk konfigurasi monopolar dan bipolar dapat dilihat pada gambar di bawah ini : 64

19 COD (mg/l) COD (mg/l) Massa aluminium (g/m 2 ) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.18. Profil penurunan COD pada konfigurasi monopolar dengan variasi kerapatan arus Dari Gambar IV.16 terlihat bahwa untuk kerapatan arus 1 A/m 2 terjadi penurunan yang sangat tajam pada menit ke- sampai menit ke-2. Kemudian dilanjutkan dengan penurunan yang lebih landai pada menit berikutnya. Sedangkan untuk kerapatan arus 75 A/m 2 tingkat penurunannya cenderung konstan. Hal ini berbeda dengan kerapatan arus 5 A/m 2 yang memiliki tingkat penurunan yang tidak konstan. Konsentrasi surfaktan yang paling rendah yaitu 76.9 mg/l diperoleh pada massa aluminium sebesar.56 g/m COD (mg/l) 4 COD (mg/l) Massa aluminium (g/m 2 ) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.19. Profil penurunan COD pada konfigurasi bipolar dengan variasi kerapatan arus 65

20 Pada konfigurasi bipolar, tingkat penurunan untuk kerapatan arus 1 A/m2 cenderung tajam sampai menit ke-2. Sedangkan untuk kerapatan arus 5 dan 75 A/m2 memiliki pola yang hampir sama yaitu cenderung landai. Dari kedua konfigurasi diperoleh bahwa kerapatan arus 1 A/m2 memberikan hasil yang paling baik. Hal ini disebabkan jumlah ion aluminium yang terbentuk berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir sesuai dengan hukum Faraday. Dan kerapatan arus 1 A/m2 menggunakan kuat arus yang lebih tinggi dibandingkan kerapatan arus yang lain. Massa aluminium yang dihasilkan sebesar.56 g/m 2 mampu menurunkan konsentrasi COD sampai 14.2 mg/l. Penyisihan COD yang terjadi pada proses elektrokoagulasi disebabkan oleh oksidasi langsung di anoda yang dilanjutkan dengan koagulasi dan elektroflotasi, (Ge, 24). Menurut Mollah (24) mekanisme penyisihan yang umum terjadi di dalam elektrokoagulasi terbagi dalam tiga faktor utama, yaitu : (a) terbentuknya koagulan akibat proses oksidasi elektrolisis pada elektroda, (b) destabilisasi kontaminan, partikel tersuspensi dan pemecahan emulsi, dan (c) agregatisasi dari hasil destabilisasi untuk membentuk flok. Sedangkan proses destabilisasi kontaminan, partikel tersuspensi dan pemecahan emulsi terjadi dalam tahapan sebagai berikut : - Kompresi dari lapisan ganda (double layer) difusi yang terjadi disekeliling spesies bermuatan yang disebabkan interaksi dengan ion yang terbentuk dari oksidasi di elektroda. - Netralisasi ion kontaminan dalam air limbah dengan menggunakan ion berlawanan yang dihasilkan dari elektroda. Dengan adanya ion tesebut menyebabkan berkurangnya daya tolak menolak antar partikel dalam air limbah sehingga gaya van der Waals sehingga proses koagulasi bisa berlangsung. - Terbentuknya flok, dimana flok ini terbentuk akibat proses koagulasi sehingga terbentuk sludge blanket yang mampu menjebak dan menjembatani partikel koloid yang masih ada di air limbah. Sedangkan menurut Aboulhassan (26) penurunan COD juga disebabkan proses yang sama dengan surfaktan yaitu terjadi proses Adsortive Micelle Flocculation. 66

21 Selain itu sebagian besar bahan organik yang terbaca sebagai COD merupakan senyawa surfaktan. Sehingga bila konsentrasi surfaktan mengalami penurunan, maka nilai COD juga menurun. IV.5.6. Penyisihan Fosfat Sebagai salah satu bahan penyusun deterjen, pemeriksaan fosfat bertujuan untuk mengetahui kemampuan elektrokoagulasi menurunkan kandungan bahan deterjen. Adapun hasil yang diperoleh dari percobaan untuk konfigurasi monopolar dan bipolar ditunjukkan pada gambar di bawah ini Fosfat (mg/l) Fosfat (mg/l) Massa aluminium (g/m 2 ) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.2. Profil penurunan fosfat pada konfigurasi monopolar dengan variasi kerapatan arus Tingkat penurunan kandungan fosfat dalam air limbah yang diolah menunjukkan bahwa untuk kerapatan arus 1 A/m2 terjadi penurunan yang relatif tinggi sampai pada menit ke-3. Sedangkan untuk kerapatan arus 75 A/m2 proses tersebut terjadi sampai pada menit ke-2. Massa aluminium yang mampu menurunkan kandungan fosfat sampai.75 mg/l diperoleh pada.56 g/m 2. 67

