OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM KADMIUM (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING TUGAS AKHIR SKRIPSI

Transkripsi

1 OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM KADMIUM (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING TUGAS AKHIR SKRIPSI Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains Oleh : Risanto Wibowo NIM PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017 i

2 OPTIMASI KONDISI PROSES ELEKTROKOAGULASI ION LOGAM KADMIUM (II) DALAM LIMBAH CAIR ELEKTROPLATING Oleh: Risanto Wibowo NIM ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kondisi optimum proses elektrokoagulasi untuk menurunkan konsentrasi logam kadmium dalam limbah cair elektroplating. Elektrokoagulasi merupakan gabungan proses elektrolisis dan proses flokulasi-koagulasi. Subjek penelitian ini adalah ion logam kadmium (II). Objek penelitian ini adalah efisiensi elektrokoagulasi terhadap penurunan konsentrasi ion logam kadmium (II) pada limbah cair elektroplating dari sentra kerajinan perak di Kotagede, Yogyakarta. Kondisi proses elektrokoagulasi yang dipelajari meliputi kombinasi elektroda, waktu proses elektrokoagulasi, ph sistem, dan rapat arus. Efektivitas elektrokoagulasi dilihat dari nilai efisiensi penurunan konsentrasi logam kadmium. Kondisi optimum ditunjukan oleh nilai efisiensi maksimum. Analisis konsentrasi kadmium dalam filtrat akhir menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Hasil penelitian menunjukan bahwa kondisi optimum proses elektrokoagulasi untuk menurunkan konsentrasi logam kadmium pada kombinasi elektroda Al-Al dengan nilai efisiensi sebesar 63,46%. Waktu proses elektrokoagulasi optimum adalah 30 menit dengan nilai efisiensi sebesar 83,30%. ph sistem optimum adalah 10 dengan nilai efisiensi sebesar 95,37%. Rapat arus optimum adalah 0,00125 A/cm 2 dengan nilai efisiensi sebesar 65,28%. Kata kunci: elektrokoagulasi, kombinasi elektroda, waktu proses elektrokoagulasi, ph sistem, rapat arus. ii

3 OPTIMIZATION OF THE CONDITIONS OF CADMIUM METAL ION (II) ELECTROCOAGULATION PROCESS IN ELECTROPLATING WASTE WATER By: Risanto Wibowo NIM ABSTRACT The purpose of this research is examine the optimum condition of electrocoagulation process against decrease concentration of cadmium metal in electroplating wastewater. Electrocoagulation is a combination of electrolysis process and flocculation-coagulation process. The subject of this research was cadmium metal ion (II). The object of this research was the efficiency of electrocoagulation against decrease concentration of cadmium metal ion (II) in the electroplating wastewater from silver handicraft centers at Kotagede, Yogyakarta. Electrocoagulation process conditions are studied include a combination electrode, electrocoagulation process time, ph system, and current density. Effectiveness of the electrocoagulation seen from the value of efficiency against decrease concentration of cadmium metal. The optimum conditions was shown by a value of maximum efficiency. Analysis concentration of cadmium in the final filtrate using Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). The result of this research showed that the optimization condition of electrocoagulation process for against decrease concentration of cadmium metal is on Al-Al combinations electrodes with the value efficiency of 63.46%. Optimization of the process time is 30 minutes with the value efficiency of 83.30%. Optimization of the ph system is 10 with the value efficiency of 95.37%. Optimization of the current density is A/cm 2 with the value efficiency of 65.28%. Keywords: electrocoagulation, combination of electrode, electrocoagulation process time, ph system, current density. iii

4 HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir Skripsi dengan Judul Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Kadmium (II) dalam Limbah Cair Elektroplating Disusun oleh: Risanto Wibowo NIM Telah memenuhi syarat dan disetujui oleh Dosen Pembimbing untuk dilaksanakan Ujian Tugas Akhir Skripsi bagi yang bersangkutan. Yogyakarta, 31 Mei 2017 Mengetahui, Ketua Program Studi Disetujui, Dosen Pembimbing Drs. Jaslin Ikhsan, M.App. Sc.,Ph.D NIP Regina Tutik P, M.Si NIP iv

5 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir Skripsi Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Kadmium (II) dalam Limbah Cair Elektroplating Disusun oleh: Risanto Wibowo NIM Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Tugas Akhir Skripsi Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Pada tanggal 9 Juni 2017 TIM PENGUJI Nama/ Jabatan Tanda Tangan Tanggal Regina Tutik P, M.Si Ketua Penguji Sunarto, M.Si Penguji Utama I Made Sukarna, M.Si Penguji Pendamping Yogyakarta, 9 Juni 2017 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Dekan, Dr. Hartono, M.Si NIP v

6 HALAMAN PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Risanto Wibowo NIM : Program Studi Fakultas : Kimia : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Judul TAS : Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Kadmium (II) dalam Limbah Cair Elektroplating menyatakan bahwa skripsi ini benar-benar karya saya sendiri di bawah tema penelitian payung dosen atas nama Siti Marwati, M.Si dan Regina Tutik Padmaningrum, M.Si Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam tahun 2016 yang berjudul Model Pengolahan Limbah Cair Elektroplating secara Elektrokoagulasi. Sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan orang lain kecuali sebagai acuan kutipan dengan mengikuti tata penulisan karya ilmiah yang telah lazim. Tanda tangan dosen penguji yang tertera dalam halaman pengesahan adalah asli, jika tidak asli, saya siap menerima sanksi ditunda yudisium pada periode berikutnya. Yogyakarta, 13 April 2017 Yang menyatakan, Risanto Wibowo NIM vi

7 HALAMAN MOTTO Kerjakanlah, Wujudkanlah, Raihlah cita-citamu Dengan memulainya Dari bekerja Bukan hanya Menjadi beban didalam impianmu. vii

8 HALAMAN PERSEMBAHAN Kupersembahkan skripsi ini kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan limpahan berkah dan nikmat yang luar biasa. 2. Kedua orang tua Bapak Didik Prasetya dan Ibu Heni Suharti yang selalu memberikan kasih sayang, dukungan dan doa yang tiada henti-hentinya. 3. Saudaraku, Risanto Nugroho yang selalu memberikan semangat dan masukan. 4. Ferdinand Dos Santos, Enny Dwi Cahyanti, dan Resti Syara Ronita yang selalu memberi pendapat dan semangat. 5. Teman-teman Kimia E 2013 dan semua orang yang telah mendukung serta mendoakanku. 6. Almamaterku tercinta, Prodi Kimia, Universitas Negeri Yogyakarta. viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan karunia-nya, Tugas Akhir Skripsi dalam rangka untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains dengan judul Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Kadmium (II) dalam Limbah Cair Elektroplating dapat disusun sesuai harapan. Tugas Akhir Skripsi ini dapat diselesaikan tidak lepas dari bantuan dan kerjasama dengan pihak lain. Berkenaan dengan hal tersebut, penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada yang terhormat: 1. Ibu Regina Tutik Padmaningrum, M.Si selaku Dosen Pembimbing TAS yang telah banyak memberikan semangat, dorongan, dan bimbingan selama penyusunan Tugas Akhir Skripsi ini. 2. Bapak Sunarto, M.Si selaku Penguji Utama yang sudah memberikan koreksi perbaikan secara komprehensif terhadap TAS ini. 3. Bapak I Made Sukarna, M.Si selaku Penguji Pendamping yang telah memberikan koreksi perbaikan secara komprehensif terhadap TAS ini. 4. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia dan Koordinator Program Studi Kimia serta Koordinator Tugas Akhir Skripsi Kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan izin penelitian dan memberikan nasihat serta saran-saran. 5. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan izin penelitian. ix

