PENERAPAN ELEKTROOSMOSIS UNTUK PENGERINGAN SLUDGE AIR LINDI DARI SAMPAH DAN LUMPUR ENDAPAN PENGOLAHAN AIR MINUM JUNISKA MURIA SARININGPURI A

Transkripsi

1 i PENERAPAN ELEKTROOSMOSIS UNTUK PENGERINGAN SLUDGE AIR LINDI DARI SAMPAH DAN LUMPUR ENDAPAN PENGOLAHAN AIR MINUM JUNISKA MURIA SARININGPURI A PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA LAHAN DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

2 ii PENERAPAN ELEKTROOSMOSIS UNTUK PENGERINGAN SLUDGE AIR LINDI DARI SAMPAH DAN LUMPUR ENDAPAN PENGOLAHAN AIR MINUM JUNISKA MURIA SARININGPURI A Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA LAHAN DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

3 iii RINGKASAN JUNISKA MURIA SARININGPURI. Penerapan Elektroosmosis untuk Pengeringan Sludge Air Lindi dari Sampah dan Lumpur Endapan Pengolahan Air Minum. Di bawah bimbingan DYAH TJAHYANDARI S dan DARMAWAN. Limbah cair sebagai bagian sisa aktifitas kehidupan manusia banyak membawa permasalahan, karena itu harus dikelola terlebih dahulu dalam suatu sistem Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) sebelum kemudian dilepas ke lingkungan. Namun, pengelolaan limbah cair juga masih menghasilkan residu berupa endapan semi padatan yang sering dikenal dengan lumpur (sludge). Sludge berbentuk bahan semi padat dan berasal dari berbagai campuran sehingga menyulitkan saat sludge akan ditranportasikan. Disamping itu, sludge masih mengandung bahan-bahan berbahaya bagi lingkungan. Oleh sebab itu perlu satu teknologi untuk mengurangi kadar air dalam sludge agar mudah ditransportasikan serta mengurangi kadar bahan berbahaya di dalamnya. Salah satu metode yang mulai diterapkan adalah elektroosmosis. Prinsip dasar dari teknologi ini adalah memberi arus listrik pada suatu media yang jenuh air, sehingga akan menarik molekul-molekul air yang menjadi mantel di kation atau anion pada media tersebut ke arah kutub yang berlawanan. Penelitian pengeringan dengan teknik elektroosmosis ini menggunakan dua tipe sludge yaitu sludge IPAL Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang dan Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Kota Bogor. Penelitian ini didesain pada skala laboratorium (bench scale) dengan perlakuan pasangan elektroda dan voltase yang berbeda. Alat yang digunakan terdiri dari: (1) kotak dari bahan akrilik dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 30 x 10 x 8 cm dengan tebal 0,5mm, (2) elektroda positif dari bahan grafit dan negatif dari bahan tembaga, stainless steel dan kasa stainless steel, (3) kabel penghubung arus listrik, dan (4) power supply sebagai sumber listrik searah dengan voltase 20, 30,dan 35 V. Sludge ditempatkan pada kotak akrilik tersebut. Setelah perlakuan elektroosmosis, slugde dipotong melintang menjadi 6 (enam) potongan setebal 4cm untuk dianalisis secara kimia. Proses pengeringan dengan elektroosmosis dapat dilakukan pada tipe sludge TPA namun tidak pada tipe sludge PDAM. Elektroosmosis dapat menurunkan kadar air sludge dari 1200% menjadi % dalam kurun waktu 50 jam. Arus listrik dengan voltase 30 volt merupakan voltase yang paling efektif dalam pengeringan. Pasangan elektroda grafit dan tembaga memiliki kemampuan yang setara dengan pasangan elektroda grafit dan stainless steel, dan masih lebih unggul dibandingkan pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel. Proses elektroosmosis dapat menurunkan kadar unsur-unsur dalam sludge. Kata kunci : elektroosmosis, limbah, pengeringan, sifat kimia, sludge

4 iv SUMMARY JUNISKA MURIA SARININGPURI. Application of Electro-osmosis for Dewatering of Sludge from Leachet Water of Final Disposal and Sludge from Drinking Water Treatment. Supervised by DYAH TJAHYANDARI S and DARMAWAN. Liquid waste as part of residual activities of human life bring many problems that necessary to be treated within a Wastewater Treatment Plant (WWTP) before released to the environment. However the liquid waste treatment still produces a semi-solid residue which known as sludge. As a semi-solid material and derived from a variety of mixed waste, sludge is difficult to be transported and still contains harmful substances to the environment. Therefore, it needs a technology to reduce the water content in sludge to make it easily transported and to reduce the levels of the harmful substances. One method that has been introduced is electro-osmosis. Basic principle of this technology is to provide an electrical current in a water-saturated media. It will attract water molecules that cover the cations or anions in the media toward the opposite pole. The dewatering research with an electro-osmosis technique used two types of sludges, one taken from the WWTP of Final Disposal Bantar Gebang and the other one from the Bogor Regional Water Company. This study was designed at a bench scale with two different treatments that is pair of electrodes and voltage. The instruments that used consist of: (1) box from acrylic material with length, width and height of 30 x 10 x 8 cm and 0.5 mm thick, (2) the positive electrode is graphite material and the negative consist of copper, stainless steel and stainless steel gauze, (3) cable connecting the electrical current and (4) a power supply with voltage of 20, 30, and 35 V. Sludge was placed in the acrylic box. After electroosmosis treatment finished, slugde was cut crosswise into 4 cm thick slices, and be analyzed chemically. The dewatering process with electro-osmosis method can be conducted on the type of final disposal sludge but not on the type of Regional Water Company sludge. Electro-osmosis can lower the water content of sludge from 1200% to % within 50 hours. The most effective voltage in dewatering with electroosmosis is within 30 volts. Pair of graphite electrodes and copper have an equal ability to the pair of graphite and stainless steel electrodes, and still more superior than graphite electrode and stainless steel gauze pair. Electro-osmosis process can reduce levels of the unsure in the sludge. Key words: chemical properties, drainage, electro-osmosis, sewage, sludge

5 v LEMBAR PENGESAHAN Judul Penelitian Nama Mahasiswa Nomor Pokok : Penerapan Elektroosmosis untuk Pengeringan Sludge Air Lindi dari Sampah dan Lumpur Endapan Pengolahan Air Minum : Juniska Muria Sariningpuri : A Menyetujui, Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Dr. Dyah Tjahyandari S, MApplSc Dr. Darmawan, MSc NIP NIP Mengetahui, Ketua Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya lahan Dr. Ir. Syaiful Anwar, M.Sc NIP Tanggal Lulus :

6 vi RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pati, Jawa Tengah pada tanggal 30 Juni Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara pasangan Pudji Rahardjo dan Handariningsih. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDK YBPK Mojowarno, Jombang pada tahun 2001, kemudian melanjutkan pendidikan sekolah menengah pertama di SMP Negeri 1 Mojowarno, Jombang. Penulis melanjutkan studinya ke SMA Negeri 2 Jombang dan telah menyelesaikannya pada tahun Pada tahun yang sama penulis diterima di jurusan Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Mahasiswa IPB (USMI). Selama studinya di Institut Pertanian Bogor penulis aktif sebagai pengurus Himpunan Mahasiswa Ilmu Tanah (HMIT) serta dalam Persekutuan Mahasiswa Kristen (PMK) IPB. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum Survai Tanah dan Evaluasi Lahan, Sistem Informasi Geografis, serta Morfologi dan Klasifikasi Tanah pada tahun 2011.

