HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri Pertumbuhan bakteri (SRB) dalam medium B.Lewis (komposisi disajikan pada Tabel III.2 ) dengan perbandingan volume medium terhadap volume inokulum 4:1, digambarkan sebagai fungsi waktu di bawah ini: Kurva Pertumbuhan Bakteri Jumlah Bakteri (sel/10 4 ) Waktu (hari) Gambar IV.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Medium B.Lewis Berdasarkan Gambar di atas terlihat SRB mulai tumbuh secara eksponensial pada hari ke-2 sampai hari ke-4. Fasa stasioner terjadi pada hari ke-4 dan hari ke-5, dilanjutkan dengan fasa kematian setelah hari ke-5. Oleh karena itu SRB yang ditanam ke dalam air laut yang digunakan dalam pengujian korosi (dengan cara perendaman) diambil dari inokulum pada hari ke-4 yaitu pada akhir fasa eksponensial dimana SRB masih aktif, sebelum teracuni oleh hasil metabolismenya sendiri [Jalaluddin, 2003]. IV.2 Bentuk Serangan Korosi Setelah mengalami perendaman selama 3 dan 6 minggu, secara visual spesimen kuningan tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan antar perendaman dalam variasi inhibitor. Namun setelah perendaman selama 9 minggu, perbedaan antar spesimen kuningan dengan beda inhibitor terlihat mulai jelas sekali. 36

2 IV.2.1 Air Laut Mengandung SRB Pada spesimen kuningan yang direndam dalam air laut yang mengandung SRB tanpa inhibitor, permukaan spesimen tertutup secara merata oleh produk korosi yang berwarna biru. Hal ini disebabkan kuningan terkorosi secara merata pada lingkungan air laut yang mengandung bakteri pereduksi sulfat (SRB). Gambar IV.2 Permukaan kuningan dalam air laut mengandung SRB tanpa inhibitor (perbesaran 400x) 1 mm Gambar IV.3 Penampang lintang spesimen kuningan yang direndam dalam air laut mengandung SRB ( perbesaran 20x ) IV.2.2 Glutaraldehid Sampel kuningan yang telah direndam dalam air laut mengandung SRB dan ditambahkan glutaraldehid, setelah dikeringkan tampak tertutup oleh produk korosi berwarna coklat (Gambar IV.4). Jika lapisan ini dihilangkan pada lapisan bawah terdapat padatan yang berwarna hitam. 37

3 Setelah mengalami proses pickling, penampang lintang spesimen menunjukkan adanya serangan korosi sumuran (Gambar IV.5). Korosi sumuran dapat terjadi di bawah tuberkel mengikuti mekanisme pembentukan sel aerasi diferensial, permukaan kuningan di bawah tuberkel sebagai anoda dan permukaan yang terbuka sebagai katoda. Sesuai dengan hasil analisa XRD (Lampiran C), produk korosi yang berwarna coklat di lapisan luar menunjukkan senyawa Cu(OH) 2 yang merupakan lapisan pasif hasil korosi selama uji perendaman. Sedangkan lapisan hitam di bawahnya adalah senyawa Cu 2 S yang merupakan produk korosi mikrobiologis oleh SRB, dan juga merupakan komponen lapisan pasif kuningan. Tetapi lapisan pasif yang terbentuk tidak mencukupi untuk melindungi seluruh permukaan kuningan, sehingga bagian yang tertutup lapisan pasif akan bertindak sebagai katoda, sedangkan sisa permukaan yang terbuka akan menjadi anoda dengan laju pelarutan yang intensif. Dengan demikian terbentuklah korosi sumuran. Gambar IV.4 Permukaan kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dan penambahan Glutaraldehid 80 ppm (perbesaran 400x) 1 mm Gambar IV.5 Penampang lintang spesimen kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Glutaraldehid ( perbesaran 20x ) 38

4 IV.2.3 Na-Benzoat Secara teori, bentuk serangan korosi pada MIC (Microbiologically Influenced Corrosion) adalah tipe korosi sumuran. Hasil perendaman kuningan dengan menggunakan inhibitor Na-Benzoat dapat dilihat pada Gambar IV.6 di bawah ini. tersebut Permukaan spesimen tertutup oleh tumpukan produk korosi secara tidak merata dan berwarna kebiruan. Dari penampang lintang spesimen yang telah dibersihkan dan dilakukan proses pickling, teramati secara signifikan bahwa permukaan spesimen yang direndam dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan inhibitor Na-Benzoat, telah terjadi pelarutan selektif pada spesimen. Hal ini disebabkan inhibitor Na-Benzoat kurang efektif untuk menghambat reaksi metabolik yang menyebabkan pelarutan selektif pada kuningan. Sesuai dengan hasil analisa XRD, warna kebiruan menunjukkan bahwa produk korosi kuningan mengandung senyawa Cu 2 OSO 4. Gambar IV.6 Permukaan kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dan penambahan Na-Benzoat 80 ppm (perbesaran 400x) 1 mm Gambar IV.7 Penampang lintang spesimen kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat ( perbesaran 20x ) 39