10 6. Bapak Dr. Crys Fajar Partana, M.Si selaku Dosen Penasehat Akademik yang telah membimbing akademik selama 4 tahun. 7. Seluruh Dosen, Staf, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian. 8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Akhirnya, semoga segala bantuan yang telah diberikan semua pihak di atas menjadi amalan yang bermanfaat dan mendapatkan balasan dari Allah SWT. Harapannya Tugas Akhir Skripsi ini menjadi informasi bermanfaat bagi pembaca atau pihak lain yang membutuhkannya. x

11 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL...i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii HALAMAN PERSETUJUAN... iv HALAMAN PENGESAHAN... v HALAMAN PERNYATAAN... vi HALAMAN MOTTO... vii HALAMAN PERSEMBAHAN... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Identifikasi Masalah... 3 C. Batasan Masalah... 4 D. Rumusan Masalah... 5 E. Tujuan Penelitian... 5 F. Manfaat Penelitian... 6 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori Limbah Cair Elektroplating Elektrokoagulasi... Error! Bookmark not defined. xi

12 3. Parameter Operasional pada Proses Elektrokoagulasi... Error! Bookmark not defined. 4. Kadmium... Error! Bookmark not defined. 5. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)... Error! Bookmark not defined. B. Penelitian yang Relevan... Error! Bookmark not defined. C. Kerangka Berpikir... Error! Bookmark not defined. BAB III METODE PENELITIAN A. Subjek dan Objek Penelitian... 9 B. Variabel Penelitian... 9 C. Instrumen Penelitian D. Prosedur Penelitian E. Teknik Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian Karakterisasi Limbah Cair Elektroplating Awal Karakterisasi Komposisi Pelat Fe dan Al... Error! Bookmark not defined. 3. Optimasi Kombinasi Elektroda pada Proses Elektrokoagulasi Error! Bookmark not defined. 4. Optimasi Waktu pada Proses Elektrokoagulasi... Error! Bookmark not defined. 5. Optimasi ph Sistem pada Proses Elektrokoagulasi... Error! Bookmark not defined. xii

13 6. Optimasi Rapat Arus pada Proses Elektrokoagulasi... Error! Bookmark not defined. B. Pembahasan... Error! Bookmark not defined. 1. Optimasi Kombinasi Elektroda pada Proses Elektrokoagulasi Optimasi Waktu pada Proses Elektrokoagulasi Optimasi ph Sistem pada Proses Elektrokoagulasi Optimasi Rapat Arus pada Proses Elektrokoagulasi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 1. Sifat kimia dan sifat fisika dari logam Kadmium Tabel 2. Hasil Uji Karakterisasi Limbah Cair Awal (Sampe l I) Tabel 3. Data Kandungan Logam pada Elektroda Fe dan Al Tabel 4. Data Konsentrasi Logam Cd dan Efisiensi (%) pada Optimasi Kombinasi Elektroda Tabel 5. Data Konsentrasi Logam Cd dan Efisiensi (%) pada Optimasi Waktu Proses Elektrokoagulasi Tabel 6. Data Konsentrasi Logam Cd dan Efisiensi (%) pada Optimasi ph Sistem Tabel 7. Data Konsentrasi Logam Cd dan Efisiensi (%) pada Optimasi Rapat Arus Tabel 8. Data Berat Flok, Warna Larutan Akhir, dan Bau pada Optimasi Kombinasi Elektroda Tabel 9. Data Berat Flok, Warna Larutan Akhir, dan Bau pada Optimasi Waktu Proses Elektrokoagulasi Tabel 10. Data Berat Flok, Warna Larutan Akhir, dan Bau pada Optimasi ph Sistem Tabel 11. Data Berat Flok, Warna Larutan Akhir, dan Bau pada Optimasi Rapat Arus xiv

15 xv

16 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Mekanisme Proses Elektrokoagulasi Gambar 2. Limbah Cair Elektroplating Gambar 3. Elektroda Besi dan Aluminium Gambar 4. Gambar 5. Gambar 6. Skema Penyusunan Alat untuk Elektrokoagulasi... Limbah Cair Elektroplating sebelum Proses Elektrokoagulasi.. Rangkaian Alat Proses Elektrokoagulasi Gambar 7. Proses Terbentuknya Flok pada Proses Elektrokoagulasi Gambar 8. Proses Penyaringan Limbah Akhir hasil Elektrokoagulasi.. 48 Gambar 9. Filtrat Hasil Elektrokoagulasi Setelah Penyaringan Pada Optimasi Kombinasi Elektroda Gambar 10. Diagram Batang Hubungan antara Kombinasi Elektroda dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Kombinasi Elektroda Gambar 11. Grafik Hubungan antara Waktu Proses Elektrokoagulasi dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Waktu Gambar 12. Filtrat Hasil Elektrokoagulasi Setelah Penyaringan Pada Optimasi Waktu Proses Elektrokoagulasi. 56 Gambar 13. Grafik Hubungan antara ph sistem Elektrokoagulasi dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi ph Gambar 14. Filtrat Hasil Elektrokoagulasi Setelah Penyaringan Pada Optimasi ph Sistem Gambar 15. Gambar 16. Gambar 17. Flok pada Optimasi ph... Grafik Hubungan antara Rapat Arus dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Rapat Arus... Filtrat Hasil Elektrokoagulasi Setelah Penyaringan Pada Optimasi Rapat Arus xvi

17 Gambar 18. Flok pada Optimasi ph Sistem xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan % Efisiensi Pengurangan Logam Cd Pada Proses Elektrokoagulasi Lampiran 2. Perhitungan Konversi Kuat Arus menjadi Rapat Arus Lampiran 3. Diagram Alir Prosedur Penelitian Lampiran 4. Data Karakteristik Limbah Cair Elektroplating pada Sampel I Lampiran 5. Data Konsentrasi Awal Limbah Cair Elektroplating pada Sampel II Lampiran 6. Data Karakteristik Elektroda Al dan Fe Lampiran 7. Data Optimasi Elektroda Al-Al Lampiran 8. Data Optimasi Elektroda Fe-Fe Lampiran 9. Data Optimasi Elektroda Al-Fe Lampiran 10. Data Optimasi Elektroda Fe-Al Lampiran 11. Data Optimasi Waktu Elektrokoagulasi (Akhir I) Lampiran 12. Data Optimasi Waktu Elektrokoagulasi (Akhir II) Lampiran 13. Data Optimasi ph (Akhir I) Lampiran 14. Data Optimasi ph (Akhir II) Lampiran 15. Data Optimasi Rapat Arus xviii