7 vii KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur bagi Tuhan Yang Maha Esa. Atas berkat dan izin-nya lah skripsi dengan judul Penerapan Elektroosmosis untuk Pengeringan Sludge Air Lindi dari Sampah dan Lumpur Endapan Pengolahan Air Minum sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pertanian, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor dapat diselesaikan. Berbagai dukungan serta doa dari banyak pihak jugalah yang mendukung penulis menyelesaikan tulisan ini. Kepada mereka penulis ucapkan terima kasih : 1. Kepada Dr. Dyah T Suryaningtyas dan Dr. Darmawan, terima kasih atas kesempatan serta bimbingan yang diberikan selama penelitian. 2. Kepada Dr. Dwi Putro Tejo Baskoro selaku dosen penguji atas kritik dan sarannya dalam perbaikan skripsi. 3. Kepada keluarga saya Pudji Rahardjo (ayah) dan Handariningsih (ibu), serta Noviska Medicaliana (kakak) dan Andhika Putra Rahardjo (adik) atas kasih sayang dan doa yang senantiasa menyertai penulis. 4. DIKTI yang telah mendanai penelitian ini melalui Hibah Fundamental. 5. Kepada pimpinan dan staf TPA Bantar Gebang Bekasi dan PDAM Tirta Pakuan Bogor atas bantuan dan fasilitas yang diberikan dalam penelitian ini. 6. Staf Laboratorium Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian IPB yang telah membantu penulis dalam melakukan kegiatan penelitian. 7. Semua pihak yang telah berperan dalam selesainya tugas akhir ini yang tidak dapat dituliskan satu persatu Semoga skripsi ini bermanfaat. Bogor, Februari 2012 Juniska Muria Sariningpuri

8 viii DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Limbah cair Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) IPAL TPA Bantar Gebang IPAL PDAM Kota Bogor Sludge Jenis dan karakteristik sludge Teknologi pengelolaan sludge Elektrokinetik dan pemanfaatannya Elektrokinetik Pemanfaatan elektrokinetik untuk remidiasi tanah Elektrokinetik untuk pengeringan (dewatering) Elektrokinetik untuk mengurangi kadar logam berat...10 BAB III BAHAN DAN METODE Kerangka Penelitian Waktu dan Tempat Bahan dan Alat Tahapan Penelitian Pengambilan sampel sludge Analisis karakteristik awal dari sludge Perlakuan elektroosmosis pada sludge Analisis kimia sludge di akhir elektroosmosis...14 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik sludge Sludge TPA Bantar Gebang...15

9 ix Sludge PDAM Kota Bogor Perubahan arus listrik Perubahan arus listrik pada sludge TPA Bantar Gebang Perubahan arus listrik pada sludge PDAM Kota Bogor Perubahan kadar air Karakteristik sludge setelah elektroosmosis Karakteristik efluen BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 39

10 x DAFTAR TABEL No Teks Halaman 1. Perpindahan logam berat pada tanah liat secara elektrokinetik (Korolev, 2006) Metode analisis sludge Karakteristik sludge TPA Bantar Gebang Karakteristik sludge PDAM Kota Bogor Kadar unsur-unsur dalam efluen dari sludge No Lampiran Halaman 1. Perubahan arus listrik pada perlakuan 20 volt Perubahan arus listrik pada perlakuan 30 volt Perubahan arus listrik pada perlakuan 35 volt Perubahan kadar air pada perlakuan 20 volt Perubahan kadar air pada perlakuan 30 volt Perubahan kadar air pada perlakuan 35 volt Perubahan ph setelah proses elektroosmosis Perubahan EC setelah proses elektroosmosis Kadar P total setelah elektroosmosis Kandungan unsur-unsur mikro (Fe, Zn, Cu, Mn) terekstrak air setelah proses elektroosmosis Kandungan unsur-unsur mikro (Fe, Zn, Cu, Mn) terekstrak HCl 25% setelah proses elektroosmosis Kandungan basa-basa total (Ca, Mg, K, Na) terekstrak air setelah proses elektroosmosis Kandungan basa-basa total (Ca, Mg, K, Na) terekstrak HCl 25% setelah proses elektroosmosis Kandungan logam berat (Pb, Cd) ekstrak air dan HCl 25% setelah proses elektroosmosis... 47

11 xi DAFTAR GAMBAR No Halaman 1. Proses IPAL TPA Bantar Gebang, Bekasi Proses pengolahan air PDAM Kota Bogor Skema teknologi elektrokinetik untuk remidiasi tanah (Reddy, 2002) Alat elektroosmosis : (a) kotak akrilik, (b) elektroda, (c) power supply (a) Model rangkaian elektroosmosis, (b) rangkaian perlakuan elektroosmosis Segmentasi sludge setelah elektroosmosis Perubahan arus listrik pada voltase Perubahan arus listrik pada voltase Perubahan arus listrik pada voltase Perubahan arus pada sludge PDAM Kota Bogor Perubahan kadar air pada perlakuan 20 volt Perubahan kadar air pada perlakuan 30 volt Perubahan kadar air pada perlakuan 35 volt Perubahan ph setelah proses elektroosmosis Perubahan EC setelah proses elektroosmosis Perubahan kadar Fe, Mn, Cu, Zn terekstrak air Perubahan kadar Fe, Mn, Cu, Zn terekstrak HCl 25% Perubahan kadar Ca, Mg, K, dan Na terekstrak air Perubahan kadar Ca, Mg, K, dan Na terekstrak HCl 25% Perubahan kadar Pb dan Cd terekstrak air (a,b) dan terekstrak HCl 25% (c,d) Kadar P setelah proses elektroosmosis... 33

12 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Limbah merupakan masalah lingkungan yang harus ditangani. Pengelolaan terhadap limbah perlu dilakukan dengan cara yang tepat dan mudah bahkan dapat dimanfaatkan. Salah satu limbah yang perlu penanganan khusus ialah limbah cair. Oleh sebab itu setiap kegiatan yang menimbulkan limbah cair harus dikelola terlebih dahulu dalam suatu sistem Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) sebelum kemudian dikembalikan ke lingkungan sesuai dengan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 112 Tahun 2003 Pasal 8 tentang baku air limbah domestik. Hal tersebut jugalah yang dilakukan pada air lindi di Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang, Bekasi dan air Sungai Cisadane di Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Kota Bogor. Proses pengelolaan limbah cair ternyata tidak bebas limbah, namun masih menghasilkan residu berupa endapan semi padatan yang sering dikenal dengan lumpur (sludge). Sludge merupakan residu dari limbah cair yang bersumber dari berbagai limbah oleh sebab itu sludge sangat mungkin mengandung senyawasenyawa berbahaya baik yang terdapat pada padatannya maupun pada cairannya. Dengan sifatnya yang semi padat dan memiliki kadar air tinggi membuat sludge menjadi sulit untuk dipindahkan. Dalam keadaan yang lebih kering, sludge akan lebih mudah dipindahkan. Tujuan utama dari proses pengeringan ialah untuk mengurangi kadar air dalam sludge, namun efektivitas dari pengeringan sludge sangat ditentukan oleh sifat kimia dan fisik dari sludge tersebut (Lucache et al., 2008). Beberapa teknik pengeringan sudah diterapkan seperti sentrifusi, pengepresan, penyaringan, pembakaran, dan elektroosmosis. Dengan berbagai teknologi pengeringan yang mulai dikembangkan diperlukan satu teknologi yang murah, ramah lingkungan, serta sedikit mengalami gangguan dari luar. Salah satu teknologi yang dapat dijadikan alternatif ialah elektroosmosis. Teknologi ini mampu menurunkan kadar air suatu media di bawah pengaruh arus listrik (Reddy, 2005). Prinsip dasar dari teknologi ini adalah memberi arus listrik pada suatu media yang jenuh air, sehingga akan menarik molekul-molekul air yang menjadi mantel pada kation atau anion pada media tersebut ke arah kutub yang berlawanan. Dengan demikian,

13 2 proses pengeringan dapat terjadi yang ditunjukkan dengan semakin turunnya kadar air pada sistem. Keunggulan lain dari teknologi ini adalah mampu menurunkan kadar-kadar bahan berbahaya seperti logam berat yang terdapat di dalam sistem, sehingga dapat lebih aman bagi lingkungan Tujuan Tujuan dari penelitian ini ialah : 1. Mencari rancangan sistem dewatering secara elektroosmosis yang dapat menurunkan kadar air sludge paling efisien dengan perlakuan voltase, dan jenis elektroda. 2. Mengetahui pengaruh elektroosmosis terhadap karakteristik kimia sludge sebagai ukuran aman hasil dewatering secara elektroosmosis.

