KAJIAN PENGGUNAAN METODE ELEKTROKOAGULASI UNTUK PENYISIHAN COD DAN TURBIDITI DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT. Ratni Dewi *) ABSTRAK

Transkripsi

1 KAJIAN PENGGUNAAN METODE ELEKTROKOAGULASI UNTUK PENYISIHAN DAN TURBIDITI DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT Ratni Dewi *) ABSTRAK Limbah perkebunan khususnya limbah cair PKS umumnya mengandung dengan kadar di atas ppm, untuk itu limbah ini harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air. Pada penelitian ini dikaji penggunaan metode elektrokoagulasi untuk menyisihkan kadar dan Turbiditi dari air limbah PKS yang digunakan. Tegangan listrik dan waktu kontak divariasikan, mulai 3-12 volt, serta waktu 30 menit 120 menit. Elektroda yang digunakan terdiri atas 3 jenis, yaitu : sepasang elektroda Al. Elektroda besi dan gabungan keduanya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penggunaan elektroda Al memberikan penyisihan dan turbiditi yang paling besar yakni 87 % dan 91 % pada waktu kontak 120 menit dan tegangan 12 volt. Dari ketiga variabel penelitian diperoleh waktu kontak, tegangan listrik, dan jenis elektroda sangat mempengaruhi proses elektrokoagulasi. Kata Kunci : Pabrik kelapa sawit, Elektrokoagulasi, Elektroda, Aluminium, Besi PENDAHULUAN Berbagai limbah yang dihasilkan oleh industri, baik dari segi karakteristik maupun segi debit sangat bervariasi. Pada umumnya, industri dengan skala produksi besar akan menghasilkan limbah yang kontinyu, sedangkan industri dengan skala kecil akan menghasilkan limbah yang tidak kontinyu sesuai dengan masa produksinya. Dari segi karakteristik, limbah yang dihasilkan industri tersebut dapat mencemari lingkungan. Salah satunya adalah industri minyak kelapa sawit.industri minyak kelapa sawit termasuk industri hulu yang saat ini keberadaannya memegang peranan penting dalam menambah devisa negara. Dalam produksinya selain menghasilkan minyak mentah kelapa sawit, juga dihasilkan limbah cair dengan kapasitas yang cukup besar. Limbah ini berasal dari air drab, air *) Staf Pengajar 27 kondensat, air proses dan air hydrocyclone. Bahan-bahan yang terkandung dalam limbah tersebut antara lain minyak grease, NH 3 -N,, BOD, dan TSS dengan konsentrasi yang sangat tinggi. dan turbiditi (kekeruhan) merupakan salah satu parameter yang sangat menentukan dalam mempertimbangkan kualitas air limbah, apakah limbah tersebut layak atau tidak untuk dibuang ke badan air atau lingkungan. Dalam limbah industri kelapa sawit konsentrasi yang ada berkisar mg/l (Ponten, 1996), sedangkan batasan maksimum baku mutu limbah kelapa sawit yang diijinkan pemerintah hanya sebesar 500 mg/l (Kep. 03/MENKLH/II/1991). Begitu pula dengan tingkat kekeruhan air limbah tersebut, yang sangat berkaitan dengan kadar yang terkandung di dalamnya. Dengan