19 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Proses elektroplating pada industri perak menghasilkan limbah cair. Limbah cair yang ditimbulkan dapat berupa bahan organik maupun anorganik. Industri elektroplating merupakan salah satu industri yang mempunyai perkembangan sangat pesat. Perkembangan ini dapat memberikan dampak positif maupun dampak negatif. Dampak postifinya dapat berupa beragamnya produkproduk elektroplating. Dampak negatifnya adalah meningkatnya jumlah limbah yang dihasilkan khususnya limbah cair yang mengandung ion-ion logam berbahaya bagi lingkungan. Menurut studi karakterisasi kimia yang telah dilakukan pada limbah cair elektroplating dari sentra pengrajin perak di Kotagede Yogyakarta menunjukkan bahwa secara umum limbah cair elektroplating bewarna hijau jernih dan bau khas. Anion yang teridentifikasi secara umum Cl, CN, CNS, C₂O₄ 2, CO₃ 2, NO₂, NO₃, PO₄ 3, S 2, SO₃ 2, dan SO₄ 2. Kation yang teridentifikasi secara umum Ag +, Hg₂ 2+, Pb 2+, Cu 2+, CO 2+, Al 3+, Cr 6+, Fe 2+, Ni 2+ dan Zn 2+ (Siti marwati, dkk, 2008: 11-12). Menurut Ketut Sumada (2006: 27), limbah cair elektroplating mengandung berbagai jenis ion logam berat yang berbahaya bagi lingkungan khususnya perairan sungai. Berbagai jenis ion logam berat yang terkandung dalam air limbah industri elektroplating seperti Cr 6+, Cu 2+, Zn 2+, Ni 2+, Pb 2+, dan Cd 2+. Ion logam yang terkandung pada limbah cair elektroplating khususnya ion logam Cd merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya. Logam Cd berpengaruh buruk terhadap kesehatan manusia dalam jangka panjang 1

20 dan dapat terakumulasi pada tubuh khususnya hati dan ginjal (Festri Istarani dan Ellina S. Pandebesie, 2014: 53). Berdasarkan uraian tersebut menyatakan bahwa limbah cair elektroplating mengandung kation logam berat yang berbahaya bagi lingkungan perlu dilakukan pengolahan limbah, salah satunya dengan mengurangi kadar logam berat. Beberapa metode untuk pengolahan limbah cair elektroplating telah banyak dilakukan antara lain metode penukar ion, pengendapan kimia, penyaringan dengan membran, dan adsorpsi. Namun kebanyakan metode pengolahan limbah masih bersifat memindahkan logam berat tersebut dari media lingkungan yang satu ke media lingkungan yang lain, contohnya metode adsorpsi. Penggunaan metode tersebut masih memungkinkan adanya limbah untuk kembali ke lingkungan (Siti Marwati, dkk, 2013: 19). Pengurangan logam berbahaya khususnya logam Cd dapat dilakukan dengan menggunakan metode elektrokoagulasi. Proses elektrokoagulasi merupakan gabungan dari proses elektrolisis dan proses flokulasi-koagulasi. (Prayitno dan Hendro Kismolo, 2012: 94-95). Menurut Elfridawati siring-ringo, dkk., (2013: 98), metode elektrokoagulasi memiliki beberapa keunggulan diantaranya yaitu merupakan metode yang sederhana, efisien, tanpa penambahan zat kimia sehingga mengurangi residu dan efektif untuk menghilangkan padatan tersuspensi. Elektrokoagulasi merupakan proses pengolahan limbah yang sederhana dan mudah diterapkan dengan kemampuan yang baik untuk menggumpalkan berbagai pengotor dan polutan, baik organik maupun anorganik. Secara umum keuntungan dari metode ini adalah efisiensi pemisahan yang lebih 2

21 tinggi, sederhana dan lebih ramah lingkungan. Selain itu, hasil dari proses koagulasi menghasilkan flok (gumpalan) berupa koloid yang mengandung logamlogam. Flok tersebut dapat dimanfaatkan kembali membentuk campuran oksidaoksida logam melalui kalsinasi. Campuran oksida logam yang terbentuk menghasilkan warna tertentu yang akan dimanfaatkan sebagai pewarna glasir keramik. Faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas elektrokoagulasi adalah kombinasi elektroda, waktu proses, ph sistem, dan rapat arus (Mikko Vepsalainen, 2012: 33). Pada penelitian ini akan dilakukan optimasi kondisi elektrokoagulasi untuk mengurangi kadar logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Kondisi yang dioptimasi meliputi kombinasi elektroda, waktu proses, ph sistem, dan rapat arus. Kondisi yang optimum ditunjukkan oleh efisisensi pengurangan logam Cd pada limbah tersebut yang diukur dengan metode Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan di atas, maka terdapat beberapa permasalahan yang layak untuk dikaji dalam sebuah penelitian, masalah-masalah yang teridentifikasi antara lain adalah sebagai berikut : 1. Limbah cair elektroplating mengandung logam berat yang berbahaya bagi lingkungan. 2. Efisiensi elektrokoagulasi dipengaruhi oleh beberapa faktor sehingga perlu dilakukan optimasi. 3

22 3. Jenis kombinasi elektroda mempengaruhi kadar logam kadmium (II) yang terkoagulasi belum dipelajari. 4. Variasi waktu proses mempengaruhi kadar logam kadmium (II) yang terkoagulasi belum dipelajari. 5. Variasi ph sistem mempengaruhi kadar logam kadmium (II) yang terkoagulasi belum dipelajari. 6. Variasi rapat arus mempengaruhi kadar logam kadmium (II) yang terkoagulasi belum dipelajari. C. Batasan Masalah Permasalahan dalam penelitian ini sangat luas sehingga perlu dibatasi sebagai berikut : 1. Jenis ion logam yang diteliti adalah ion logam kadmium (II) dalam limbah cair elektroplating yang diambil dari sentra kerajnan perak di Kota Gede Yogyakarta. 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi elektrokoagulasi yang dipelajari adalah kombinasi elektroda, variasi waktu elektrokoagulasi, ph sistem, dan kuat arus. 3. Kombinasi elektroda yang digunakan dalam proses elektrokoagulasi adalah Al- Al, Fe-Fe, Fe-Al dan Al-Fe. Elektroda yang digunakan berupa pelat tipis Al berukuran (panjang 7,5 cm, lebar 4 cm dan ketebalan 0,05 mm) dan Fe berukuran (panjang 7,5 cm, lebar 4 cm dan ketebalan 0,1 mm). 4. Variasi waktu yang dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah 30, 60, 90 dan 120 menit. 4

