PENGGUNAAN KOAGULAN ALUMINIUM SULFAT UNTUK PENGOLAHAN AWAL DEGRADASI FENOL PADA LINDI TPA BENGKALA

Transkripsi

1 PENGGUNAAN KOAGULAN ALUMINIUM SULFAT UNTUK PENGOLAHAN AWAL DEGRADASI FENOL PADA LINDI TPA BENGKALA Ni Wayan Yuningrat 1*, Made Vivi Oviantari 2 Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja 1* niwayanyuningrat@gmail.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ph dan massa koagulan aluminium sulfat pada tahap awal pengolahan degradasi fenol dalam lindi di TPA Bengkala Singaraja serta mengevaluasi konsentrasi fenol setelah proses koagulasi lindi. Sampel lindi ditambahkan dengan aluminium sulfat 1 mg dan diatur phnya menjadi 5, 6, 7, 8, 9, dan 1. Derajat keasaman lindi yang menghasilkan nilai kekeruhan lindi yang minimum digunakan untuk menentukan nilai kekeruhan lindi dengan variasi massa koagulan 5, 1, 12,5; 15; 2; 25; 37,5; 5; 62,5; 75 dan 87,5 mg dalam 5 ml limbah lindi. Proses koagulasi dijalankan dengan menggunakan jar test yang diawali dengan pengadukan cepat 16 rpm selama 5 menit dilanjutkan pengadukan lambat 3 rpm selama 2 menit dan pendiaman lindi selama 3 menit. Pengukuran kekeruhan dilakukan dengan menggunakan turbidimeter dan analisis fenol dalam lindi dengan metode 4-aminoantipirin menggunakan spektrofotometer UV Visibel. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekeruhan terendah diperoleh untuk ph lindi sebesar 8 dan massa aluminium sulfat 2 mg dalam 5 ml lindi. Konsentrasi fenol dalam lindi setelah koagulasi mengalami penurunan sebesar 3,7% dibandingkan konsentrasi fenol dalam lindi sebelum koagulasi. Kata kunci : fenol, koagulasi, lindi Abstract The objectives of this research were to know the effect of ph and mass of alum coagulant as the pretreatment of phenol degradation in leachate produced from Bengkala Waste Management Landfill Singaraja and also to evaluate phenol in leachate concentration after coagulation process. Leachate with 1 mg of alum was coagulated by ph variation 5, 6, 7, 8, 9, dan 1. After that, coagulation process was done with mass variation of alum 5, 1, 12.5; 15; 2; 25; 37.5; 5; 62.5; 75 dan 87.5 mg in 5 ml of leachate. Coagulation process of leachate was done with jar test. Rapid mixing at 16 rpm was carried out for 5 min then followed by slow mixing at 3 rpm for 2 min. Settling time for 3 min was done after coagulation process. Turbidity of leachate was determined by turbidimeter and phenol in leachate analysis was determined with 4-aminoantypirin. Absorbance of phenol in leachate was measured by UV Visible spectrophotometer. The results show that optimum coagulation process was reached at ph 8 and 2 mg of alum in 5 ml of leachate. Phenol concentration in leachate after coagulation process is reduced until 3.7% compared to phenol in leachate before coagulation process. Keywords : coagulation, leachate, phenol 1. Pendahuluan Sistem sanitary landfill yang dilakukan untuk mengolah sampah di Kabupaten Buleleng tidak hanya berhasil dalam mengelola limbah padat tetapi juga telah dihasilkan cairan lindi. Lindi yang dihasilkan ini hanya diolah secara aerobilk dalam bak terbuka dan disirkulasi secara terus menerus oleh pihak Dinas Kebersihan dan Pertamanan (DKP) Kabupaten Buleleng. Hasil pengamatan yang telah dilakukan oleh penulis menunjukkan bahwa lindi yang dihasilkan dari sanitary landfill di TPA Bengkala memiliki warna hitam kecoklatan, sangat keruh dan memiliki bau yang sangat menyengat. Limbah cair ini dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan air dan tanah penduduk di sekitar TPA Bengkala. Cairan lindi di TPA Bengkala merupakan perkolasi air hujan yang melalui sampah, hasil dekomposisi sampah secara 949