14 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Limbah cair Menurut PP No 82 tahun 2001 limbah cair adalah sisa dari suatu hasil usaha dan atau kegiatan yang berwujud cair. Limbah cair berasal dari dua jenis sumber yaitu limbah rumah tangga (limbah cair domestik) dan industri. Setiap limbah cair wajib melalui pengelolaan sehingga kandungan berbahaya di dalamnya dapat diminimalisasi terlebih dahulu sebelum dilepaskan ke lingkungan, sebab zat-zat berbahaya tersebut dapat mematikan fungsi mikroorganisme yang berfungsi menguraikan senyawa-senyawa dalam air limbah. Penanganan limbah cair biasanya dilakukan secara kimiawi, fisik dan biologi untuk mengeliminasi zat-zat yang berbahaya (Santi, 2004). Limbah cair yang berasal dari limbah kegiatan rumah tangga dan ditampung di Tempat Pembuangan Akhir (TPA) lebih dikenal dengan air lindi (leachate). Limbah yang dibuang ke TPA sebagian besar terdiri atas komponen sampah organik dan sebagian kecil anorganik. Sampah organik akan mengalami proses penguraian atau dekomposisi, yang menghasilkan bahan padat dan gas antara lain CO₂, CH₄, dan sebagian kecil H₂S. Hasil penguraian sampah lainnya adalah berupa asam-asam organik. Asam ini dapat mempengaruhi proses mineralisasi atau penguraian logam-logam yang ada dalam sampah. Asam-asam organik ini dapat terbawa oleh air hujan menjadi air lindi yang akan tertampung dalam Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) (Nuryani et al, 2003). 2.2 Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) IPAL TPA Bantar Gebang Tujuan utama pengolahan air sampah ialah untuk mengurangi kandungan bahan pencemar di dalam air terutama senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba patogen, dan senyawa organik yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme di alam. Proses IPAL yang dilakukan di TPA Bantar Gebang meliputi beberapa tahapan antara lain : pengolahan awal (Pretreatment) tahap ini bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dalam tanah.

15 4 Tahap kedua adalah pengolahan tahap pertama (Primary Treatment), tahapan ini tidak jauh berbeda dengan tahap awal hanya saja pada tahap ini mulai dilakukan netralisasi, penambahan bahan kimia untuk koagulasi, pemisahan serta sedimentasi. Tahapan berikutnya ialah pengolahan tahap kedua (Secondary Treatment), pengolahan pada tahap ini bertujuan untuk menghilangkan zat-zat terlarut yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Pengolahan ini menggunakan alat rotating biological contactor. Setelah air sampah diolah dalam rotating biological contractor air kemudian dipisahkan dengan lumpur melalui alat yang disebut clarifier biologi yang kemudian diproses secara kimia untuk proses koagulasi dan flokulasi. Dari proses ini lumpur (sludge) yang terpisah akan disalurkan pada kolam penampung sludge, sedangkan airnya akan dialirkan ke kolam clean water treatment yang kemudian dialirkan kembali ke sungai setelah memenuhi baku mutu COD sebesar 300mg/l dan BOD sebesar 150 mg/l, serta setelah ph mencapai 6-7 (Anonim, 2011). Keterangan: (1) Bak equalisasi 1 dan 2; (2) bak fakultatif;(3) Rotary biological denitrification; (4) bak aerasi; (5) clarifier kimia;(6) polishing pond;(7) bak pengendapan;(8) clarifier biologi; (9) clean water outlet; (10) bak penampung sludge Gambar 1. Proses IPAL TPA Bantar Gebang, Bekasi.

16 PDAM Kota Bogor Pengolahan air yang dilakukan di PDAM Kota Bogor bertujuan untuk mengolah air sungai Cisadane untuk menjadi sumber air minum bagi masyarakat. Tahap awal yang dilakukan dalam pengolahan air ialah pemisahan air dengan sampah yang berasal dari sungai Cisadane. Setelah air sungai terpisah dengan padatan sampah, air kemudian diolah dalam suatu instalasi agar menjadi aman bagi masyarakat. Besarnya air baku sungai Cisadane yang masuk dalam pengolahan adalah sebesar 1000 liter/detik. Air baku ini kemudian ditambahkan polyalumuniumclorida (PAC) kurang lebih 17 ppm. Tujuan dari penambahan bahan ini adalah untuk memisahkan partikel-partikel dalam air yang tidak dapat dipisahkan secara fisik. Pemisahan partikel ini menggunakan metode koagulasi, flokulasi dan sedimentasi. Air hasil sedimentasi kemudian diolah dalam kolam filtrasi yang akan menghasilkan air bersih. Namun selain menghasilkan air bersih, proses sedimentasi ini juga menghasilkan residu berupa lumpur (sludge). Sludge hasil proses sedimentasi dialirkan dalam kolam-kolam penampung sludge. Untuk penanganan sludge dilakukan secara manual dengan pengerukan pada kolamkolam sludge dengan tenaga manusia. Air bersih dari proses sedimentasi kemudian di desinfeksi untuk meminimalisir mikroba berbahaya dalam air. Proses desinfeksi dilakukan dengan penambahan gas klor 0.9mg/liter ke dalam air yang kemudian dialirkan kepada masyarakat. (a) Keterangan : (a) kolam koagulsi dan flokulasi, (b) sistem filtrasi, (c) kolam penampung sludge (b) Gambar 2. Proses pengolahan air PDAM Kota Bogor. (c)