23 5. Variasi ph sistem yang dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah ph awal (2,5), 4, 8 dan Variasi rapat arus yang dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah 0,00125; 0,00375; 0,00625; dan 0,00875 A/cm 2 D. Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut : 1. Jenis kombinasi elektroda apakah yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II)? 2. Berapakah waktu proses optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II)? 3. Berapakah ph sistem optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II)? 4. Berapakah rapat arus optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II)? E. Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan permasalahan diatas, maka tujuan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 5

24 1. Mengetahui kombinasi elektroda optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II). 2. Mengetahui waktu proses optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II). 3. Mengetahui ph sistem optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II). 4. Mengetahui rapat arus optimum yang dapat menghasilkan efisiensi terbesar pada proses elektrokoagulasi dalam limbah cair elektroplating untuk mengendapkan ion logam kadmium (II). F. Manfaat Penelitian Berdasarkan tujuan penelitian diatas, maka diperoleh beberapa manfaat antara lain adalah sebagai berikut: 1. Manfaat Teoritis a. Penelitian ini dapat diterapkan dalam pengembangan keilmuan di bidang kimia. b. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat secara teoritis, sekurang-kurangnya dapat berguna sebagai sumbangan pemikiran dalam mengolah limbah cair elektroplating. 6

25 2. Manfaat Praktis a. Penelitian ini bermanfaat bagi penulis untuk mendapatkan pengalaman mengambil sampel, kerja di laboratorium, melakukan elektrokoagulasi, mendapatkan relasi dalam penelitian, mengetahui laboratorium tempat analisis, dan mampu menganalisis data. 3. Manfaat Bagi Masyarakat a. Penelitian ini memberikan model pengolahan limbah untuk pengrajin perak. b. Penelitian ini dapat mengurangi kadar logam Cd di dalam limbah cair elektroplating yang berbahaya bagi lingkungan. 7

26 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori 1. Limbah Cair Elektroplating Kegiatan elektroplating, selain menghasilkan produk yang berguna juga menghasilkan limbah padat dan cair serta emisi gas. Limbah cair berupa air limbah yang berasal dari pencucian, pembersihan dan proses plating. Limbah cair dapat pula mengandung padatan. Air limbah juga mengandung logam-logam berat terlarut dan senyawa-senyawa berbahaya lainnya. Limbah cair elektroplating mengandung ion-ion logam terlarut, pelarut, dan senyawa organik maupun anorganik terlarut lainnya. Sumber utama limbah cair elektroplating berasal dari bak elektroplating (Purwanto dan Syamsul Huda, 2005: 119). Bahan pencemar dalam limbah cair elektroplating yang sering menjadi perhatian adalah ion-ion logam berat karena sifat toksik dari ion-ion tersebut meskipun berada pada konsentrasi yang rendah (ppm), juga bersifat bioakumulasi dalam siklus rantai makanan. Logam berat dapat mengakibatkan keracunan apabila terakumulasi dalam tubuh makhluk hidup serta dapat menyebabkan kematian apabila kadar dalam tubuh melebihi ambang batas (Muhamad Iksan dan Ita Ulfin, 2012: 1-2). Menurut studi karakterisasi kimia yang telah dilakukan pada limbah cair elektroplating dari sentra pengrajin perak di Kotagede Yogyakarta menunjukkan bahwa secara umum limbah cair elektroplating berwarna hijau jernih dan bau khas. Anion yang teridentifikasi secara umum Cl, CN, CNS, C₂O₄ 2, CO₃ 2, NO₂, NO₃, PO₄ 3, S 2, SO₃ 2, dan SO₄ 2. Kation yang teridentifikasi secara umum Ag +, Hg₂ 2+, Pb 2+, Cu 2+, CO 2+, Al 3+, Cr 6+, Fe 2+, Ni 2+ dan Zn 2+. 8

27 BAB III METODE PENELITIAN Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif eksploratif dengan subjek penelitian limbah cair elektroplating. Objek utama penelitian ini adalah efisiensi penurunan kadar ion logam kadmium (II) dalam limbah cair elektroplating. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair elektroplating dari sentra industri kerajinan perak di Kotagede Yogyakarta. Sumber limbah adalah limbah cair dari bak elektroplating dan air bekas untuk mencuci benda kerja. Lokasi penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analisis FMIPA UNY dan dianalisis di Balai Laboratorium Kesehatan. A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian Subjek dalam penelitian ini adalah ion kadmium (II). 2. Objek Penelitian Objek dalam penelitian ini adalah efisiensi elektrokoagulasi terhadap penurunan kadar ion kadmium (II) pada limbah cair elektroplating dari sentra pengrajin perak di Kotagede Yogyakarta. B. Variabel Penelitian 1. Variabel bebas Variabel bebas pada penelitian ini adalah : a. Jenis kombinasi elektroda yang akan dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah Al-Al, Fe-Fe, Fe-Al, dan Al-Fe. 9

28 b. Waktu elektrokoagulasi yang akan dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah 30, 60, 90, dan 120 menit. c. ph sistem yang akan dipelajari dalam proses elektrokoagulasi adalah ph awal limbah (2,5), 4, 8 dan 10. d. Rapat arus yang akan dipelajari dalam proses elektrokoagulasi 0,00125 ; 0,00375 ; 0,00625 ; dan 0,00875 A/cm Variabel kontrol a. Volume limbah : 500 ml b. Sumber limbah : Sentra Kerajinan Perak di Kota Gede, Yogyakarta c. Spesifikasi elektroda : Pelat tipis Al (panjang 7,5 cm, lebar 4 cm dan ketebalan 0,05 mm) dan Fe (panjang 7,5 cm, lebar 4 cm dan ketebalan 0,1 mm) d. Waktu pengambilan sampel : 11 Maret 2016 dan 10 Oktober 2016 e. Jarak antar elektroda : 1 cm f. Kecepatan pengadukan : skala 7 pada rpm tertentu g. Ukuran magnetic bar : 4 cm h. Suhu limbah : 27ºC i. Beaker glass : 1000 ml 3. Variabel terikat Variabel terikat pada penelitian ini adalah efisiensi pengurangan logam kadmium dalam limbah cair elektroplating. 10

29 C. Instrumen Penelitian 1. Alat-alat yang digunakan adalah : a. Alat SSA b. Magnetic stirer (merk Cimarec) dan magnetic bar c. Power supply DC (merk Cellkit) d. Timbangan analitik e. Penyaring buchner f. ph meter g. Gelas beker 1000 ml h. Gelas ukur 500 ml i. Penyangga elektroda j. Corong kaca k. Termometer l. Stopwatch m. Kabel capit buaya n. Jerigen o. Botol penelitian 2. Bahan yang digunakan adalah : a. Limbah cair elektroplating dari sentra kerajinan perak di Kotagede Yogyakarta b. Pelat Al dan Fe c. Wrap plastic d. Akuades 11