2 biologi sehingga selain mengandung senyawa organik juga mengandung senyawa anorganik dan senyawa xenobiotik yang sangat sulit untuk didegradasi secara biologi. Salah satu senyawa dalam lindi yang sulit untuk didegradasi secara konvensional adalah fenol yang dilaporkan terkandung dalam lindi sebesar 35,28 mg/l (Yuningrat dan Oviantari, 213). Kandungan fenol dalam lindi TPA ini telah melampaui ambang batas untuk air minum dan air bersih (,2 mg/l) menurut Permen LH Tahun 21. Hal ini tentunya akan mengakibatkan air tanah di sekitar TPA Bengkala tidak dapat digunakan untuk minum, kebutuhan rumah tangga dan irigasi (Raju, 212). Fenol merupakan senyawa yang sangat karsinogen. Senyawa ini dapat mengakibatkan terjadinya iritasi pada mata, kulit, gangguan pernapasan hingga menyebabkan penyakit kanker. Berbagai metode pengolahan fenol telah dilakukan seperti degradasi dengan mikroba (Bui et al., 212), dan proses oksidasi lanjut (AOP) UV/H 2 O 2 /TiO 2 (Kuo, 29; Dixit et al., 21). Bahkan penggunaan bahan pendukung plat kaca pada katalis TiO 2 dalam rangka mengurangi kekeruhan yang disebabkan oleh penggunaan serbuk TiO 2 juga telah dilaporkan oleh Yuningrat dan Oviantari (213). Metode AOP yang menggunakan katalis semikonduktor dan sinar ultraviolet dilaporkan telah berhasil menguraikan senyawa-senyawa berbahaya menjadi senyawa yang lebih sederhana dan ramah terhadap lingkungan (Wong et al., 211; Costa and Prado, 29). Dilaporkan oleh Yuningrat dan Oviantari (213) bahwa fotodegradasi dengan menggunakan plat kaca sebagai bahan pendukung TiO 2 dipandang belum efektif untuk mendegradasi fenol dalam lindi. Hal ini dapat disebabkan oleh tingginya kekeruhan lindi. Sampel lindi yang keruh dapat menyebabkan sinar yang masuk ke dalam lindi kurang efektif sehingga fotodegradasi fenol berjalan sangat lambat. Hal ini mengakibatkan fenol yang terdegradasi sedikit. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi kekeruhan lindi yaitu dilakukan proses koagulasi. Beberapa koagulan yang pada umumnya digunakan yaitu aluminium sulfat (tawas, alum), FeCl 3, Ca(OH) 2, dan Poly Aluminium Chloride (PAC). Koagulan-koagulan tersebut mudah didapat dan harganya murah. Koagulan alum telah dilaporkan oleh Parmar et al.(211) dapat mereduksi padatan senyawa organik dan nutrien-nutrien yang terdapat dalam limbah industri susu sedangkan penggunaan koagulan PAC dilaporkan efektif untuk menyisihkan COD dalam lindi oleh Samadi et al.(21). Selain itu, dilaporkan pula oleh Rui et al.(212) bahwa koagulan alum lebih efektif untuk menyisihkan COD dalam lindi dibandingkan koagulan feri klorida. Mengingat keberadaan fenol yang tinggi dan sangat keruhnya lindi yang dihasilkan dari TPA Bengkala dan kurang efektifnya fenol yang terdegradasi dengan sistem AOP, maka dalam tulisan ini dilakukan pengolahan awal lindi berupa koagulasi dengan menggunakan aluminium sulfat. Kondisi optimum proses koagulasi yaitu ph larutan dan massa koagulan digunakan untuk menurunkan kekeruhan lindi untuk mengevaluasi konsentrasi fenol dalam lindi. 