17 Sludge Pengelolaan limbah cair di Indonesia sudah diberlakukan bagi setiap industri, sedangkan untuk limbah cair domestik belum berlaku secara menyeluruh (Hidayat, 2008). Hasil residu IPAL (sludge) mungkin mengandung unsur-unsur dalam jumlah yang cukup tinggi, selain itu sludge juga sangat mungkin mengandung senyawa-senyawa yang berbahaya. Hasil penelitian Marinova (2005) menunjukan keberadaan unsur hara makro dalam sludge, seperti N, P, dan K. Hal tersebut menjadi dasar untuk memanfaatkan sludge dalam bidang pertanian sebagai pupuk dengan mengelolanya (mengurangi kadar air) terlebih dahulu Jenis dan karakteristik sludge Berdasarkan sumbernya, sludge terdiri dari dua jenis yaitu : a. Sludge dari limbah rumah tangga Jenis sludge ini berasal dari kegiatan dan sanitasi dalam rumah tangga. Karena sumber dari sludge ini adalah limbah dari kegiatan rumah tangga membuat karakteristik dari sludge ini memiliki kandungan bahan-bahan organik yang cukup tinggi. Limbah rumah tangga dikelola dengan ditampung pada Tempat Pembuangan Akhir untuk kemudian diproses lebih lanjut. Penelitian yang dilakukan Marinova (2005) tentang pemanfaatan sludge untuk pertanian menunjukan bahwa sludge dari limbah rumah tangga memiliki kadar unsur-unsur hara seperti N, P,dan K yang tinggi. Namun, selain unsur-unsur hara, di dalam sludge juga ditemukan kadar logam berat seperti Pb, Cd, Cu dan Cr. b. Sludge dari limbah industri Limbah cair dari kegitan industri harus dikelola dalam IPAL. Sludge limbah cair industri sangat sering menimbulkan masalah seperti kematian ikan, keracunan pada manusia dan ternak, kematian plankton, akumulasi dalam daging ikan dan moluska, terutama bila limbah cair tersebut mengandung As, CN, Cr, Cd, Cu, Fe, Hg, Pd dan Zn (Anonim, 2012) Teknologi pengelolaan sludge Karakteristik sludge yang memiliki kadar air yang tinggi membuat sludge lebih sulit untuk dikelola. Beberapa teknik pengeringan sudah diterapkan seperti

18 7 sentrifusi, pengepresan, penyaringan, dan pembakaran. Pengelolaan lain ialah inaktivasi unsur atau senyawa berbahaya melalui penambahan bahan-bahan yang mampu merubah bentuk persenyawaan penyusun sludge menjadi bahan yang tidak berbahaya, inaktif, atau imobil (Liang, 1976). Selain itu ada satu teknologi yang dapat dijadikan alternatif yaitu elektrokinetik Elektrokinetik dan pemanfaatannya Elektrokinetik Salah satu metode pengeringan media jenuh air adalah dengan teknologi elektrokinetik. Prinsip dasar teknik elektrokinetik adalah menyalurkan arus searah (DC) melalui elektroda (anoda dan katoda) dengan voltase rendah sebagai media porous dan lembab sehingga terjadi pergerakan massa di bawah medan listrik. Berdasarkan fenomena bahwa kontaminan yang bersifat mobil dapat bergerak melalui pergerakan massa di bawah pengaruh medan listrik, maka teknik elektrokinetik dapat digunakan untuk meremediasi tanah yang tercemar (Acar dan Alshawabkeh, 1993). Metode ini menggunakan arus listrik yang dialirkan pada dua kutub elektroda, yaitu anoda dan katoda. Pada saat kedua elektroda ini ditanam di dalam proses tanah dan diberi beda potensial, maka akan terjadi proses (a) elektroosmosis, (b) elektrolisis, (c) elektromigrasi dan (d) elektroforesis. a. Elektroosmosis Elektroosmosis adalah pergerakan air dibawah pengaruh potensial listrik yang berubah dari anoda ke katoda, dan terutama dipengaruhi oleh porositas tanah dan zeta potensial dari media tanah (Pamukcu, 1997). Teknologi ini menggunakan arus listrik yang dialirkan pada dua kutub elektroda, yaitu anoda dan katoda. Prinsip dasar teknik elektroosmosis adalah menyalurkan arus searah (DC) melalui elektroda (anoda dan katoda) pada media porous dan lembab sehingga terjadi pergerakan molekul air di bawah medan listrik ( Acar dan Alshawabkeh, 1993). b. Elektrolisis Selama proses elektrokinetik berlangsung terjadi juga proses elektrolisis dengan persamaan sebagai berikut :

19 8 Anoda : 2H₂O ₂ + 4H+ + 4e Katoda : 4H₂O + 4e 2H₂ + 4OH Proses elektrolisis ini dapat mengakibatkan perubahan ph di elektroda. Hal tersebut disebabkan oleh proses oksidasi air yang terjadi di anoda dan menghasilkan ion-ion hidrogen (H+). Ion-ion H+ tersebut membangkitkan asam untuk berpindah menuju katoda dan.mengakibatkan penurunan ph pada anoda Sebaliknya, penurunan air terjadi pada katoda dan menghasilkan ion-ion hidroksil (OH ) yang kemudian berpindah kearah anoda sehingga mengakibatkan kenaikan ph pada katoda(reddy, 2005). c. Elektromigrasi Elektromigrasi merupakan pergerakan kation dan anion karena pengaruh sifat listrik yang dihasilkan sistem tersebut pada tanah. Kation (ion bermuatan +) cenderung untuk berpindah ke arah katoda bermuatan negatif, dan anion (ion bermuatan -) berpindah ke arah anoda bermuatan positif ( Acar dan Alshawabkeh, 1993). d. Elektroforesis Elektroforesis merupakan perpindahan dari partikel-partikel koloid di bawah pengaruh arus listrik (Shenbagavalli, 2010). Ketika arus listrik searah (DC) dialirkan pada suatu media, akan terjadi pergerakan partikel-pertikel koloid secara elektrik ke arah elektroda yang berlawanan dengan muatan partikel. Dimana partikel yang bemuatan positif (kation) akan bergerak ke arah katoda, sedangkan partikel bermuatan negatif (anion) akan bergerak ke arah anoda (Ahmad, 2004) Pemanfaatan elektrokinetik untuk remediasi tanah Berbagai teknologi remidiasi tanah dapat dilakukan untuk perlakuan tanah dan air tanah terkontaminasi yang dibagi menjadi teknologi ex-situ dan in-situ (Reddy et al, 1999). Teknologi ex-situ dilakukan pada tanah dan atau air tanah yang terkontaminasi setelah kontaminan dipindahkan dari permukaan, sedangkan teknologi in-situ dilakukan di dalam permukaan tanah yang terkontaminasi. Teknologi in-situ lebih banyak dipilih karena secara umum teknologi ini sedikit

20 9 mengalami gangguan, sedikit menimbulkan pencemaran lingkungan, tingkat kerumitan yang kecil serta lebih ekonomis. Teknologi in-situ yang dapat dilakukan untuk remidiasi tanah meliputi pencucian tanah, oksidasi kimia, pembakaran, bioremidiasi, elektrokinetik, phytoremidiasi. Salah satu teknologi yang banyak memberi keuntungan adalah elektrokinetik (Reddy, 2002). Gambar 3 Skema teknologi elektrokinetik untuk remidiasi tanah (Reddy, 2002) Dengan teknologi ini akan terjadi reaksi fisik dan kimia serta terjadi transportasi kontaminan yang mobil dibawah pengaruh arus listrik Elektrokinetik untuk pengeringan (dewatering) Proses pengeringan untuk pemindahan sedimen hasil pengerukan menjadi salah satu inovasi yang dapat diterapkan, sehingga pemindahan dapat dilakukan dengan cara yang cepat, aman, dan dengan biaya yang murah. Beberapa perlakuan lain yang dapat diterapkan untuk pengeringan adalah dengan pemompaan, pembuatan saluran-saluran, dan penambahan bahan kimia. Namun metode tersebut tidak efektif dan memerlukan biaya yang cukup tinggi. Pengeringan dengan metode elektroosmosis merupakan salah satu metode yang sederhana dan efisien untuk mempercepat pengeringan sedimen. Prinsip dasar dari teknologi