30 e. Aseton f. Kertas saring Whatman no.42 g. Larutan NH4OH 3 M h. Aluminium Foil i. Silika Gel D. Prosedur Penelitian 1. Pengambilan Sampel Limbah Cair Elektroplating Sampel limbah cair elektroplating diambil dari sentra pengrajin perak di Kotagede Yogyakarta. Pengambilan sampel dilakukan pada tanggal 11 Maret 2016 (sampel I) dan 10 Oktober 2016 (sampel II) di tempat yang sama. Sampel diambil dari bak penampungan hasil elektrolating menggunakan beberapa jerigen kecil ukuran 5 liter. Gambar 2. Limbah Cair Elektroplating Sampel yang telah ditempatkan pada jerigen dibawa ke Laboratoium Kimia Analisis FMIPA UNY untuk dilakukan proses penyeragaman. Perlakuan ini dilakukan menggunakan ember ukuran besar. Semua sampel yang berada pada 12

31 jerigen kecil dimasukan ke dalam satu ember besar, kemudian sampel limbah diaduk secara merata agar limbah bercampur dengan baik. Setelah dihomogenkan sampel dimasukan ke dalam jerigen ukuran besar yang telah dipasangi kain bersih pada bagian lubang masuk jerigen. Kain bersih digunakan untuk menyaring partikel padatan ukuran besar yang ada pada sampel tersebut. Sampel disimpan di Laboratorium Kimia Analisis FMIPA UNY. 2. Karakterisasi Limbah Cair Awal Karakterisasi limbah cair elektroplating yaitu dengan menentukan konsentrasi logam yang akan dihilangkan dari limbah cair elektroplating meliputi konsentrasi logam Cd dan parameter pendukung lain pada penelitian ini. Sampel limbah yang telah dihomogenkan diambil sebanyak 5 liter untuk dikarakterisasi sesuai dengan Baku Mutu limbah cair untuk industri pelapisan logam menurut Peraturan Gubernur Provinsi DIY Nomor 7 Tahun Uji karakterisasi limbah dilakukan di Balai Laboratorium Kesehatan Yogyakarta. Penentuan konsentrasi logam kadmium dilakukan menggunakan AAS dengan spesifikasi metode IKM/5.4.11/BLK-Y. 3. Karakterisasi Komposisi Pelat Fe dan Al Pelat elektroda Fe dan Al (Gambar 3) sebelum digunakan untuk proses elektrokoagulasi dilakukan analisis kandungan logam Cr, Cu, Zn, Pb, dan Cd. Analisis dilakukan di Laboratorium Pusat Sains dan Teknologi Akselerator-Batan dengan menggunakan metode XRF (X-ray Fluoresence). 13

32 Gambar 3. Elektroda Besi dan Aluminium 4. Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Optimasi kondisi operasional proses elektrokoagulasi meliputi optimasi kombinasi elektroda, waktu proses, ph sistem, dan rapat arus. Rangkaian alat yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Skema Penyusunan Alat untuk Elektrokoagulasi (Rajemahadik, C. F, 2013) 14

33 a. Optimasi Kombinasi Elektroda 1) Sebanyak 500 ml limbah cair elektroplating yang sudah diukur kadar awal logam kadmiumnya dimasukkan ke dalam beaker glass ukuran 1000 ml. 2) Magnetic bar dimasukkan ke dalam beaker glass yang sudah berisi limbah cair elektroplating. 3) Beaker glass ditempatkan tepat di tengah magnetic stirer. 4) Magnetic stirer dihidupkan dengan kecepatan putaran skala 7 pada rpm tertentu. 5) Pelat elektroda dipasang dengan kombinasi Al-Al, Fe-Fe, Al-Fe, Fe-Al diatur jarak 1 cm dengan menggunakan alat penjepit antara anoda dan katoda. 6) Elektroda dihubungkan ke power supply dengan tegangan 1 V menggunakan penjepit buaya. Pelat elektroda di kutub negatif sebagai katoda dan pelat elektroda di kutub positif sebagai anoda. 7) Pelat elektroda dicelupkan sepanjang 4 cm ke dalam limbah cair elektroplating. 8) Saat elektroda tercelup secara bersamaan stopwatch dihidupkan untuk menghitung waktu proses. 9) Setiap perubahan yang terjadi selama poses diamati meliputi tejadinya perubahan warna, endapan, adanya gelembung, dan ph. 10) Proses elektrokoagulasi ini dilakukan selama 60 menit. 15

34 11) Setelah dilakukan proses elektrokoagulasi, kemudian limbah hasil perlakuan elektrokoagulasi disaring dan filtratnya dianalisis dengan menggunakan AAS. Konsentrasi logam Cd yang ada di dalam limbah hasil perlakuan elektrokoagulasi disebut konsentrasi Cd sisa. 12) Data ini digunakan untuk menentukan efisiensi pengurangan logamlogam dalam limbah cair elektroplating. b. Optimasi Variasi Waktu Proses Elektrokoagulasi 1) Sebanyak 500 ml limbah cair elektroplating yang sudah diukur kadar awal logam kadmiumnya dimasukkan ke dalam beaker glass ukuran 1000 ml. 2) Magnetic bar dimasukkan ke dalam beaker glass yang sudah berisi limbah cair elektroplating. 3) Beaker glass ditempatkan tepat di tengah magnetic stirer. 4) Magnetic stirer dihidupkan dengan kecepatan putaran skala 7 pada rpm tertentu. 5) Pelat elektroda Al-Al yang didapatkan pada optimasi sebelumnya, diatur jarak 1 cm dengan menggunakan alat penjepit antara anoda dan katoda. 6) Elektroda dihubungkan ke power supply dengan tegangan 1 V menggunakan penjepit buaya. Pelat elektroda di kutub negatif sebagai katoda dan pelat elektroda di kutub positif sebagai anoda. 7) Pelat elektroda dicelupkan sepanjang 4 cm ke dalam limbah cair elektroplating. 16

35 8) Saat elektroda tercelup secara bersamaan stopwatch dihidupkan untuk menghitung waktu proses. 9) Setiap perubahan yang terjadi selama poses diamati meliputi tejadinya perubahan warna, endapan, adanya gelembung, dan ph. 10) Proses elektrokoagulasi diulang dengan variasi waktu 30, 60, 90, dan 120 menit. 11) Setelah dilakukan proses elektrokoagulasi, kemudian limbah hasil perlakuan elektrokoagulasi disaring dan filtratnya dianalisis dengan menggunakan AAS. c. Optimasi Variasi ph 1) Sebanyak 500 ml limbah cair elektroplating yang sudah diukur kadar awal logam kadmiumnya dimasukkan ke dalam beaker glass ukuran 1000 ml. 2) Magnetic bar dimasukkan ke dalam beaker glass yang sudah berisi limbah cair elektroplating. 3) ph larutan diatur dengan cara menambahkan NH4OH 3M dikit demi sedikit sampai mencapai ph yang diinginkan dengan menggunakan pipet tetes. Pengaturan ph ini dilakukan sambil diaduk. 4) Variasi ph yang digunakan adalah ph limbah awal (2,5), 4, 8, dan 10. 5) Beaker glass ditempatkan tepat di tengah magnetic stirer. 6) Magnetic stirer dihidupkan dengan kecepatan putaran skala 7 pada rpm tertentu. 17