2 konsentrasi yang demikian tinggi, limbah tersebut dapat menyebabkan kerusakan pada kehidupan aquatik dan menimbulkan bau yang tidak sedap. Bahan bahan padatan akan mengendap di sungai dan menutupi sinar matahari untuk masuk hingga ke dasar sungai, sehingga akan membunuh tumbuhan atau hewan air. Selain itu juga menyebabkan kapasitas tampung badan air berkurang karena adanya endapan dari limbah minyak kelapa sawit. BOD dan yang jauh lebih tinggi dari baku mutu limbah cair akan membebani lingkungan. Oksigen yang terlarut dalam badan air akan digunakan untuk menguraikan limbah tersebut sehingga akan terjadi defisit oksigen. Hal ini sama saja dengan membunuh tumbuhan atau tanaman yang hidup dibadan air tersebut yang juga membutuhkan oksigen terlarut untuk pernafasannya. Setelah terjadi defisit oksigen maka akan terjadi perombakan bahan organik yang terdapat pada limbah industri minyak kelapa sawit secara anaerob. Masalah bertambah lagi dengan adanya proses anaerob ini karena bahan organik akan diuraikan menjadi gas gas rumah kaca yaitu gas metana dan gas karbondioksida. Selain itu akan mengeluarkan bau yang tidak enak karena proses anaerob juga menghasilkan gas H 2 S. Oleh sebab itu sebelum dibuang ke lingkungan, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Penyisihan tersebut akan ikut menurunkan tingkat kekeruhan dalam air. Pengolahan limbah pada umumnya memerlukan biaya yang mahal, oleh karena itu perlu dicari metode pengolahan yang sederhana, aman dan murah. Salah satu alternatif pengolahan tersebut yaitu dengan metode Elektrokoagulasi. TINJAUAN PUSTAKA Elektrokoagulasi merupakan suatu metode pengolahan limbah dengan menggabungkan metode elektrolisis dan koagulasi. Menurut Fadil (2006), melalui proses elektrolisis akan dihasilkan kation-kation (pada anoda) yang akan bereaksi dengan air membentuk kation hidrat. Kation hidrat ini akan mengikat koloid-koloid yang bermuatan negatif dalam air dan membentuk flok (koagulasi). Dengan demikian akan menurunkan tingkat pengotor dalam air. Elektrokoagulasi merupakan metode yang sederhana dan sangat efisien dalam penanganan limbah cair. Beberapa literatur menyebutkan, metode ini sangat cocok digunakan untuk pengolahan limbah pabrik kertas, industri pangan dan industri tekstil, yang semuanya memiliki kadar yang sangat tinggi (Chen, 2007). Kajian tentang metode elektrokoagulasi dalam pengolahan air limbah telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya, diantaranya oleh Sunardi (2007), Masnur (2008), Chen (2007) dan M. Faiqun dkk (2007). Penelitian penyisihan logam Pb, Cd dan TSS dalam limbah radioaktif dilakukan oleh Sunardi (2007), dan dihasilkan efisiensi penyisihan sebesar %. Demikian pula Masnur (2008) melakukan kajian penyisihan kekeruhan dalam air tanah dangkal dengan elektroda aluminium. Sedangkan Chen (2007) menggunakan elektrode besi untuk menyisihkan kadar minyak dalam air dengan efisiensi penyisihan sebesar 97 %. M. Faiqun dkk (2007) menguji kadar dan 28