21 10 elektroosmosis adalah menggiring air keluar sistem di bawah pengaruh medan listrik (Reddy, 2005). Tujuan utama dari proses pengeringan adalah untuk mengurangi massa total dan volume dari sedimen tersebut, namun efektivitas pengeringan untuk berbagai tipe sedimen tergantung dari karakteristik kimia dan fisik dari sedimen tersebut serta kadar air dalam sedimen tersebut (Lucache et al, 2008) Elektrokinetik untuk mengurangi kadar logam berat Pencemaran tanah pada site-site tertentu di daerah industri dan pertambangan biasanya terjadi pada tingkat pencemaran yang tinggi, sehingga tidak dapat dibiarkan. Salah satu teknik yang dikembangkan untuk mengatasinya adalah teknik elektrokinetik. (Reddy dan Parupudi, 1997). Keberadaan logam berat menyebar pada berbagai polusi yang terdapat di beberapa daerah perkotaan. Banyak penelitian yang dikembangkan untuk remediasi tanah dari logam berat dengan teknologi elektrokinetik. Penelitian Korolev (2006) menunjukkan bahwa ion Cadmium (Cd²+), Timbal (Pb²+), dan Zinc (Zn²+) dapat dipindahkan secara elektrokinetik pada tanah liat. Perpindahan ion ini ditunjukan pada Tabel 1. Hal tersebut menunjukan interaksi antara logam berat dengan tanah mineral liat di bawah pengaruh pemberian arus listrik, dimana konsentrasi logam berat dapat diturunkan sebesar 50-90%. Tabel 1. Perpindahan logam berat pada tanah liat secara elektrokinetik (Korolev, 2006) Jumlah ion (%) Mg Zn Pb Cd Dipindahkan dari tanah dengan filtrasi Mengendap di elektroda Dalam larutan Dalam pertukaran kompleks Total

22 11 BAB III BAHAN DAN METODE 3.1. Kerangka Penelitian Perlakuan pada penelitian ini dilakukan dengan memberikan arus listrik searah (DC) dengan voltase rendah pada sludge untuk menurunkan kadar air sludge dan melihat karakteristik kimia dari sludge dengan pasangan elektroda yang berbeda-beda Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan dari bulan April hingga November Pengambilan sludge dilakukan di IPAL 3 TPA Bantar Gebang,Bekasi dan PDAM Tirta Pakuan Bogor. Sedangkan analisis dilakukan di Laboratorium Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, IPB 3.3. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan lumpur (sludge) dari hasil pengolahan air lindi di Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 3 TPA Bantar Gebang, Bekasi, dan lumpur PDAM Kota Bogor, serta bahan-bahan kimia yang digunakan untuk analisis sifat-sifat kimia dari sludge. Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat dalam pengambilan sampel di lapang, alat untuk perlakuan elektroosmosis yang terdiri dari kotak yang terbuat dari bahan akrilik; elektroda positif dari bahan grafit dan negatif dari bahan stainless steel, anyaman stainless steel, dan tembaga; serta power supply. Peralatan laboratorium terdiri dari Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), spektrofotometer, ph meter, EC meter, CHNS analyzer dan peralatan lainnya.

23 12 Stainless steel Tembaga Grafit (a) (b) Gambar 4. Alat elektroosmosis : (a) kotak akrilik, (b) elektroda, (c) power supply Tahapan Penelitian Tahapan dalam penelitian ini adalah (1) pengambilan sampel sludge, (2) analisis karakteristik awal dari sludge, (3) perlakuan elektroosmosis pada sludge, serta (4) analisis karakterisitik sludge setelah elektroosmosis. Tahapan penelitian secara detil akan dijelaskan pada sub-sub bab berikut di bawah ini. (c) Pengambilan sampel sludge Sampel sludge diambil di Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 3 TPA Bantar Gebang, Bekasi dan PDAM Kota Bogor. Sampel sludge TPA diambil dari proses pemisahan air dan sludge dalam proses clarifier kimia, sedangkan sludge PDAM diambil dari bak penampung sludge.

24 Analisis karakteristik awal dari sludge Parameter yang dianalisis dalam penelitian ini disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Metode analisis sludge Parameter Metode Alat ph H 2 O Elektroda ph meter Electrical Conductivitiy Elektroda EC meter Ca dan Mg total Ekstrak air dan HCl 25% AAS K dan Na total Ekstrak air dan HCl 25% Flame photometer C-total CNS analyzer CNS analyzer N-total (%) CNS analyzer CNS analyzer P-total Vanado Molibdate Spectrophotometer Logam berat Ekstrak air dan HCl 25% AAS (Pb, Cd dan Cu) Sulfur CNS analyzer CNS analyzer Unsur mikro (Fe, Mn, Zn) Ekstrak air dan HCl 25% AAS Asam humik Pengendapan asam Perlakuan elektroosmosis pada sludge Sludge ditempatkan pada kotak akrilik dengan ukururan panjang 30 cm, lebar, 10 cm, dan tinggi 8 cm. Selanjutnya pada sisi ujung kiri sludge ditancapkan elektroda grafit sebagai anoda, dan pada ujung sebaliknya ditancapkan elektroda negatif (katoda) dengan bahan tembaga, stainless steel serta kasa stainless steel. Kedua elektroda dihubungkan dengan sumber arus listrik searah DC dari power supply (Gambar 4b) dengan voltase 20,30 dan 35 volt. Pada sisi kanan katoda dibuat filter yang memisahkan sludge dengan air yang terbuat dari kasa ventilasi berukuran 8 x 10 cm, serta dibuat outlet yaitu berupa lubang kecil berdiameter 0.5 cm yang kemudian disambung dengan selang bening agar air lindi keluar dan ditampung pada sebuah penampung. Selanjutnya arus listrik searah dengan voltase tertentu dialirkan selama periode tertentu tergantung reaksi yang terjadi yaitu hingga kadar air berkurang, ph menurun, serta sudah tidak ada lagi arus listrik yang mengalir. Terputusnya arus listrik pada sludge mengharuskan pergeseran pada bagian anoda ke sludge yang masih basah yaitu mendekati katoda.

25 14 (a) Gambar 5. (a) Model rangkaian elektroosmosis, (b) rangkaian perlakuan elektroosmosis Analisis kimia sludge di akhir elektroosmosis Setelah proses pengeringan dengan elektroosmosis selesai, sludge dipotong menjadi enam bagian dengan tebal 4 cm kemudian dianalisis karakteristik kimia sludge. Segmentasi dalam sludge ditunjukan pada Gambar 6. Adapun parameter yang digunakan dalam analisis ini sama seperti parameter yang digunakan pada karakteristik awal sludge. Efluen yang keluar dari sludge selama proses ini juga dianalisis sesuai dengan parameter yang ada. (b) Power supply Sludge dalam kotak Elektroda (-) Elektroda (+) Efluen (lechate) (1) (2) (3) (4) (5) (6) anoda 4 cm katoda Tiap segmen di uji karakteristik kimia sludge Gambar 6. Segmentasi sludge setelah elektroosmosis