2. Metode Penelitian ini diawali dengan pengambilan sampel lindi yang berasal dari saluran pengeluaran cell landfill di TPA Bengkala Singaraja. Lindi dimasukkan dalam botol glass sawo pada temperatur 4 C dan dibawa ke laboratorium untuk diolah dengan menggunakan proses koagulasi. Pengaruh ph lindi (5, 6, 7, 8, 9, 1) dan massa koagulan alum 5, 1, 12,5; 15; 2; 25; 37,5; 5; 62,5; 75 dan 87,5 mg dalam 5 ml limbah lindi dipelajari untuk memperoleh kondisi optimum proses koagulasi lindi dan mengevaluasi konsentrasi fenol dalam lindi setelah proses koagulasi. Proses koagulasi dijalankan dengan menggunakan jar test. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini : jerigen plastik warna hitam, Erlenmeyer, gelas ukur, pipet ukur, ph meter,neraca analitik, jar test Lovibond, turbidimeter Lovibond, spektrofotometer UV Visible Shimadzu 124, dan gelas beker 25 ml. Bahan-bahan yang digunakan adalah alum (aluminium sulfat), 4-aminoantipirin, kalium heksasianoferat (III) (K 3 Fe(CN) 6, kertas saring Whatman selulosa asetat,45 µm, HCl, H 2 SO 4, NaOH, dan lindi (diambil dari TPA Bengkala). Semua bahan kimia yang digunakan berkualitas analisis. Lindi yang diambil dari TPA Bengkala diukur terlebih dahulu nilai kekeruhannya dengan menggunakan turbidimeter. Selain itu juga dilakukan pengukuran konsentrasi fenol dalam lindi dengan menggunakan spektrofotometer UV Visible. Fenol dalam lindi yang akan ditentukan konsentrasinya dengan metode 4- aminoantipirin, dikomplekskan terlebih 95

3 Penurunan Kekeruhan (%) SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN 214 dahulu dengan cara menambahkan 4- aminoantipirin dan kalium ferisianida sebelum diukur absorbansinya dengan menggunakan UV Vis spektrofotometer. Proses koagulasi dijalankan secara batch dengan menggunakan jar test pada temperatur kamar. Jar test merupakan simulasi operasional proses pengolahan konvensional (koagulasi, flokulasi dan pengendapan). Proses koagulasi diawali dengan pengadukan cepat 16 rpm selama 5 menit dan dilanjutkan pengadukan lambat 3 rpm selama 2 menit. Setelah proses koagulasi, dilakukan pendiaman lindi selama 3 menit. Nilai kekeruhan lindi diukur lagi untuk mengetahui kekeruhannya setelah proses koagulasi. Hal yang sama juga dilakukan untuk penentuan konsentrasi fenol dalam lindi setelah proses koagulasi. Nilai kekeruhan lindi dan kadar fenol dalam lindi yang diperoleh dari setiap perlakuan disajikan dalam bentuk grafik. Grafik yang dibuat menyajikan pengaruhph lindi maupun massa koagulan terhadap nilai kekeruhan lindi serta perbandingan setelah koagulasi. 3. Hasil dan Pembahasan Aluminium sulfat merupakan salah satu koagulan yang paling banyak digunakan, mudah didapat dan harganya murah. Dilaporkan oleh Eckenfelder, 1989; Schulz and Okun, 1984; dan Amirtharajah and Mills, 1982 dalam Wardani, dkk. (29) bahwa ph yang efektif untuk koagulan alum adalah 5,5-8,. Proses koagulasi yang tidak dilakukan pada rentang ph tersebut dapat mengakibatkan tidak terbentuknya proses flok sehingga penurunan kekeruhan tidak terjadi secara optimum. Oleh karena itu derajat keasaman larutan sangat mempengaruhi proses