3 turbiditi pada limbah artifisial (susu bubuk yang dilarutkan) dan dihasilkan efisiensi penyisihan sebesar 72 % dan 95 %. Atas dasar pertimbangan di atas, maka pada penelitian ini akan dikaji lebih mendalam metode elektrokoagulasi dalam penyisihan konsentrasi dan turbidity dalam limbah industri kelapa sawit. Pada penelitian ini akan diteliti efektifitas dan efisiensi metode elektrokoagulasi dalam menyisihkan konsentrasi dan turbiditi dengan memperhatikan pengaruh variabelvariabel yang ada, seperti variasi jenis elektroda, tegangan listrik, waktu tinggal (retention time) dan konsentrasi larutan elektrolit. Metode Elektrokoagulasi Elektrokoagulasi merupakan teknologi pengolahan air limbah secara elektrokimia dan koagulasi. Elektrokimia sendiri didefenisikan sebagai bidang ilmu kimia yang mempelajari hubungan timbal balik antara perubahan kimia dengan gejala listrik. Sedangkan koagulasi adalah penggumpalan partikel koloid dan membentuk endapan. Dengan terjadinya koagulasi, berarti zat terdispersi tidak lagi membentuk koloid. Koagulasi dapat terjadi secara fisik seperti pemanasan, pendinginan dan pengadukan atau secara kimia seperti penambahan elektrolit dan pencampuran koloid yang berbeda muatan. Elektrokoagulasi adalah suatu proses yang sangat kompleks, dimana melibatkan peristiwa fisika dan kimia. Terdapat tiga mekanisme yang kemungkinan terjadi di dalam proses yaitu : - Elektro-koagulasi - Elektro-flotasi - Elektrooksidasi Pada metode ini digunakan dua buah elektroda untuk menghasilkan ion-ion di dalam air limbah. Umumnya elektroda yang dipakai adalah elektroda besi, aluminium dan platina. Dalam prosesnya, kedua elektroda dialiri arus searah yang melewati kedua elektroda, sehingga akan terjadi reaksi oksidasi pada anoda dan reduksi pada katoda. Prinsip dari metode elektrokoagulasi ditunjukkan dalam gambar 1 di bawah ini. Adapun mekanisme reaksi untuk kedua elektroda tersebut adalah sebagai berikut : (a) Mechanism 1 : Anode : Fe (s) Fe 2+ (aq) + 2 e Fe 2+ (aq) + 2 OH - 2 (s) Cathode : 2 H 2 O (l) + 2 e 2 (g) + 2 OH - (aq) Overall : Fe (s) + 2 H 2 O (l) Fe(OH) 2 (s) + H 2 (g) (b) Mechanism 2 : 2+ (aq) + 8 e 4 Fe 2+ (aq) + 10 H 2 O (l) + O 2 3 (s) + 8 H + (aq) Cathode : 8 H + (aq) + 8 e 2 (g) Overall : 4 Fe (s) + 10 H 2 O (l) + O 2 (g) 4 Fe(OH) 3 (s) + 4 H 2 (g) 29

4 . Gambar 1. Prinsip elektrokoagulasi dalam larutan elektrolit menyisihkan polutan (sumber : Fadhil, 2006) untuk Metode elektrokoagulasi dalam pengolahan air dan limbah cair sudah dilakukan oleh peneliti sebelumnya, salah satunya M. Faiqun (2007). Dalam penelitiannya M. Faiqun (2007) menggunakan metode elektrokoagulasi untuk menyisihkan kadar dan turbiditi dari limbah artifial (susu bubuk yang dilarutkan). Adapun variabel penelitian yang diteliti adalah variasi kuat arus sebesar 3,51 A dan 5,62 A serta waktu tinggal menit, dengan cairan elektrolit HCl 1 N. Limbah artifisial yang digunakan mengandung kadar dan turbiditi sebesar 967 mg/l dan 491 NTU. Setelah dilakukan proses elektrokoagulasi diperoleh penyisihan sebesar 267 mg/l ( 72 %), sedangkan pengurangan turbidi menjadi 20 NTU (95 %). Dengan dasar penelitian ini, akan dicoba mengkaji penggunaan metode elektrokoagulasi untuk menyisihkan kadar dan turbiditi pada limbah sebenarnya yaitu limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) dengan variasi : tegangan listrik, konsentrasi NaCl (larutan elektrolit), waktu kontak, dan jenis elektroda. METODE PENELITIAN Variabel Tetap : - Volume sampel : 2700 ml - awal sampel (sesuai dengan kondisi limbah) - Pelarut elektrolit : NaCl Variabel Bebas : - Waktu Kontak (Retention Time): 30 mnt ; 60 mnt ; 90 mnt dan 120 mnt 30