36 7) Pelat elektroda Al-Al yang didapatkan pada optimasi sebelumnya, diatur jarak 1 cm dengan menggunakan alat penjepit antara anoda dan katoda. 8) Elektroda dihubungkan ke power supply dengan tegangan 1 V menggunakan penjepit buaya. Pelat elektroda di kutub negatif sebagai katoda dan pelat elektroda di kutub positif sebagai anoda. 9) Pelat elektroda dicelupkan sepanjang 4 cm ke dalam limbah cair elektroplating. 10) Saat elektroda tercelup secara bersamaan stopwatch dihidupkan untuk menghitung waktu proses. 11) Setiap perubahan yang terjadi selama poses diamati meliputi tejadinya perubahan warna, endapan, adanya gelembung, dan ph. 12) Proses elektrokoagulasi dilakukan pada waktu proses 30 menit yang diperoleh pada optimasi sebelumnya. 13) Setelah dilakukan proses elektrokoagulasi, kemudian limbah hasil perlakuan elektrokoagulasi disaring dan filtratnya dianalisis dengan menggunakan AAS. d. Optimasi Variasi Rapat Arus 1) Sebanyak 500 ml limbah cair elektroplating yang sudah diukur kadar awal logam kadmiumnya dimasukkan ke dalam beaker glass ukuran 1000 ml. 2) Magnetic bar dimasukkan ke dalam beaker glass yang sudah berisi limbah cair elektroplating. 18

37 3) ph larutan diatur dengan cara menambahkan NH4OH 3M hingga mencapai ph 10 yang diperoleh pada optimasi sebelumnya. 4) Beaker glass ditempatkan tepat di tengah magnetic stirer. 5) Magnetic stirer dihidupkan dengan kecepatan putaran skala 7 pada rpm tertentu. 6) Pelat elektroda Al-Al yang didapatkan pada optimasi sebelumnya, diatur jarak 1 cm dengan menggunakan alat penjepit antara anoda dan katoda. 7) Rapat arus diatur dengan variasi 0,00125 ; 0,00375 ; 0,00625 ; dan 0,00875 A/cm 2. 8) Elektroda dihubungkan ke power supply dengan tegangan yang telah disesuaikan dengan kuat arus menggunakan penjepit buaya. Pelat elektroda di kutub negatif sebagai katoda dan pelat elektroda di kutub positif sebagai anoda. 9) Pelat elektroda dicelupkan sepanjang 4 cm ke dalam limbah cair elektroplating. 10) Saat elektroda tercelup secara bersamaan stopwatch dihidupkan untuk menghitung waktu proses. 11) Setiap perubahan yang terjadi selama poses diamati meliputi tejadinya perubahan warna, endapan, adanya gelembung, ph. 12) Proses elektrokoagulasi dilakukan pada waktu 30 menit yang diperoleh pada optimasi sebelumnya. 19

38 13) Setelah dilakukan proses elektrokoagulasi, kemudian limbah hasil perlakuan elektrokoagulasi disaring dan filtratnya dianalisis dengan menggunakan AAS. E. Teknik Analisis Data Nilai % efisiensi penurunan konsentrasi logam kadmium dalam filtrat akhir dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut : Efisiensi (%) = Cₒ C₁ Cₒ x 100 % Keterangan : C0 = kadar Cd awal C1 = kadar Cd akhir 20

39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian Hasil yang didapatkan pada penelitian ini berupa data konsentrasi awal logam Cd dalam limbah cair elektroplating, konsentrasi logam Cd dalam filtrat akhir hasil proses elektrokoagulasi dan % efisiensi pengurangan logam Cd hasil optimasi kombinasi elektroda, optimasi variasi waktu proses elektrokoagulasi, optimasi variasi ph sistem, dan optimasi variasi rapat arus. Data yang diperoleh merupakan data dari hasil penelitian yang dilakukan di Laboratorium Analisis FMIPA UNY, Balai Laboratorium Kesehatan Yogyakarta, dan Laboratorium Pusat Sains dan Teknologi Akselerator-Batan. Sebelum sampel limbah cair dielektrokoagulasi, sampel dikarakterisasi terlebih dahulu. 1. Karakterisasi Limbah Cair Elektroplating Awal Uji karakterisasi limbah cair awal bertujuan untuk menentukan konsentrasi logam Cd dan parameter pendukung lain pada penelitian ini. Sampel yang digunakan adalah limbah cair elektroplating dari sentra kerajinan perak di Kotagede Yogyakarta. Pengambilan sampel limbah dilakukan pada waktu yang berbeda pada tempat yang sama. Sampel I diambil pada tanggal 11 Maret 2016, sampel II diambil pada tanggal 10 Oktober Penentuan konsentrasi logam Cd awal dilakukan 2 kali pada waktu yang berbeda. Waktu pengujian penentuan konsentrasi logam Cd awal sampel I pada tanggal 19 Maret 2016 dan sampel II pada tanggal 12 Oktober Hasil karakterisasi limbah cair awal (sampel I) ditunjukan pada Tabel 2 dan Lampiran 4. 21

40 Tabel 2. Hasil Uji Karakterisasi Limbah Cair Awal (Sampel I) No Parameter Satuan Hasil Baku Mutu 1 Bau - Tidak Berbau Tidak Berbau 2 Suhu udara o C 28,4 ± 3 o C thd Suhu sampel o C 28,2 Suhu udara 3 Warna Skala TCU Kekeruhan Skala NTU 1,82-5 Zat padat terlarut mg/l 1694* 1000 (TDS) 6 Klorida (Cl - ) mg/l 37,48-7 Kesadahan mg/l <3,27 - (CaCO3) 8 Sulfat (SO4-2 ) mg/l 1695,00-9 Fluorida (F - ) mg/l 0, Nitrit (NO2 - - N) mg/l <0, Nitrat (NO3 - - N) mg/l 9, Besi (Fe) mg/l 0, Kadmium (Cd) mg/l 0,0865* 0,05 14 Krom Val 6 (Cr 6+ ) mg/l 0,024 0,1 15 Mangan (Mn) mg/l 0, Timbal (Pb) mg/l 0,2947* 0,1 17 Sianida (CN - ) mg/l <0,006 0,2 18 Seng (Zn) mg/l 1,9653* 1 19 Deterjen mg/l 0, Aluminium (Al) mg/l <0, DO mg/l 7,53-22 TSS mg/l Tembaga (Cu) mg/l 11,3455* 0,5 24 Daya Hantar Listrik / Konduktivitas µmhos/cm 2590,0* 1562,5 *) hasil uji parameter melebihi baku mutu Tabel 2 menunjukan bahwa limbah cair awal (sampel I) mengandung logam Cd sebesar 0,0865 ppm. Menurut Baku Mutu limbah cair untuk industri pelapisan logam Peraturan Gubernur Provinsi DIY Nomor 7 Tahun 2010 dan Peraturan Gubernur Provinsi DIY Nomor 7 Tahun 2016 batas maksimum logam 22