koagulasi. Nilai kekeruhan lindi pada variasi ph 5, 6, 7, 8, 9, dan 1 proses koagulasi lindi dengan menggunakan koagulan aluminium sulfat disajikan pada Gambar ph Gambar 1. Pengaruh ph Lindi Terhadap Penurunan Kekeruhan Lindi Pada Proses Koagulasi Pada Gambar 1 dapat diketahui bahwa penurunan kekeruhan lindi semakin meningkat pada ph 5 sampai 8 kemudian menurun hingga ph 1. Aluminium sulfat yang ditambahkan kedalam sampel lindi mengalami proses hidrolisis yang tergantung pada ph sistem. Penurunan kekeruhan akan efektif terjadi dalam suasana basa. Pada ph yang rendah, terdapat monomer aluminium seperti [(Al(OH)] 2+, [Al(OH) 2 ] +, [Al 2 (OH) 2 ] 4+, [Al(OH) 4 ] - dan polimer aluminium seperti [Al 6 (OH) 15 ] 3+, [Al 7 (OH) 17 ] 4+, [Al 8 (OH) 2 ] 4+, [Al 13 (OH) 34 ] 5+ (Sahu and Chaudhari, 213) dalam proses koagulasi lindi. Pembentukan endapan Al(OH) 3 mulai terjadi pada ph 4,5 yang keberadaannya semakin banyak pada ph yang lebih tinggi (basa). Spesies terlarut aluminium sebagian besar berada pada ph<4,5 dan ph>8. Oleh karena itu, penurunan kekeruhan lindi yang dimulai dari ph 8 berhubungan dengan adanya endapan yang dominan dari Al(OH) 3. Pada ph 8 terdapat spesies Al(OH) 3 dan Al(OH) 4 - dengan fraksi yang sama dalam lindi (Hossain, 1996). Presipitat Al(OH) 3 yang terbentuk pada ph optimum yaitu 8 mendorong terjadinya mekanisme sweep coagulation atau penjebakan dalam presipitat. Pada mekanisme ini dihasilkan flok berukuran besar yang mudah mengendap sehingga efisiensi penurunan kekeruhan lebih tinggi dibandingkan dengan mekanisme netralisasi muatan. Proses koagulasi yang dijalankan pada ph yang rendah mengakibatkan terbentuknya endapan Al(OH) 3 tidak dapat terjadi dengan sempurna karena adanya senyawa-senyawa terlarut dalam lindi. Pada keadaan tersebut terjadi netralisasi muatan yaitu presipitat bermuatan positif teradsorpsi pada permukaan koloid yang bermuatan negatif. Peristiwa ini menyebabkan perubahan karakteristik permukaan partikel selanjutnya terjadi reduksi gaya tolak yang menimbulkan koagulasi. Hal ini sejalan dengan Dentel and Gossset dalam Wardani (29) bahwa netralisasi muatan pada partikel bermuatan negatif hanya terjadi setelah kelarutan Al(OH) 3 terlampaui. Flok yang terbentuk pada mekanisme ini memiliki ukuran yang lebih kecil dan halus dibandingkan sweep floc. Partikel pengotor yang ada dalam lindi biasanya berbentuk koloid yang melayang dan mempunyai 2 lapisan muatan listrik di permukaannya, yaitu muatan positif dan negatif. Secara alami ada gaya tarik menarik antar partikel (Van der Walls force) namun karena adanya lapisan negatif 951

4 Konsentrasi Fenol (mg/l) Nilai Kekeruhan (NTU) SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN 214 dipermukaan koloid, maka terjadi gaya tolak menolak (repulsion force) yang menyebabkan koloid tidak pernah bergabung. Kondisi tersebut stabil sepanjang tidak ada penambahan koagulan ke dalam lindi. Penambahan koagulan ke dalam sistem lindi sangat mempengaruhi kekeruhan lindi. Pengaruh penambahan massa koagulan aluminium sulfat 5, 1, 12,5; 15; 2; 25; 37,5; 5; 62,5; 75 dan 87,5 mg dalam 5 ml lindi terhadap kekeruhan lindi disajikan dalam Gambar 2. 