5 IV.2.4 Kalium Vanadat Pada permukaan spesimen yang direndam dengan penambahan inhibitor Kalium Vanadat, tampak tonjolan-tonjolan berwarna biru kehijauan pada beberapa titik tertentu diantara permukaan yang tertutup produk korosi berwarna coklat kehitaman(gambar IV.8). Sesuai dengan hasil analisa XRD, warna kehitaman menyatakan adanya senyawa Cu 2 S yang merupakan produk korosi akibat aktivitas SRB. Tonjolan-tonjolan berwarna biru tersebut adalah garamgaram Cu-sulfat dan Cu-klorida yang semula larut, tetapi kemudian mengkristal pada saat sampel dikeringkan. Fenomena ini menunjukkan bahwa dosis penambahan Kalium Vanadat belum mencukupi sehingga tidak mampu membentuk lapisan pelindung yang sempurna. Walaupun tidak meningkatkan laju korosi, namun bagian permukaan spesimen yang tidak tertutup oleh lapisan pelindung tetap mengalami pelarutan (Gambar IV.9). Menurut hasil analisa XRD, lapisan pelindung terdiri dari senyawa-senyawa Cu 2 S dan Cu 5 V 2 O 10. Gambar IV.8 Permukaan kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dan penambahan Kalium Vanadat 80 ppm (perbesaran 400x) 1 mm Gambar IV.9 Penampang lintang spesimen kuningan setelah perendaman dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat ( perbesaran 20x ) 40

6 IV.3 Analisa Produk Korosi Produk korosi kuningan dalam air laut dengan penambahan SRB dan inhibitor Glutaraldehid, Na-Benzoat, Kalium Vanadat dianalisa dengan menggunakan spektrometri difraksi sinar-x (X-ray diffraction/xrd). Spesimen yang dianalisa adalah spesimen yang mengalami uji korosi dengan waktu perendaman paling lama (63 hari). IV.3.1 Air Laut Mengandung SRB Hasil analisa XRD dari produk korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB, memperlihatkan produk korosi (menurut intensitas/jumlah) berupa: CuS, Cu 2 S, CuS 2, CuO, Cu 2 O, CuCO 3, Cu(OH) 2, CuZn sulfat hidroksida dan CuZn karbonat hidroksida. Berdasarkan komposisi produk korosi tersebut, maka dapat diperkirakan proses korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB mengikuti reaksi-reaksi berikut: Reaksi anodik : Cu Cu e - Zn Zn e - Reaksi katodik : O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Reaksi oleh SRB : SO -2 4 (dari air laut) S O Reaksi pelarutan Cu : Cu + 2Cl - CuCl e - Reaksi pembentukan produk korosi: Cu +2 + S -2 CuS Cu OH - Cu(OH) 2 Cu +2 + CO -2 3 (dari air laut) CuCO 3 2CuCl OH - Cu 2 O + H 2 O + 4Cl - 2CuCl S -2 Cu 2 S + 4Cl - Cu(OH) 2 CuO + H 2 O 2CuO + Cu 2 O Cu 4 O 3 2Zn Cu +2 + CO OH - (Cu,Zn) 2 CO 3 (OH) 2 Zn +2 + Cu SO 4 (Cu,Zn)SO 4 Adanya produk korosi berupa Cu 2 O, CuO, dan Cu(OH) 2 menunjukkan bahwa kuningan mengalami pasivasi selama perendaman. Terbentuknya CuS, Cu 2 S, dan 41