22 Fosfat (mg/l) Fosfat (mg/l) A/m2 75 A/m2 1 A/m Massa aluminium (g/m 2 ) 5 A/m2 75 A/m2 1 A/m2 Gambar IV.21. Profil penurunan fosfat pada konfigurasi bipolar dengan variasi kerapatan arus Untuk konfigurasi bipolar, penurunan yang tajam terjadi pada menit ke-2 untuk kerapatan arus 1 A/m 2. Sedangkan untuk kedua kerapatan arus yang lain, pola penurunannya tidak stabil. Penurunan kandungan fosfat yang paling besar diperoleh pada massa aluminium sebesar.56 g/m 2. Penyisihan fosfat pada proses elektrokoagulasi disebabkan oleh terbentuknya ion aluminium yang lebih efektif dalam menyisihkan fosfat dari pada aluminium sulfat pada jumlah ion yang sama (Ge, 24). Sedangkan menurut Bektas (24) dan İrdemez (26) penyisihan fosfat terjadi karena ion Al 3+ bereaksi dengan PO 3-4 membentuk AlPO4 yang sukar larut sehingga mudah dipisahkan. (IV.2) Selain reaksi tersebut, ion fosfat juga mengalami adsorpsi secara langsung dengan senyawa hasil hidrolisa aluminium, kemudian dilanjutkan dengan proses sweep coagulation (Georgantas, 27). 68

23 IV.6. Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Kontinyu Reaktor yang digunakan pada percobaan kontinyu dijalankan pada dua waktu detensi yang berbeda, yaitu 1 dan 3 menit. Hasil pengujian yang didapat adalah Surfaktan (mg/l) Surfaktan (mg/l) (a) (b) inlet monopolar bipolar inlet monopolar bipolar Gambar IV. 22. Penurunan surfaktan pada percobaan kontinyu (a) td= 1 menit (b) td= 3 menit pada kerapatan arus 1 A/m 2 Kondisi steady state untuk waktu detensi 1 menit mulai tercapai pada menit ke- 4, sedangkan untuk waktu detensi 3 menit mulai tercapai pada menit ke-3. Konfigurasi monopolar dan bipolar tidak menunjukkan adanya perbedaan pada percobaan kontinyu ini terutama pada waktu detensi 3 menit. Penyisihan COD yang terjadi pada percobaan kontinyu dapat dilihat pada gambar berikut : COD (mg/l) COD (mg/l) (a) (b) inlet monopolar bipolar inlet monopolar bipolar Gambar IV. 23. Penurunan COD pada percobaan kontinyu (a) td= 1 menit (b) td= 3 menit pada kerapatan arus 1 A/m 2 69

24 Kondisi steady state pada penyisihan COD untuk waktu detensi 1 menit mulai terjadi pada menit ke-5, sedangkan untuk waktu detensi 3 menit mulai terjadi pada menit ke-4. Konfigurasi monopolar menunjukkan tingkat penyisihan yang lebih baik dari pada bipolar pada waktu detensi 1 menit, tetapi pada waktu detensi 3 menit tidak menunjukkan perbedaan. Penyisihan fosfat yang terjadi pada percobaan kontinyu adalah sebagai berikut : Fosfat (mg/l) Fosfat (mg/l) (a) (b) inlet monopolar bipolar inlet monopolar bipolar Gambar IV. 24. Penurunan fosfat pada percobaan kontinyu (a) td= 1 menit (b) td= 3 menit pada kerapatan arus 1 A/m 2 Kondisi steady state pada penyisihan fosfat untuk waktu detensi 1 menit mulai terjadi pada menit ke-4, sedangkan untuk waktu detensi 3 menit mulai terjadi pada menit ke-3. Konfigurasi monopolar dan bipolar tidak menunjukkan perbedaan pada penyisihan fosfat untuk waktu detensi yang berbeda. Selain pengukuran terhadap parameter surfaktan, COD dan fosfat juga dilakukan pengukuran terhadap parameter fisik, yaitu kekeruhan. Sampel yang diambil didiamkan terlebih dahulu supaya terjadi pemisahan antara flok dengan air yang diolah. Pengukuran yang dilakukan menunjukkan hasil sebagai berikut : 7