1,1,9 1,8,7,6,5,4,3,2, massa tawas (mg) Gambar 2. Pengaruh Massa Koagulan Aluminium Sulfat Terhadap Nilai Kekeruhan Lindi Pada Proses Koagulasi Pada Gambar 2 dapat diketahui bahwa nilai kekeruhan lindi memiliki kecenderungan semakin menurun dengan semakin banyaknya massa koagulan yang ditambahkan ke dalam lindi. Nilai kekeruhan yang paling minimum untuk ph lindi sebesar 8 diperoleh untuk penambahan massa koagulan aluminium sulfat sebesar 2 mg. Nilai kekeruhan lindi cenderung konstan untuk penambahan koagulan yang lebih banyak dari 2 mg. Massa koagulan aluminium sulfat yang semakin banyak dapat menyebabkan peningkatan pembentukan presipitat Al(OH) 3, diikuti adanya frekuensi tumbukan antar partikel yang semakin meningkat sehingga membentuk flok yang lebih besar. Dilaporkan oleh Wardani dkk.(29) bahwa massa koagulan alum yang semakin banyak menyebabkan diperolehnya rentang ph optimum yang lebih lebar. Konsentrasi koloid yang tinggi dalam lindi berbanding lurus dengan tingginya jumlah partikel dalam lindi sehingga meningkatkan frekuensi tumbukan partikel yang terdestabilisasi. Bila konsentrasi partikel koloid terdispersi pada lindi yang encer maka frekuensi tumbukan antar partikel yang terdestabilisasi semakin kecil sehingga pembentukan flok juga semakin kecil. Oleh karena itu diperlukan massa koagulan yang banyak agar pembentukan inti flok dan kontak antar partikel-partikel terdispersi dapat terjadi dalam lindi. Untuk ph proses koagulasi yang tinggi, partikel koloid akan bertindak sebagai inti dan memicu pembentukan agregasi (sweep floc). Efektifnya penggunaan koagulan alum telah dilaporkan oleh Gandhimathi et al.(213) bahwa pada ph larutan yang bersifat basa menghasilkan efisiensi penyisihan nilai COD yang lebih tinggi pada proses koagulasi dengan menggunakan alum dibandingkan dengan penggunaan koagulan ferri klorida. Hal ini disebabkan oleh perbedaan mekanisme hidrolisis koagulan yang dipengaruhi oleh ph, dosis koagulan dan konsentrasi koloid. Pada penggunaan koagulan alum, kesetimbangan yang terjadi dikontrol oleh adanya Al(OH) 3 dan Al(OH) 4 - pada ph>7,2 dan Al(OH) 3 dan Al 13 (OH) pada ph 5,6-7,2. Pada koagulasi terjadi adsorpsi, netralisasi muatan dan pembentukan sweep flocculation. Dilaporkan juga bahwa perubahan ph yang signifikan (4,11-7,37) untuk penggunaan alum,3-,6 g/l telah berhasil menyisihkan 75% COD lindi, dan 27% dengan cara adsorpsi. Kombinasi koagulasi dan adsorpsi dengan menggunakan abu terbang lebih meningkatkan efisiensi penyisihan COD menjadi 82% dibandingkan hanya dengan menggunakan koagulasi saja. Untuk melihat keefektifan proses koagulasi sebagai tahap awal dalam pengolahan fenol dalam lindi di TPA Bengkala, maka dilakukan pengukuran setelah koagulasi. Perbandingan setelah koagulasi dengan menggunakan koagulan aluminium sulfat pada kondisi optimum koagulasi ph 8 dan massa koagulan 2 mg disajikan pada Gambar A Gambar 1. Perbandingan konsentrasi Fenol dalam Lindi Sebelum dan Setelah Proses Koagulasi Pada Gambar 3 dapat diketahui bahwa konsentrasi fenol dalam lindi setelah proses koagulasi lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi fenol dalam lindi sebelum proses koagulasi. Pada ph 8, fenol berada dalam B Sistem Lindi sebelum koagulasi Lindi setelah koagulasi 952