5 - Variasi tegangan listrik : 3 Volt ; 6 Volt ; 9 Volt ; 12 V - Jenis Elektoda : - sepasang elektroda Fe - Sepasang elektroda Aluminium Variabel Terikat : - Konsentrasi - Turbiditi (tingkat kekeruhan) Tahap Pelaksanaan Analisa Pendahuluan Terhadap Limbah Cair Industri Kelapa Sawit Tahapan ini dimaksudkan untuk mengetahui kondisi awal limbah, yaitu konsentrasi, turbiditi dan limbah sebelum dilakukan proses elektrokoagulasi. - Limbah cair ini disaring terlebih dahulu sebelum dianalisa untuk menghilangkan padatan yang terikut dalam air limbah - Diukur konsentrasi limbah dengan metode Close Refluks, sedangkan dan turbiditi diukur dengan alat meter dan turbidimeter. Proses Elektrokoagulasi - Limbah cair di atas dimasukkan ke dalam reaktor elektrokoagulasi sebanyak 500 ml - Ditambahkan larutan NaCl sebagai elektrolit dengan konsentrasi 1N - Kemudian kedua elektroda besi dimasukkan dalam air limbah tersebut dan dihubungkan dengan adaptor, sehingga terbentuk sirkuit listrik - Proses di atas berlangsung selama 30 menit di dalam rektor, kemudian limbah tersebut dialirkan ke bak sedimentasi. - Setelah terjadi proses pengendapan, filtrat atau supernatan dianalisa kembali konsentrasi, turbiditi dan dianalisa dengan metode close refluks, sedangkan turbiditi dan diukur dengan menggunakan Turbidimeter dan meter. - Ulangi tahap-tahap di atas untuk variasi jenis elektroda, variasi tegangan listrik, dan variasi waktu tinggal. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Teknologi Air dan Pengolahan Limbah, Politeknik Negeri Lhokseumawe. Adapun hasil analisa kadar, turbidity dan dari air limbah PKS, baik sebelum proses elektrokoagulasi, maupun setelah proses tersebut, ditampilkan pada tabel 3 sampai tabel 5 di bawah ini. Tabel 1. Hasil Analisa Kadar, Turbiditi dan (Sebelum Proses Elektrokoagulasi) Parameter Nilai (mg/lt) ,67 Dari hasil analisa di atas, terlihat bahwa nilai, turbidity dan dari limbah cair PKS jauh di atas ambang batas harga maksimum dari masingmasing parameter untuk layak di buang ke badan air. Menurut Satria (1999), batas maksimum sebesar 350 mg/l, sedangkan berkisar antara 6-9. Adapun hasil pengolahan limbah PKS secara elektrokoagulasi memberikan penyisihan yang bervariasi baik untuk parameter, dan turbiditi, seperti terlihat di tabel 3 (untuk elektoda aluminium), dan tabel 3 (untuk elektroda Besi) 31

6 Volt Tabel 2. Hasil Analisa, dan Setelah Proses Elektrokoagulasi Dengan Menggunakan Sepasang Elektroda Aluminium (Al) 30 Menit 60 Menit 90 Menit 120 Menit , , , , , , , , , , , , , Tabel 3. Hasil Analisa, dan Setelah Proses Elektrokoagulasi Dengan Menggunakan Sepasang Elektroda Besi (Fe) Volt 30 Menit 60 Menit 90 Menit 120 Menit , , , , , , , , , , , , , , , ,