7 CuS 2 menunjukkan korosi kuningan akibat aktivitas metabolisme SRB yang mereduksi sulfat (SO -2 4 ) menjadi sulfida (S -2 ). Senyawa CuZn sulfat hidroksida, CuCO 3 dan CuZn karbonat hidroksida adalah hasil penggabungan ion-ion Cu 2+ dan Zn 2+ hasil reaksi anodik dengan anion yang berada dalam air laut yaitu sulfat (SO -2 4 ) dan karbonat (CO -2 3 ). Terbentuknya CuZn sulfat hidroksida menunjukkan bahwa sulfat yang terkandung dalam air laut selama perendaman tidak seluruhnya direduksi oleh SRB tetapi juga bereaksi dengan Cu 2+ dan Zn 2+. IV.3.2 Air Laut Mengandung SRB dan Glutaraldehid Hasil analisa XRD dari produk korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB, dengan penambahan Glutaraldehid memperlihatkan bahwa produk korosi berupa(menurut intensitas/jumlah): Cu 2 S, Cu 2 O, CuZn sulfat hidroksida dan CuZn karbonat hidroksida. Reaksi-reaksi pembentukan senyawa Cu 2 S, Cu 2 O, CuZn sulfat hidroksida dan CuZn karbonat hidroksida berlangsung seperti telah dijelaskan pada subbab IV.3.1. Senyawa Cu 2 S merupakan produk korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut yang dapat mempercepat korosi kuningan. Dari penyusutan jenis senyawa produk korosi yang terbentuk, dibandingkan dengan korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB saja, penambahan Glutaraldehid dapat menghambat korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. IV.3.3 Air Laut Mengandung SRB dan Na-Benzoat Berdasarkan hasil analisa XRD, produk korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat memperlihatkan bahwa produk korosi berupa(menurut intensitas/jumlah): Cu 2 S, Cu 2 OSO 4, CuO, CuZn sulfat hidroksida dan CuZn karbonat hidroksida. Berdasarkan komposisi produk korosi tersebut, maka dapat diperkirakan proses korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB mengikuti reaksi berikut: Reaksi anodik : Cu Cu e - Zn Zn e - Reaksi katodik : O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - 42

8 Reaksi oleh SRB : SO -2 4 (dari air laut) S O Reaksi pelarutan Cu : Cu + 2Cl - CuCl e - 2CuCl OH - + SO -2 4 Cu 2 OSO 4 + H 2 O + 4Cl - Reaksi-reaksi pembentukan senyawa lainnya yaitu: Cu 2 S, CuO, CuZn sulfat hidroksida dan CuZn karbonat hidroksida berlangsung seperti telah dijelaskan pada subbab IV.3.1. Senyawa Cu 2 S merupakan produk korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. Pasivasi pada kuningan yang direndam dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat diperkuat dengan pembentukan senyawa Cu 2 OSO 4 oleh Na-Benzoat yang berwarna kebiruan. Pasivasi oleh inhibitor Na- Benzoat menunjukkan bahwa penambahan Na Benzoat dapat menghambat korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. IV.3.4 Air Laut Mengandung SRB dan Kalium Vanadat Hasil analisa XRD dari produk korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB, dengan menambahkan Kalium Vanadat memperlihatkan produk korosi (menurut intensitas/jumlah) berupa: Cu 2 S dan Cu 5 V 2 O 10. Senyawa Cu 2 S merupakan produk korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. Berdasarkan komposisi produk korosi tersebut, maka dapat diperkirakan proses korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB mengikuti reaksi berikut: Reaksi anodik : Cu Cu e - Reaksi katodik : O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Reaksi oleh SRB : SO -2 4 (dari air laut) S O Reaksi pelarutan Cu : Cu + 2Cl - CuCl e - 2CuCl S -2 Cu 2 S + 4Cl - Cu OH - Cu(OH) 2 Cu(OH) 2 CuO + H 2 O 5CuO + 2VO H + Cu 5 V 2 O 10 + H 2 O Ion H + berasal dari H 2 S sebagai hasil hidrolisis CuS, produk korosi mikrobiologis adalah: Cu +2 + S -2 CuS CuS + 2H 2 O Cu(OH) 2 + H 2 S 43

9 H 2 S 2H + + S 2- Pasivasi pada kuningan yang direndam dalam air laut mengandung SRB dengan menambahkan Kalium Vanadat diperkuat dengan pembentukan senyawa Cu 5 V 2 O 10 oleh Kalium Vanadat. Walaupun mampu meningkatkan pasivasi kuningan, namun senyawa Kalium Vanadat tidak cukup efektif untuk menghambat metabolisme SRB maupun korosi kimiawi dalam air laut. IV.4 Keefektifan Inhibitor dalam Menghambat Laju Korosi Untuk mengetahui keefektifan dari inhibitor dilakukan penentuan laju korosi dengan metode kehilangan berat. Tabel IV.1 Laju korosi untuk masing-masing variasi inhibitor Variasi Waktu (hari) Laju Korosi (mm/tahun) 21 0, Air Laut + SRB 145 ml + Glutaraldehid (80 ppm) 42 0, , , Air Laut + SRB 145 ml + Na-Benzoat (80 ppm) 42 0, , , Air Laut + SRB 145 ml + K-Vanadat (80 ppm) 42 0, , , , , Grafik Laju Korosi Kuningan dalam Air Laut terhadap Waktu dengan Variasi Inhibitor 0,7 0,6 Glutaraldehid 0,5 Na-benzoat Vanadat Laju Korosi (mm/tahun) 0,4 0,3 0,2 Vanadat 0,1 Na-benzoat 0 21 Waktu (hari) Glutaraldehid Variasi Gambar IV.10 Pengaruh Inhibitor terhadap laju Korosi 44