26 15 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakteristik sludge Sludge TPA Bantar Gebang Sludge TPA Bantar Gebang memiliki kadar C yang cukup tinggi yaitu sebesar 10.92% dengan kadar abu sebesar 61.5%. Hal ini dapat disebabkan oleh sumber sampah yang terdapat di TPA Bantar Gebang berasal dari limbah rumah tangga, dimana limbah rumah tangga sebagian besar mengandung senyawasenyawa organik. Parameter lain yang ditetapkan dalam menentukan karakteristik sludge adalah electroconductivity (EC). EC sludge TPA Bantar Gebang bernilai ms hal tersebut menunjukkan bahwa sludge yang digunakan banyak mengandung kation. Tabel 3. Karakteristik sludge TPA Bantar Gebang Parameter Satuan Sludge TPA Parameter Satuan Sludge TPA KA % 1239 Zn ppm ph 7.83 Ca % 1.75 EC ms Mg % 0.24 C % Pb ppm 4.38 N % 1.43 Cd ppm 0.15 S ppm 1.12 K % 0.03 Fe % 1.80 Na % 2.36 Mn ppm P % 6.36 Cu ppm 3.22 Kadar abu % Sludge TPA Bantar Gebang juga memiliki kandungan unsur-unsur hara mikro yaitu Fe sebesar 1.8%, Zn sebesar 24.85ppm, Mn sebesar ppm, dan Cu sebesar 3.22ppm. Kandungan basa-basa total yaitu Ca, Mg, K dan Na untuk sludge TPA Bantar Gebang memiliki kadar secara berurutan sebesar 1.75%, 0.24%, 0.03%, dan 2.36%. Parameter lain yang diukur ialah kandungan logam berat Pb dan Cd yang terkandung pada sludge. Sludge memiliki kandungan logam Pb sebesar 4.38 ppm, sedangkan kandungan Cd dalam sludge bernilai 0.15 ppm. Dalam sludge ini juga terkandung kadar P. Kadar P menjadi penting diukur sebab

27 16 tingginya P dalam suatu media dapat menyebabkan eutrofikasi. Kadar P total dalam sludge ini sebesar 6.36% Sludge PDAM Kota Bogor Parameter yang digunakan pada tipe sludge PDAM Kota Bogor sama dengan parameter tipe sludge TPA Bantar Gebang. Keseluruhan karakteristik dari sludge PDAM Kota Bogor disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Karakteristik sludge PDAM Kota Bogor Parameter Satuan Sludge PDAM Endapan 3 hari Endapan 1 minggu KA % Ph EC μs C % N % - - S ppm - - Fe % Mn ppm Cu ppm Zn ppm Ca ppm Mg ppm Pb ppm Cd ppm K ppm Na ppm P ppm Kadar abu % - - Sampel sludge PDAM diambil dari dua kolam pengendapan yang berbeda yaitu pengendapan selama tiga hari dan satu minggu. Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa kadar air sludge pada endapan satu minggu memiliki nilai yang lebih tinggi dibanding dengan sludge pada endapan tiga hari. Tingginya nilai kadar air pada endapan satu minggu disebabkan pada saat pengambilan sampel lebih banyak air yang terambil akibat dari proses pemadatan pada sludge sehingga sludge lebih sulit diambil. Nilai ph pada sludge endapan satu minggu juga mengalami

28 17 peningkatan dari ph 6.25 menjadi Unsur-unsur yang terkandung dalam sludge endapan satu minggu juga lebih tinggi dibanding pada endapan tiga hari baik untuk unsur mikro maupun basa-basa total. Kenaikan kandungan unsur-unsur dalam sludge endapan satu minggu disebabkan oleh kenaikan ph pada endapan ini. Semakin tingginya ph akan menyebabkan unsur-unsur kation diikat sebagai hidroksida sehingga mengendap. Nilai EC pada sludge PDAM memiliki nilai jauh lebih kecil jika dibanding nilai EC pada sludge TPA Bantar Gebang Bekasi. Perbedaan EC pada kedua sludge ini disebabkan kandungan kation-kation yang terdapat dalam sludge TPA Bantar Gebang jauh lebih tinggi dibanding dengan sludge PDAM Perubahan arus listrik Perubahan arus listrik pada sludge TPA Bantar Gebang Seiring dengan berjalannya waktu, arus pada bagian anoda mengalami penurunan bahkan dapat mencapai nol selama proses elektroosmosis. Pada saat itu arus akan berhenti mengalir pada bagian ini, sehingga diperlukan pergeseran anoda ke arah mendekati katoda agar proses pengeringan dengan elektroosmosis dapat terjadi kembali. Terputusnya arus pada bagian ini disebabkan oleh kadar air yang semakin menurun sehingga menyebabkan volume sludge yang semakin menyusut. Bersamaan dengan itu, terdorongnya kation-kation ke arah katoda menyebabkan menurunnya electroconductivity (EC) pada anoda sehingga arus terputus pada bagian ini. Pada perlakuan 20 volt (Gambar 7), elektroosmosis selesai dalam kurun waktu 3420 menit (Lampiran 1). Proses elektroosmosis dikatakan selesai saat arus sudah tidak mengalir lagi pada jarak antar elektroda yang paling dekat (anoda sudah tidak dapat digeser mendekati katoda). Arus maksimum yang dicapai pasangan elektroda grafit dan tembaga sebesar 0.56 A, 0.37 A untuk pasangan elektroda grafit dan stainless steel dan 0.29 A untuk pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel pada menit 2520 (Lampiran 1).

29 18 Gambar 7. Perubahan arus listrik pada voltase 20 Perubahan arus yang fluktuatif terjadi selama proses elektroosmosis berlangsung. Perubahan arus ini tergantung dari besarnya tegangan (voltase) yang diberikan pada sludge. Semakin tinggi tegangan yang diberikan maka arus yang mengalir selama elektroosmosis juga menjadi semakin tinggi. Hal tersebut nampak pada perlakuan 30 volt (Gambar 8). Pada tegangan 30 volt proses elektroosmosis selesai dalam waktu 2516 menit (Lampiran 2). Pada perlakuan ini, arus maksimal yang dapat dicapai pada pasangan elektroda grafit dan tembaga adalah 0.92 A (Lampiran 2) pada menit ke 997. Arus maksimal yang dicapai pada pasangan elektroda grafit dan stainless steel selama proses pengeringan adalah 0.94 A (Lampiran 2), sedangkan untuk pasangan grafit dan kasa stainless steel arus puncak yang dapat dicapai adalah 1.01 A (Lampiran 2).

30 19 Gambar 8. Perubahan arus listrik pada voltase 30 Arus maksimal tertinggi dicapai oleh pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel, namun untuk arus yang dapat dialirkan pada saat pergeseran anoda kearah mendekati katoda ternyata tidak lebih tinggi dari arus yang dialirkan pasangan elektroda grafit dan tembaga serta grafit dan stainless steel. Gambar 9. Perubahan arus listrik pada voltase 35

31 20 Pada perlakuan 35(Gambar 9) volt proses elektroosmosis selesai dalam waktu 1941 menit. Arus maksimal yang mampu dialirkan pada voltase ini secara umum hampair sama untuk setiap pergeseran anoda ke arah katoda yaitu sebesar 0.6 A untuk pasangan grafit dan tembaga serta 0.65 A untuk pasangan grafit dan stainless steel. Jika dibandingkan dengan dua voltase sebelumnya, perlakuan 35 volt mampu menghantarkan arus yang lebih besar selama proses elektroosmosis. Hal tersebut menunjukkan semakin besar voltase yang diberikan maka proses elektroosmosis menjadi lebih cepat selesai, karena frekuensi pemindahan anoda ke katoda yang lebih intensif akibat terputusnya arus pada bagian ini lebih cepat dari dua perlakuan voltase sebelumnya. Pengamatan terputusnya arus pada bagian anoda menjadi hal penting yang harus diperhatikan selama proses elektroosmosis karena mempengaruhi efesiensi waktu pengeringan dengan elektroosmosis. Oleh sebab itu, pada saat arus sudah mendekati nol diperlukan pengamatan yang lebih intensif pada arus di bagian anoda. Pengamatan seperti ini menjadi kelemahan dari proses pengeringan sludge dengan elektroosmosis, karena belum ada waktu pasti yang dapat ditentukan peneliti untuk menggeser anoda ke arah katoda. Hal yang perlu diperhatikan dalam dewatering dengan menggunakan elektroosmosis adalah pemilihan elektroda yang awet, mudah dalam perawatannya, serta mudah didapatkan. Dari ketiga kombinasi elektroda yang digunakan, terlihat bahwa pasangan elektroda grafit dan tembaga serta pasangan elektroda grafit dan stainless steel memiliki kemampuan yang sama dalam menghantarkan arus namun berbeda halnya dengan pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel, dikarenakan bahan baku dari pembuatan kasa stainless steel yang bercampur dengan bahan lain. Oleh sebab itu pasangan elektroda grafit dan tembaga serta pasangan elektroda grafit dan stainless steel disarankan untuk penelitian serupa selanjutnya. Pemberian arus dengan voltase yang berbeda-beda dapat memberikan informasi mengenai arus yang paling efesien dalam pengeringan dengan elektroosmosis. Dari ketiga perlakuan voltase pada sludge, perlakuan dengan voltase 30 merupakan voltase paling efesien dibandingkan dua voltase lainnya. Hal tersebut dapat dilihat dari waktu yang digunakan untuk proses