7 Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Proses Elektrokoagulasi dengan Elektroda Aluminum Dari hasil analisa yang dilakukan terhadap Limbah Cair PKS setelah proses elektrokoagulasi terhadap parameter, Turbiditi dan dengan menggunakan elektroda Al didapat hasil seperti yang ditampilkan pada Tabel 2. Dari tabel 2, yaitu proses elektokoagulasi dengan menggunakan sepasang elektroda aluminium, menunjukkan variasi waktu kontak dan tegangan listrik yang diberikan memberikan kenaikan harga yang tidak signifikan, sedangkan untuk parameter dan turbiditi dihasilkan tingkat penyisihan yang sangat bagus. Penyisihan yang paling baik dihasilkan pada waktu kontak 120 menit dan tegangan listrik 12 volt, baik untuk maupun turbidity. Dari data yang di dapat menunjukkan waktu kontak sangat mempengaruhi penyisihan dan turbiditi. Proses oksidasi dan reduksi yang terjadi di anoda dan katoda, menghasilkan reaksi sebagai berikut : Pada Anoda 3 Al( s) Al ( aq) 3e 3 Al aq OH aq Al OH 3 s ( ) 3 ( ) ( ) ( ) Pada katoda : 3 3 H2O( l) 3 e H 2( g) 3OH 2 Ion Al 3+ yang dilepaskan pada anoda akan bereaksi dengan ion OH - dan koloid-koloid yang bermuatan negatif membentuk Al(OH) 3, dan endapan ini perlahan-lahan akan mengendap di dasar reaktor. Sedangkan reaksi reduksi pada katoda menghasilkan gas hidrogen (H 2 ) yang akan membawa koloid-koloid zat pengotor naik ke permukaan reaktor (flotasi). Hal ini ditandai dengan adanya gelembung/buih yang sangat banyak, yang ikut membawa kotoran. Kedua proses di atas sangat efektif dalam meurunkan konsentrasi dan kekeruhan dalam limbah PKS. Penurunan dengan konsentrasi awal mg/l berkurang menjadi 1600 mg/l. Hal ini diperjelas pada Gambar 2 dan Gambar T = 30 Mnt T = 60 Mnt T = 90 Mnt T = 120 Mnt Tegangan Listrik (Volt) Gambar 2. Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penyisihan Pada Limbah Cair PKS Dengan Variasi Waktu Kontak dan Elektroda Al. 33

8 Turbiditi Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) T = 30 Mnt T = 60 Mnt T = 90 Mnt T = 120 Mnt Tegangan Listrik (Volt) Gambar 3. Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penyisihan Kekeruhan (Turbiditi) Pada Limbah Cair PKS Dengan Variasi Waktu Kontak dan Elektroda Al. Dari Gambar 2 dan Gambar 3 dapat dilihat bahwa persen penyisihan yang paling optimal diperoleh sebesar 87 %, sedangkan persen penyisihan turbiditi 91 % pada waktu kontak 120 menit dan tegangan 12 volt. Proses Elektrokoagulasi dengan Elektroda Besi Dari hasil analisa yang dilakukan terhadap Limbah Cair PKS setelah proses elektrokoagulasi terhadap parameter, Turbiditi dan dengan menggunakan elektroda Besi didapat hasil seperti yang ditampilkan pada Tabel 3. Dari tabel 3, terlihat variasi waktu kontak dan tegangan listrik memberikan penurunan yang cukup signifikan terhadap dan turbiditi, tapi jika dibandingkan dengan penggunaan elektroda Al, penyisihan yang didapat jauh lebih kecil dengan persen penyisihan masing-masing sebesar 73 % dan 72 %. Selama proses elektrokoagulasi (EK) berlangsung, terjadi reaksi oksidasi dan reduksi pada katoda dan anoda sebagai berikut : Pada anoda : 2 Fe( s) Fe ( aq) 2e 2 Fe aq OH aq Fe OH 2 s ( ) 2 ( ) ( ) ( ) Pada katoda : 2 H O( l) 2 e H ( g) 2OH 2 2 Pada anoda, plat besi (Fe) yang digunakan akan teroksidasi menghasilkan ion Fe 2+, dimana ion ini akan bereaksi dengan koloid-koloid yang bermuatan negatif dan membentuk flok Fe(OH) 2. Makin lama proses EK berlangsung, maka akan semakin banyak koloid-koloid yang terikat membentuk flok-flok. Akibatnya terjadi penurunan jumlah koloid pengotor, yang akhirnya akan berdampak pada penurunan konsentrasi dan kekeruhan dari air limbah tersebut. Tetapi jika dibandingkan dengan penggunaan plat aluminium, persentase penyisihan yang diperoleh sedikit lebih rendah. Hal ini terjadi karena kemampuan ion Aluminium (Al 3+ ) untuk berikatan membentuk flok dengan koloid- 34