25 Kekeruhan (NTU) (a) Kekeruhan (NTU) (b) inlet monopolar bipolar inlet monopolar bipolar Gambar IV. 25. Penurunan kekeruhan pada percobaan kontinyu (a) td= 1 menit (b) td= 3 menit pada kerapatan arus 1 A/m 2 Kondisi steady state pada penurunan kekeruhan untuk waktu detensi 1 dan 3 menit mulai terjadi pada menit ke-4. Konfigurasi monopolar tidak menunjukkan perbedaan dengan bipolar untuk waktu detensi 1 menit, tetapi untuk waktu detensi 3 menit terjadi perbedaan pada menit awal saja. Secara keseluruhan tingkat penyisihan yang terjadi pada percobaan kontinyu adalah sebagai berikut : 1. Tingkat Penyisihan (%) Monopolar, td=1 menit Bipolar, td=1 menit Monopolar, td=3 menit Bipolar, td=3 menit. Surfaktan COD Fosfat Kekeruhan Gambar IV.26. Tingkat penyisihan pada percobaan kontinyu Dari gambar tersebut terlihat bahwa tingkat penyisihan pada konfigurasi monopolar dan bipolar hampir sama, terutama pada penyisihan fosfat dan kekeruhan. Sedangkan untuk surfaktan dan COD, konfigurasi monopolar memiliki tingkat penyisihan yang lebih tinggi. 71

26 Konsentrasi Surfaktan (mg/l) IV.7. Kinetika Reaktor Elektrokoagulasi IV.7.1. Kinetika Penyisihan Surfaktan Untuk mengetahui laju penyisihan surfaktan pada proses elektrokoagulasi baik pada konfigurasi monopolar maupun bipolar digunakan persamaan reaksi orde pertama (Pers. III.1). Dengan persamaan tersebut dibuat grafik hubungan antara Ln (Ct/Co) terhadap waktu untuk memperoleh nilai kinetikanya (k). Adapun nilai k yang diperoleh untuk percobaan elektrokoagulasi konfigurasi monopolar dan bipolar adalah sebagai berikut : Kerapatan Arus (A/m 2 ) Tabel IV.4. Perbandingan nilai k pada penyisihan surfaktan data model Monopolar Konsentrasi Surfaktan (mg/l) data Bipolar k R 2 k R Pada kerapatan arus 5 A/m 2 diperoleh nilai k yang hampir sama antara konfigurasi monopolar dan bipolar. Sedangkan untuk kerapatan arus 75 dan 1 A/m 2 didapatkan bahwa konfigurasi monopolar menunjukkan nilai k yang lebih tinggi. Untuk melihat kesesuaian nilai k yang diperoleh dengan data hasil percobaan, maka nilai k tersebut di plot kembali pada data percobaan. (a) model Gambar IV.27. Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 1 A/m 2 (b) 72

27 Dari hasil ploting diatas terlihat bahwa penyisihan surfaktan mengikuti reaksi orde satu. Sedangkan hubungan antara kerapatan arus dengan kinetika penyisihan ditunjukkan oleh gambar berikut ini : k (1/menit) Kerapatan arus (A/m2) Monopolar Bipolar Gambar IV.28. Perbandingan nilai k penyisihan surfaktan pada konfigurasi monopolar dan bipolar Dari perbandingan nilai k tersebut terlihat bahwa konfigurasi monopolar pada penyisihan surfaktan lebih baik dari konfigurasi bipolar. Walaupun pada kerapatan arus 5 A/m 2 nilai kinetikanya hampir sama. IV.7.2. Kinetika Penyisihan COD Dari grafik penyisihan COD dapat dicari nilai kinetika penyisihannya (k) dengan cara ploting antara antara Ln (Ct/Co) terhadap waktu. Dari hasil ploting didapatkan nilai k konfigurasi monopolar dan bipolar, yaitu sebagai berikut ini : Kerapatan Arus (A/m 2 ) Tabel IV.5. Perbandingan nilai k pada penyisihan COD Monopolar Bipolar k R 2 k R Untuk melihat kesesuaian nilai k yang diperoleh dengan data hasil percobaan, maka nilai k tersebut di plot kembali pada data percobaan. 73

28 data model data model Konsentrasi COD (mg/l) Konsentrasi COD (mg/l) (a) (b) Gambar IV.29. Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 1 A/m 2 Dari hasil ploting diatas terlihat bahwa penyisihan COD mengikuti reaksi orde satu. Sedangkan hubungan antara kerapatan arus dengan kinetika penyisihan ditunjukkan oleh gambar berikut ini : k (1/menit) Kerapatan arus (A/m2) Monopolar Bipolar Gambar IV.3. Perbandingan nilai k penyisihan COD pada konfigurasi monopolar dan bipolar Nilai k yang diperoleh antara konfigurasi monopolar dan bipolar untuk kerapatan arus 1 A/m2 menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda. Namun untuk kerapatan arus yang lain, konfigurasi monopolar jauh melebihi konfigurasi bipolar. Secara keseluruhan nilai k untuk konfigurasi monopolar lebih tinggi dibandingkan dengan bipolar yang berarti bahwa konfigurasi monopolar mempunyai tingkat penyisihan yang lebih baik dibandingkan bipolar. 74