41 1. Optimasi Kombinasi Elektroda pada Proses Elektrokoagulasi Optimasi kondisi proses ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan kombinasi elektroda yang paling optimum untuk mengurangi konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Pada uji optimasi kombinasi elektroda dilakukan kombinasi elektroda Fe-Fe, Fe-Al, Al-Fe, dan Al-Al. Sebelum digunakan untuk proses elektrokoagulasi, pelat elektroda Fe dan Al dilakukan analisis kandungan logam. Analisis dilakukan di Laboratorium Pusat Sains dan Teknologi Akselerator-Batan dengan menggunakan metode XRF (X-ray Fluoresence). Jika dilihat dari Tabel 3 pelat elektroda Fe mengandung unsur besi ± 90 % dan plat elektroda aluminium mengandung unsur aluminium ± 60 %. Pada kedua pelat juga mengandung logam lain yang juga terdapat dalam limbah cair elektroplating. Logam Cd juga terdapat dalam pelat Fe dan Al. Ada beberapa tahap utama yang terjadi di dalam metode elektrokoagulasi. Tahap pertama adalah terjadinya reaksi reduksi oksidasi (redoks) dan elektrolisis air di dalam sistem elektrokoagulasi. Reaksi utama yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air : Al 3+ (aq) + 3e - Al(s) E 0 = -1,66 V (1) Fe 2+ (aq) + 2e - Fe(s) E 0 = -0,44 V (2) 2H2O (l) + 2e - H2 (g) + 2OH - (aq) E 0 = -0,830 V (3) Reaksi utama yang terjadi di anoda adalah reaksi oksidasi dan elektrolisis air : Al(s) Al 3+ (aq) + 3e - E 0 = + 1,66 V (4) Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e - E 0 = + 0,44 V (5) 2H2O (l) 4 H + (aq) + O2 (g) + 4e - E 0 = -1,230 V (6) 23

42 Anodik ion logam dan ion hidroksida yang dihasilkan pada permukaan elektroda mengalami reaksi lanjut secara spontan dalam larutan air limbah untuk membentuk hidroksida Fe(OH)2 dan Al(OH)3 (Mollah, M.Y.A, et al, 2004: 202). Media larutan disini adalah limbah cair elektroplating. Alumunium hidroksida dan besi hidroksida yang terbentuk pada sistem elektrokoagulasi mempunyai kemampuan untuk menghilangkan polutan dari limbah dengan penyerapan, pengendapan dan tarikan secara elektrostatik, yang kemudian diikuti oleh terjadinya flokulasi. Adsorpsi merupakan mekanisme flokulasi hidroksida Al(OH)3 terhadap polutan untuk membentuk flok. Polutan ini disebut flok karena ukuran partikel yang sangat kecil. Flok yang terbentuk merupakan hasil pembentukan dari polutan dengan hidroksida besi atau aluminium dan polimer hidroksil-kompleks yang terbentuk pada proses elektrokoagulasi. Proses elektrolisis air pada sistem elektrokoagulasi ini ditunjukan pada reaksi (3) dan (6). Ion H + pada limbah cair elektroplating yang tergolong asam (ph < 3) akan direduksi menjadi gas hidrogen (H2) yang bebas menjadi gelembung. Reaksi total elektrolisis air adalah penguraian air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Gelembung gas yang dihasilkan dalam proses elektrolisis menyebabkan polutan yang dibentuk sebagai flok terangkat ke permukaan air limbah. Flok dapat terangkat ke atas pada sistem elektrokoagulasi karena mempunyai ukuran partikel yang relatif kecil. Pada penelitian yang telah dilakukan flok yang terbentuk tidak terangkat ke permukaan air limbah, melainkan melayang-layang di dalam gelas kimia dan menempel pada kedua elektroda yang digunakan. Hal ini terjadi karena pengaruh 24

43 pengadukan pada sistem elektrokoagulasi. Setelah proses elektrokoagulasi dilakukan, terdapat partikel padat yang melayang dan mengendap di dasar gelas kimia. Adanya pengadukan di dalam sistem mempengaruhi efektivitas pembentukan partikel dengan ukuran relatif lebih besar. Pengadukan menyebabkan intensitas tumbukan antar partikel di dalam sistem larutan semakin besar, sehingga menghasilkan penggabungan partikel padatan yang mudah mengendap. Partikel ini disebut endapan. Endapan yang terbentuk mempunyai ukuran partikel yang relatif besar dan cenderung mengendap. Tahap selanjutnya adalah penyaringan limbah hasil proses elektrokoagulasi dengan metode filtrasi mengunakan kertas saring Whatman 42 dan sistem vakum. Pada tahap ini diperoleh endapan yang tertinggal pada kertas saring. Filtrat yang tertampung pada penampung merupakan hasil akhir dari proses elektrokoagulasi. Filtrat hasil penyaringan yang diperoleh berupa larutan jernih tidak berwarna dan tidak berbau. Setelah diperoleh filtrat, lalu dianalisa konsentrasi logam Cd (akhir) menggunakan metode AAS. Berdasar data konsentrasi logam Cd akhir yang diperoleh, dapat dilakukan perhitungan % efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd dalam limbah akhir dan digambarkan dalam bentuk diagram batang seperti Gambar

44 % Efisiensi Al-Al Fe-Fe Fe-Al Al-Fe Kombinasi Elektroda Gambar 10. Diagram Batang Hubungan antara Kombinasi Elektroda dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Kombinasi Elektroda Gambar 10 menunjukan bahwa pada 4 kombinasi elektroda yang telah dilakukan menghasilkan nilai % efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd tidak berbeda secara signifikan antara kombinasi elektroda satu dengan lainnya. Namun pada kombinasi elektroda Al-Al memiliki nilai % efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd yang paling besar yaitu 63,46 %. Hal ini dapat dinyatakan bahwa pada kondisi proses elektrokoagulasi kombinasi elektroda Al-Al menghasilkan pengurangan konsentrasi logam Cd yang paling optimum. Pada penelitian ini optimasi kombinasi elektroda yang dilakukan ada 4 jenis kombinasi elektroda. Masing-masing kombinasi elektroda menghasilkan reaksi redoks yang berbeda antara satu jenis kombinasi dengan kombinasi elektroda lainnya yaitu reaksi (1) - (6). Reaksi redoks yang terjadi di dalam sistem elektrokoagulasi tergantung pada jenis dan kombinasi eletkroda katoda dan anoda yang digunakan. 26

45 Optimasi kombinasi elektroda yang pertama adalah kombinasi Fe-Fe. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi (2) dan (3). Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi (5) dan (6). Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Optimasi kombinasi kedua adalah kombinasi Fe-Al. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi (2) dan (3). Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi (4) dan (6). Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi spontan karena mempunyai harga E sel > 0 V. Optimasi kombinasi ketiga adalah kombinasi Al-Fe. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi (1) dan (3). Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi (5) dan (6). Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi tidak spontan karena mempunyai harga E sel < 0 V. Optimasi kombinasi keempat adalah kombinasi Al-Al. Reaksi utama yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi (1) dan (3). Reaksi utama yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi (4) dan (6). Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Harga potensial sel pada masing-masing kombinasi elektroda di atas menunjukan bahwa pada kombinasi elektroda katoda dan anoda (Al-Fe) terjadi reaksi yang tidak spontan. Reaksi tersebut mengakibatkan besi pada anoda tidak 27