9 Turbiditi Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) koloid pengotor jauh lebih besar dibandingkan dengan kemampuan ion Fe 2+. Penyisihan dan turbiditi juga diperkuat dengan adanya proses flotasi dari H 2 yang membawa kotoran-kotoran naik ke permukaan ikut mempercepat proses penyisihan kedua parameter tersebut. Hal ini diperjelas dengan Gambar 4 dan Gambar 5. Partikel-pratikel koloid dalam air akan memperlihatkan fenomena yang disebut gerak Brown, dimana partikel-partikel koloid akan bergerak lurus dengan arah yang tidak beraturan. Gerak Brown akan berlangsung terus menerus, karena gaya-gaya yang bekerja pada partikel akan dihasilkan terus menerus oleh tumbukan antar partikel T = 30 Mnt T = 60 Mnt T = 90 Mnt Tegangan Listrik (Volt) Grafik 4. Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penyisihan T = 30 Mnt T = 60 Mnt T = 90 Mnt T = 120 Mnt Tegangan Listrik (Volt) Grafik 5. Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penyisihan turbiditi 35

10 Hal ini menunjukkan bahwa partikel koloid memiliki muatan tertentu yang sama (muatan negatif). Proses elektrokimia yang terjadi pada katoda dan anoda akan mengakibatkan terjadinya pengendapan koloid sehingga membentuk partikel yang lebih besar (flok) dan memudahkan pengendapan. Semakin banyak partikel koloid yang diikat oleh ion-ion yang dilepaskan pada anoda dan katoda, akan semakin besar pula tingkat penurunan kekeruhan dan dalam air limbah tersebut. KESIMPULAN 1. Metode Elektrokoagulasi mampu menyisihkan dan turbiditi limbah cair PKS. 2. Waktu kontak dan tegangan listrik yang diberikan pada proses elektrokoagulasi sangat mempengaruhi proses penyisihan, Turbiditi dan peningkatan. 3. Persen Penyisihan optimal untuk dan Turbiditi diperoleh sebesar 87 % dan 91 %, yaitu pada waktu kontak 120 menit dan tegangan listrik 12 volt 4. Diantara kedua jenis elektroda yang digunakan, elektroda Aluminium memberikan persen penyisihan yang paling optimal untuk proses elektrokoagulasi. DAFTAR PUSTAKA Agustina Haruki (2006), Land Application Sebagai Alternatif 3R Pada Industri Kelapa Sawit, Kementrian Negara Lingkungan Hidup. Chen (2007) Electrochemical coagulation for oily water demulsification, Separation and Purification Technology Fadhil Othman (2006), Enhancing Suspended solids Removal from Waste Water Using Fe Electrode, Malaysian Journal Of Civil Enginering : (2006) Masnur P (2008), Efektifitas dan Efisiensi Proses Elektrokoagulasi Untuk Penurunan Kekeruhan Air Sumur Dangkal Guna Meningkatkan Kualitas air Minum, Tesis, USU M. Faiqun (2007), Removal of and to Improve Wastewater Quality Using Electrocoagulation Technique, The Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol. 11 No. 1 : Ponten (1996), Teknologi Pengolahan Minyak Sawit, Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan. Sunardi (2007), Pengaruh Tegangan Listrik & Kecepatan Alir Terhadap Hasil Pengolahan Limbah Cair Yang mengandung logam Pb, Cd dan TSS Menggunakan Alat Elektrokoagulasi. Seminar Nasional III, SDM Teknologi Nuklir. Satria,Harry, 1999, Disain instalasi Pengolahan Limbah Cair Industri, Minyak Kelapa Sawit, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Lingkungan ITB. 36