32 21 pengeringan dan kadar air yang mampu diturunkan dari voltase ini (dalam sub bab 4.3.) Perubahan arus listrik pada sludge PDAM Kota Bogor Perubahan arus yang terjadi pada tipe sludge PDAM Kota Bogor ditunjukkan pada Gambar 10. Gambar 10. Perubahan arus pada sludge PDAM Kota Bogor Perlakuan pengeringan dengan elektroosmosis dilakukan pada sludge PDAM endapan tiga hari. Berdasarkan arus paling efektif yang didapat dari hasil perlakuan pada sludge TPA, arus yang dialirkan pada sludge PDAM dipilih 30 volt dengan elektroda grafit di anoda dan tembaga di katoda. Gambar 9 menunjukkan bahwa arus yang mengalir dalam pengeringan dengan elektroosmosis pada sludge PDAM Kota Bogor jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan sludge TPA. Kandungan unsur-unsur pada sludge PDAM yang relatif lebih kecil jika dibanding dengan kandungan unsur-unsur pada sludge TPA inilah yang menyebabkan arus yang mengalir pada sludge PDAM lebih kecil daripada arus pada sludge TPA. Arus maksimal yang mengalir pada tipe sludge ini hanya sebesar 0.03 A, oleh sebab itu dilakukan penambahan NaCl 0.01M untuk meningkatkan arus yang mengalir pada sludge dengan harapan akan meningkatkan proses elektroosmosis. Pemberian NaCl 0.01M terbukti mampu meningkatkan EC sludge dari 154.1µ/s menjadi 2745µ/s. Namun kenaikan EC ini masih belum mampu meningkatkan pengeringan dengan elektroosmosis. Hal

33 22 tersebut ditunjukkan dengan peningkatan arus yang tidak begitu tinggi yaitu dari 0.03 A menjadi 0.05 A. Rendahnya EC dan arus yang mengalir dalam sludge tipe ini menunjukkan bahwa proses pengeringan dengan elektroosmosis tidak dapat dilakukan pada sludge PDAM Perubahan kadar air Proses pengeringan dengan teknologi elektroosmosis dapat terjadi pada tipe sludge TPA namun tidak pada sludge PDAM. Oleh sebab itu tidak dilakukan analisis lebih lanjut pada sludge PDAM. Kadar air pada sludge diukur saat arus listrik terputus sesaat setelah pemindahan elektroda anoda mendekati elektroda katoda, untuk mengetahui kemampuan pengeringan secara elektroosmosis yang terjadi sampai arus terputus. Kemampuan dewatering secara elektroosmosis ditunjukan dengan penurunan kadar air selama proses elektroosmosis. Kadar air awal ditunjukkan dari grafik garis berwarna merah, dimana pengukurannya dilakukan pada sampel sludge di masing-masing kotak perlakuan sebelum diberi perlakuan elektroosmosis. Penurunan kadar air selama elektroosmosis ditunjukkan oleh grafik batang berwarna biru yang diukur pada bagian yang paling dekat dengan anoda sesaat setelah arus terputus dan terjadi pemindahan anoda ke katoda. Perubahan kadar air pada voltase 20 dengan perlakuan katoda yang berbeda ditunjukan pada Gambar 11. Pada perlakuan ini, terjadi pemindahan elektroda grafit (anoda) kearah katoda sebanyak tiga kali pada jarak antar elektroda 22, 14, dan 9 cm. Penurunan kadar air pada pasangan elektroda grafit dan tembaga (Lampiran 4) di awal pergeseran anoda (jarak antar elektroda 22 cm) mencapai 467% dan meningkat secara signifikan kearah mendekati katoda hingga pada jarak antar elektroda 9 cm dari kadar air awal 1084%. Pada pasangan elektroda grafit dan stainless steel (Lampiran 4) kadar air dapat diturunkan dari 1186% menjadi 415% untuk pemindahan anoda awal pada jarak antar elektroda 22 cm dan pada jarak yang paling dekat dengan katoda pada jarak antar elektroda 9 cm kadar air dapat diturunkan menjadi 542%. Penurunan kadar air pada pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel (Lampiran 4) tidak berbeda jauh dengan dua pasangan di atas yaitu kadar air dapat diturunkan dari kadar air awal 1044%

34 23 menjadi 422% pada jarak antar elektroda 22cm dan 518% pada jarak antar elektroda 9 cm. Gambar 11. Perubahan kadar air pada perlakuan 20 volt Pada perlakuan 30 volt perubahan kadar air pada tiga pasangan elektroda yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 12. Perlakuan 30 volt pada pasangan elektroda grafit dan tembaga (Lampiran 5) mampu menurunkan kadar air sludge dari 1239% menjadi 377% pada jarak antar elektroda 20 cm, namun pada jarak antar elektroda 11 cm kadar air hanya dapat diturunkan hingga 554%. Kadar air naik secara signifikan di setiap pemindahan elektroda anoda hingga ke jarak yang paling dekat dengan katoda yaitu pada jarak antar elektroda 3 cm kadar air turun hanya mencapai 899%. Hal yang sama juga terjadi pada pasangan elektroda grafit dan stainless steel (Lampiran 5) dimana pada pemindahan elektroda pertama (jarak antar elektroda 20 cm) kadar air dapat diturunkan menjadi 361% dari kadar air awal 1276%. Pada jarak antar elektroda 7 cm pasangan elektroda ini kadar air

35 24 hanya dapat diturunkan menjadi 513%, sedangkan pada jarak antar elektroda 3 cm kadar air hanya dapat diturunkan menjadi 1039%. Gambar 12. Perubahan kadar air pada perlakuan 30 volt Perubahan kadar air yang cukup fluktuatif terlihat pada pasangan elektroda grafit dan kasa stainless steel (Lampiran 5), yaitu pada pergeseran awal katoda (jarak antar elektroda 20 cm) kadar air dapat diturunkan hingga 241% dari kadar air awal 1118%. Namun kadar air pada jarak elektroda 13 cm hanya dapat diturunkan menjadi 579%, dan naik hingga mendekati katoda pada jarak antar elektroda 4 cm menjadi 691%. Perubahan kadar air pada perlakuan arus sebesar 35 volt dengan tiga pasangan elektroda yang berbeda disajikan pada Gambar 13. Perlakuan elektroosmosis dengan voltase 35 volt (Lampiran 6) tersebut ternyata tidak memberikan hasil dewatering yang lebih dari daripada kedua perlakuan di atas. Pada kedua pasangan elektroda baik grafit dan tembaga atau grafit dan stainless