5 bentuk larutan yang teradsorpsi pada endapan Al(OH) 3 yang telah terbentuk. Oleh karena itu, telah terjadi penurunan konsentrasi fenol dalam lindi sebesar 3,7% dibandingkan dengan konsentrasi fenol dalam lindi sebelum dilakukan proses koagulasi lindi. 4. Simpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil simpulan bahwa proses koagulasi lindi yang optimum diperoleh untuk ph lindi 8 dan massa koagulan aluminium sulfat 2 mg dalam 5 ml lindi. Konsentrasi fenol dalam lindi setelah proses koagulasi mengalami penurunan dari 42,21875 mg/l menjadi 38,5142 mg/l. 5. Ucapan Terima Kasih Terima kasih kami sampaikan kepada Direktur Penelitian dan Pengabdian Pada Masyarakat Pendidikan Tinggi yang telah mendanai penelitian ini melalui Penelitian Hibah Bersaing Tahun Daftar Pustaka Bui, H.B., Nguyen, L.T. and Dang, L.D. (212). Biodegradation of Phenol by Native Bacteria Isolated From Dioxin Contaminated Soil. J.Bioremed.Biodeg. ISSN : Costa, L.L., and Prado, A.G.S. (29). TiO 2 Nanotubes as Recyclable Catalyst for Efficient Photocatalytic Degradation of Indigo Carmine Dye, Journal of Photochemistry and Photobiology A Dixit, A., Mungray, A.K., and Chakraborty, M. (21). Photochemical Oxidation of Phenol and Chlorophenol by UV/H 2 O 2 /TiO 2 Process : A Kinetic Study. International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 1, No. 3, October 21 ISSN: Gandhimathi, R., Durai, N.J. Nidheesh, P.V. Ramesh, S.T., and Kanmani, S. (213). Use of Combined Coagulation-Adsorption Process As Pretreatment of Landfill Leachate. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering. 1:24. Hossain,M.D. (1996). Mechanism of Coagulation of Coloured Water With Aluminium Sulphate. Journal of Civil Engineering. Vol 24(2) : Kuo, W.S., and Lin, I.T. (29). Biodegradability of Chlorophenol Wastewater Enhanced By Solar Photo-Fenton Process. 59 : Parmar, K.A., Prajapati,S., Patel, R., and Dabhi, Y. (211). Effective Use Of Ferrous Sulfate and Alum As A Coagulant In Treatment Of Dairy Industry Wastewater. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. Vol 6(9) pp Raju, M.V.S. (212). Contamination of Ground Water Due To Landfill Leachate.International Journal of Engineering Research. 1(2). pp Rui, L.M., Daud, Z. And Latif, A.A.A. (212). Coagulation-Flocculation In Leachate Treatment By Using Ferric Chloride And Alum As Coagulant. International Journal of Engineering Research and Applications. Vol 2 pp Sahu, O.P and Chaudhari, P.K. (213). Review on Chemical Treament of Industrial Waste Water. J.Appl.Sci.Environ.Manage. Vol 17(2) Samadi, M.T., Saghi, M.H., Rahmani, A., Hasanvand, J., Rahimi, S., Syboney, M.S. (21). Hamadan Landfill Leachate Treatment By Coagulation-Flocculation Process. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng. Vol 7(3) pp Wardani, R.S., Iswanto, B., dan Winarni. (29). Pengaruh ph Pada Proses Koagulasi Dengan Koagulan Aluminium Sulfat dan Ferri Klorida. Jurnal Teknologi Lingkungan. Vol 5(2). Hal Wong, C.L., Tan, Y.N., and Mohamed, A.R. (211). Photocatalytic Degradation of Phenol Using Immobilized TiO 2 Nanotube Photocatalysts. Journal of Nanotechnology Yuningrat, N.W dan Oviantari, M.V. (213). Fotodegradasi Fenol Pada Lindi dengan Menggunakan Plat Kaca Terimobilisasi TiO 2 pada Reaktor Batch. Prosiding Seminar Nasional Riset Inovatif I. Lembaga Penelitian Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja Bali. 953