29 IV.7.3. Kinetika Penyisihan Fosfat Untuk mengetahui tingkat penyisihan yang paling baik diantara kerapatan arus maka dilakukan ploting antara Ln (Ct/Co) terhadap waktu untuk memperoleh nilai kinetikanya (k). Nilai k yang paling besar menunjukkan bahwa kerapatan arus tersebut menghasilkan tingkat penyisihan yang paling baik. Untuk membandingkan nilai k antara konfigurasi monopolar dan bipolar sehingga dapat diketahui di antara kedua konfigurasi tersebut yang menghasilkan tingkat penyisihan yang paling baik, maka dibuatlah tabel perbandingan dibawah ini Kerapatan Arus (A/m 2 ) Tabel IV.6. Perbandingan nilai k pada penyisihan fosfat Monopolar Bipolar k R 2 k R Untuk melihat kesesuaian nilai k yang diperoleh dengan data hasil percobaan, maka nilai k tersebut di plot kembali pada data percobaan. data model data model Konsentrasi Fosfat (mg/l) Konsentrasi Fosfat (mg/l) (a) Gambar IV.31. Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 1 A/m 2 (b) 75

30 Dari hasil ploting diatas terlihat bahwa penyisihan fosfat mengikuti reaksi orde satu. Sedangkan hubungan antara kerapatan arus dengan kinetika penyisihan ditunjukkan oleh gambar berikut ini :.5.4 k (1/menit) Monopolar Bipolar Kerapatan arus (A/m2) Gambar IV.32. Perbandingan nilai k penyisihan fosfat pada konfigurasi monopolar dan bipolar Dari tabel dan gambar diatas dapat dilihat bahwa nilai k untuk kedua konfigurasi memiliki nilai yang hampir sama. Hal ini berarti bahwa kedua konfigurasi menghasilkan tingkat penyisihan terhadap fosfat yang hampir sama. IV.6.4. Resume Kinetika Dari perhitungan nilai kinetika diatas dapat dibandingkan nilainya untuk kerapatan arus 1 A/m2 antara konfigurasi monopolar dan bipolar, yaitu : Tabel IV.7. Perbandingan nilai k antara konfigurasi monopolar dan bipolar Monopolar Bipolar k R 2 k R 2 Surfaktan COD Fosfat

31 Secara umum dapat dilihat nilai kinetika laju reaksi untuk konfigurasi monopolar dan bipolar tidak memberikan perbedaan yang signifikan. Tidak adanya perbedaan hasil antara konfigurasi monopolar dan bipolar disebabkan arus listrik yang dialirkan jumlahnya sama sehingga menghasilkan agen koagulan yang sama. Walaupun pada konfigurasi bipolar terdapat elektroda yang tidak dialiri arus secara langsung, namun akibat arus yang melalui larutan membuat elektroda tersebut menjadi bermuatan positif dan negatif sekaligus. Hal ini terlihat pada terbentuknya lapisan film pada satu sisi dan sisi lainnya tidak ada (Gambar IV.33). (a) (b) Gambar IV. 33. Kondisi elektroda pada saat proses elektrokoagulasi (a) monopolar, (b) bipolar Hal ini bisa dijelaskan dengan skema pengaliran arus listrik berikut ini : (a) (b) Gambar IV.34. Skema aliran arus listrik pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar 77

32 Jadi dari luasan anoda dan katoda, konfigurasi monopolar dan bipolar menghasilkan luasan yang sama. Sehingga dengan demikian ion aluminium yang terlepas juga hampir sama. Kondisi ini didukung dari hasil pengujian laju pelepasan ion aluminium dan distribusi spesies senyawanya yang tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan Tabel IV.8. Perbandingan distribusi senyawa alumninium Al a (%) Al b (%) Al c (%) Al T (mg/l) bipolar monopolar Walaupun perbedaan tersebut tidak signifikan, konfigurasi monopolar masih lebih baik dibandingkan bipolar dari segi penyisihan dan jumlah ion aluminium yang terlepas. Hal ini kemungkinan disebabkan jumlah arus yang mengalir pada elektroda netral yang menjadi bipolar tidak bisa 1% disebabkan hambatan pada larutan. Kondisi ini berlainan dengan aliran arus listrik pada konfigurasi monopolar yang hanya terhambat oleh hambatan dari logam dan kabel penghubung. 78