36 25 steel kadar air hanya dapat diturunkan rata-rata % dari kadar air awalnya 1200%, dan meningkat secara signifikan mendekati katoda. Gambar 13. Perubahan kadar air pada perlakuan 35 volt Hal tersebut disebabkan oleh pemberian arus yang semakin tinggi mengakibatkan terdorongnya kation-kation kearah mendekati katoda akan semakin kuat sehingga electroconductivity pada anoda akan semakin cepat menurun sehingga arus lebih cepat terputus. Terputusnya arus pada saat dewatering secara elektroosmosis inilah yang menjadi penghambat penurunan kadar air yang lebih maksimal pada proses ini. Meningkatnya kadar air pada sisi katoda dapat disebabkan semakin dekat jarak antar elektroda maka bloking yang terjadi antara ion H+ yang dihasilkan di sisi anoda dan OH yang dihasilkan di sisi katoda akan semakin kuat sehingga terdapat unsur yang tidak dapat terdorong keluar sistem. Penurunan kadar air pada sludge juga terlihat secara visual dari menyusutnya volume sludge serta keluarnya efluen (leachate), namun penurunan kadar air yang lebih maksimal dengan elektroosmosis terhambat karena arus yang terputus pada bagian anoda. Menurunnya kadar air selama elektroosmosis menunjukan bahwa elektroosmosis dapat diterapkan pada sludge yang mengandung bahan organik tinggi, memiliki EC tinggi serta mengandung banyak kation.

37 Karakteristik sludge setelah elektroosmosis Sludge yang telah diberi perlakuan elektroosmosis diukur karakteristik kimianya untuk mengetahui sifat-sifat kimia sludge setelah proses elektroosmosis. Karakteristik kimia sludge awal ditunjukkan oleh grafik garis berwarna merah, dimana pengukurannya dilakukan satu kali pada sludge yang belum diberi perlakuan elektroosmosis. Perubahan karakteristik sludge setelah elektroosmosis ditunjukkan oleh grafit batang berwarna biru, dimana pengukurannya dilakukan di tiap segmen pada sludge dengan dua kali ulangan untuk mengetahui pergerakan unsur-unsur selama proses elektroosmosis berlangsung. Perubahan ph (Lampiran 7) setelah proses elektroosmosis ditunjukkan pada Gambar 14. Dari Gambar tersebut dapat dilihat ph pada segmen 1 menurun hingga ph 4.4 dari ph awalnya 7.8 dan meningkat di segmen 6 hingga ph 10. Penurunan ph di bagian anoda dan kenaikannya di bagian katoda disebabkan oleh proses elektrolisis yang terjadi selama proses elektroosmosis dengan reaksi sebagai berikut: Anoda : 2H₂O 4e ₂+ 4H+ Katoda : 2H₂O + 2e H+ + 2OH Di anoda, terjadi oksidasi H₂O menghasilkan oksigen dan H+ yang bergerak menuju katoda. Ion H+ yang dihasilkan pada bagian inilah yang membuat ph turun pada bagian dekat dengan anoda. Sebaliknya di katoda, hidrogen meningkat secara bertahap dan menghasilkan ion hidroksil (OH ) yang sehingga ph pada bagian paling dekat katoda naik secara signifikan. Gambar 14. Perubahan ph setelah proses elektroosmosis

38 27 Pada proses elektroosmosis akan terjadi proses elektromigrasi yaitu pergerakan kation dan anion karena pengaruh listrik pada sistem tersebut (Acar dan Alshawabkeh, 1993). Dimana ion positif (kation) akan bergerak ke katoda dan ion negatif (anion) akan bergerak kearah anoda. Perpindahan kation maupun anion ini akan mempengaruhi EC pada sludge. Perubahan ini ditunjukkan pada Gambar 15. Nilai EC pada sludge (Lampiran 8) mengalami penurunan di setiap segmen pada sludge. Hal tersebut dikarenakan terdorongnya kation-kation ke arah katoda menyebabkan jumlahnya pada bagian anoda berkurang. Nilai EC pada segmen yang paling dekat dengan katoda meningkat, bahkan mendekati EC awal yaitu mencapai 3.07 ms. Peningkatan EC pada katoda disebabkan karena terjadinya bloking antara ion H+ dan OH sehingga unsur-unsur yang lain tidak dapat bergerak keluar sistem pada segmen ini, dimana pada segmen ini jarak antara elektroda anoda dan katoda berada pada jarak terdekat. Gambar 15. Perubahan EC setelah proses elektroosmosis Gambar 16 menunjukkan penurunan kadar Fe, Mn, Zn dan Cu dalam sludge (Lampiran 10) terlarut air di akhir proses elektoosmosis. Kadar Fe, Mn, Zn, dan Cu yang terukur dengan ekstrak air menunjukan kandungan unsur-unsur tersebut pada sludge yang larut air. Secara umum, Fe, Mn, Zn, dan Cu mengalami penurunan selama proses elektroosmosis. Kadar Fe terlihat menurun sangat tinggi pada segmen satu hingga empat dari kadar Fe di sludge awal dan meningkat di segmen lima dan enam yaitu segmen paling dekat katoda. Kadar Cu juga

39 28 mengalami penurunan dari segmen satu hingga segmen tiga dan meningkat tinggi pada segmen empat hingga enam. Kadar unsur Mn dan Zn juga mengalami penurunan pada proses elektroosmosis ini. Penurunan kadar pada Mn dan Zn lebih fluktuatif dibanding penurunan pada Fe dan Cu. Penumpukan unsur mikro di katoda berkaitan dengan proses elektrolisis pada bagian ini, dimana peningkatan ph mengakibatkan kation yang terdorong ke katoda diikat oleh OH sebagai hidroksida dan mengendap pada bagian ini. Gambar 16. Perubahan kadar Fe, Mn, Cu, Zn terekstrak air Gambar 17 menunjukkan perubahan kadar Fe, Mn, Cu, Zn terekstrak HCl 25%. Ekstrak HCl 25% menunjukkan jumlah total unsur yang terdapat dalam sludge tersebut (Lampiran 11). Dengan ekstrak HCl 25% terlihat bahwa kadar Fe, Mn, dan Zn masih cukup tinggi di seluruh segmen sludge. Hal tersebut menunjukkan bahwa ada beberapa unsur yang tidak berpindah selama proses

40 29 elektroosmosis. Unsur Cu terlihat menurun cukup tinggi di segmen satu hingga lima dan meningkat pada segmen enam (paling dekat katoda). Menurut Darmono (1995) Fe, Cu, dan Zn merupakan unsure hara esensial yang diperlukan oleh tanaman untuk proses fisiologisnya, oleh karena itu penurunan Fe, Zn,Mn dan Cu dalam sludge menjadi sisi negatif dari penelitian ini. Kadar Fe, Zn, Mn, dan Cu yang menurun mengakibatkan ketersedian di dalam sludge berkurang, akibatnya untuk aplikasi pada bidang pertanian diperlukan penelitian lebih lanjut terkait dengan penyediaannya dalam sludge. Gambar 17.Perubahan kadar Fe, Mn, Cu, Zn terekstrak HCl 25% Penurunan juga terjadi pada unsur Ca, Mg, K dan Na. Secara umum, pada ekstrak air (Lampiran 12) kandungan Ca, Mg, K dan Na menurun dari kadar awalnya. Penurunan yang terjadi pada Mg terlihat sangat fluktuatif di tiap segmennya. Penurunan kandungan Ca terekstrak air justru menumpuk di sisi