46 teroksidasi dengan sempurna dan aluminium pada katoda lebih sukar untuk menghasilkan ion OH -, sehingga kemampuan untuk membentuk hidroksida Fe(OH)2 kurang optimal. Hal tersebut akan berbanding lurus dengan pembentukan flok yang terjadi di dalam sistem elektrokoagulasi ini. Semakin kecil kemampuan untuk membentuk flok, maka kemampuan untuk mengurangi polutan dan konsentrasi Cd dalam limbah cair elektroplating juga semakin rendah. Hal ini dapat dilihat dari berat flok (Tabel 8) dan efisiensi yang diperoleh lebih sedikit dan rendah jika dibandingkan dengan kombinasi elektroda lain yaitu sebesar 51,33 %. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa pada kombinasi elektroda Al-Fe tidak optimum untuk mengurangi polutan dan konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Berbeda dengan kombinasi elektroda katoda dan anoda (Al-Al). Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Reaksi setimbang adalah reaksi yang berlangsung secara dua arah atau reaksi yang berlangsung bolak-balik. Reaksi setimbang berlangsung secara dinamis, berlangsung secara terus-menerus tanpa henti dengan konsentrasi zat berlangsung pada arah reaksinya. Secara teori pada kombinasi elektroda ini hanya memerlukan sedikit potensial yang diberikan ke dalam sistem elektrolisis agar reaksi elektrolisis dapat terjadi. Pada kombinasi elektroda Al-Al lebih optimum untuk menurunkan logam kadmium dalam limbah cair elektroplating, dibanding dengan kombinasi elektroda yang lain. Hal ini berkaitan dengan dekomposisi potensial atau potensial kerja, dekomposisi potensial adalah potensial eksternal minimal yang harus diberikan kepada sel elektrolitik untuk mengakibatkan proses 28

47 elektrolisis kontinu. Dapat dikatakan bahwa pada kombinasi elektroda Al-Al dapat terjadi reaksi elektrolisis walaupun dengan pemberian potensial dari luar (sumber DC) yang seminimal mungkin, sedangkan potensial yang diberikan pada optimasi kombinasi elektroda ini sebesar 1 V. Reaksi setimbang yang terjadi pada kombinasi elektroda Al-Al di dalam sistem elektrokoagulasi mengakibatkan aluminium pada anoda teroksidasi lebih banyak menghasilkan ion Al 3+ dan elektroda aluminium pada katoda lebih banyak menghasilkan ion OH -, sehingga kemampuan untuk membentuk koagulan hidroksida Al(OH)3 optimal. Jika pembentukan koagulan Al(OH)3 optimal, maka efektivitas pengurangan logam Cd dan polutan lain dalam sistem pengolahan limbah cair elektroplating secara elektrokoagulasi lebih besar. Hal tersebut akan berbanding lurus dengan pembentukan flok di dalam sistem elektrokoagulasi. Flok yang terbentuk pada kombinasi elektroda Al-Al paling banyak dibanding kombinasi elektroda lain, begitu pula efisiensi yang diperoleh paling tinggi dibanding nilai efisiensi dari kombinasi elektroda lain. Efisiensi yang diperoleh pada kombinasi elektroda Al- Al sebesar 63,46 %. Tabel 8 menunjukan bahwa pada 4 kombinasi elektroda menghasilkan berat flok yang berbeda-beda. Kombinasi elektroda Al-Al menghasilkan berat flok paling besar yaitu 0,548 gram. Semakin banyak flok yang terbentuk, maka semakin optimum pengurangan polutan yang ada di dalam limbah cair elektroplating. 29

48 2. Optimasi Waktu pada Proses Elektrokoagulasi Optimasi kondisi proses ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan waktu proses yang paling optimum untuk mengurangi konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Pada uji optimasi variasi waktu proses dilakukan variasi waktu 30, 60, 90 dan 120 menit. Kombinasi elektroda yang digunakan adalah kombinasi elektroda optimum yaitu Al-Al. Setelah proses elektrokoagulasi dilakukan diperoleh data % efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd dalam limbah akhir pada optimasi waktu proses dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 11. % Efisiensi Waktu Proses (menit) Gambar 11. Grafik Hubungan antara Waktu Proses Elektrokoagulasi dengan % Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Waktu Gambar 11 menunjukan bahwa pada kondisi waktu proses 30, 90, dan 120 menit menghasilkan % efisiensi pengurangan logam Cd yang hampir sama. Pada waktu proses 60 menit menghasilkan % efisiensi yang lebih rendah dibanding dengan variasi waktu proses lain. Hal ini dapat dilihat pada penurunan grafik yang cukup signifikan. Penurunan grafik pada waktu proses 60 menit dapat terjadi 30

49 karena logam Cd yang terkandung pada elektroda aluminium melarut dalam bentuk ion Cd 2+ di dalam sistem larutan (filtrat), sehingga menurunkan nilai efisiensi. Pada waktu proses 90 dan 120 menit, ion logam Cd 2+ yang larut kemudian tereduksi menjadi Cd(s) pada batang katoda dan dikurung oleh koagulan Al(OH)3 yang kemudian mengendap (sweep coagulation). Konsentrasi logam kadmium di dalam limbah cair elektroplating sangat sedikit (ppm), sehingga sangat kecil kemungkinan untuk membentuk Cd(OH)2 yang mengendap. Syarat untuk membentuk endapan Cd(OH)2 adalah harus melewati harga Ksp. Oleh karena itu pada kondisi ini tidak memungkinkan. Tereduksinya ion logam Cd 2+ menjadi Cd(s) menaikan nilai efisiensi. Berdasarkan pertimbangan nilai ekonomis dan efisiensi waktu, maka waktu proses optimum adalah 30 menit yaitu menghasilkan % efisiensi sebesar 83,30 %. Hal ini dapat dikatakan bahwa pada proses pengurangan logam Cd menggunakan metode elektrokoagulasi, parameter waktu proses elektrokoagulasi tidak begitu berpengaruh. Waktu proses elektrokoagulasi yang optimum untuk mengurangi konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating adalah 30 menit. Tabel 9 menunjukan bahwa pada waktu proses 30 dan 90 menit menghasilkan berat flok yang sama-sama sedikit yaitu 0,0635 gram. Pada waktu proses 90 menit menghasilkan berat flok yang cukup banyak yaitu 0,2855 gram. Pada waktu proses 120 menit menghasilkan berat flok yang banyak yaitu 0,3165 gram. Jika dilihat dari kuantitas flok yang semakin banyak pada waktu proses yang semakin lama, ternyata tidak mempengaruhi pengurangan konsentrasi logam 31