10 Dari hasil pengukuran laju korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB laju korosi kuningan meningkat dengan waktu perendaman. Hal ini disebabkan jumlah SRB yang semakin meningkat dengan waktu perendaman tanpa adanya penghambat. Penambahan Glutaraldehid ke dalam sistem perendaman telah mengakibatkan peningkatan laju korosi kuningan pada awal masa perendaman. Hal ini menunjukkan bahwa Glutaraldehid tidak dapat berfungsi sebagai inhibitor adsorpsi pada permukaan kuningan, karena atom-atom Cu di permukaan kuningan tidak memiliki orbital kosong sehingga tidak mudah mengadsorpsi Glutaraldehid. Jika molekul Glutaraldehid membentuk senyawa yang stabil dengan ion-ion Cu 2+, maka aktivitas Glutaraldehid sebagai biosida juga berkurang. Pembentukan senyawa Cu-Glutaraldehid juga mengurangi sifat oligodinamik Cu. Akibatnya, aktivitas SRB tetap besar, H 2 S yang diproduksi juga banyak, sehingga laju korosi kuningan menjadi sangat besar. Tetapi laju korosi kemudian menurun tajam dengan waktu perendaman, karena reaksi korosi kuningan tersebut menghasilkan lapisan pelindung yang terdiri dari senyawa Cu 2 O dan Cu 2 S. Gambar IV.10 juga menunjukkan bahwa laju korosi kuningan dengan penambahan Kalium Vanadat lebih tinggi daripada laju korosi kuningan dalam air laut saja. Hal ini disebabkan sifat vanadat yang oksidatif sehingga dapat mempercepat laju korosi bila konsentrasinya tidak mencukupi. Seperti halnya dengan Glutaraldehid, laju korosi kuningan dalam air laut yang mengandung SRB dengan penambahan Kalium Vanadat menurun dengan waktu perendaman, karena adanya pasivasi. Sedangkan laju korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat mula-mula meningkat, tetapi menurun setelah melewati minggu ke-6, sesuai dengan fluktuasi populasi SRB(Gambar IV.11). Fakta ini menunjukkan bahwa korosi kuningan dalam air laut mengandung SRB dengan penambahan Na-Benzoat sangat dipengaruhi aktivitas SRB dan dikenal dengan istilah Microbiologically Influence Corrosion (MIC). Kenyataan bahwa laju korosi kuningan dengan penambahan Na-Benzoat dapat mempercepat laju korosi 45

11 kuningan karena pasivasi yang dihasilkannya tidak sempurna, bahkan mendorong terjadinya korosi mikrobiologis dengan menyediakan lokasi anaerob yang terlindung di bawah deposit produk korosi. Ketiga inhibitor baru berfungsi menurunkan laju korosi hingga kurang dari tanpa inhibitor setelah waktu perendaman mencapai 63 hari. Pada waktu yang sama populasi SRB menurun sehingga jumlah sulfida di dalam sistem berkurang dan dapat menurunkan laju korosi. Laju korosi signifikan jika waktu perendaman mencapai 63 hari sehingga inhibitor berguna jika waktu perendaman lebih dari 63 hari. Laju korosi paling tinggi dicapai oleh kuningan dalam air laut yang mengandung SRB saja adalah sebesar 0,19 mm/tahun (7.48 mpy). Laju korosi ini berada pada rentang laju korosi ringan (2-20 mpy) atau lebih dari 0.05 mm/tahun sehingga penggunaan kuningan pada kondisi seperti ini harus diberi perlindungan yaitu menggunakan inhibitor sebagai penanggulangannya (NACE, 1985). IV.5 Pengaruh Inhibitor Sebagai Biosida Kelompok bakteri pereduksi sulfat (Sulfate Reducing Bacteria) merupakan gabungan (mixed Culture) dari berbagai spesies bakteri sejati (Eurobacteria) yang bersifat obligat anaerob. Dari hasil penentuan populasi SRB menggunakan metode MPN yang disajikan dalam Tabel IV.2, dapat dilihat bahwa untuk waktu perendaman hingga 6 minggu, penambahan inhibitor pada sistem perendaman telah meningkatkan populasi SRB. Sedangkan untuk sistem perendaman selama 9 minggu, populasi SRB menurun drastis hingga membalik kondisi pada waktu perendaman 6 minggu. Populasi SRB dalam air laut dengan penambahan Kalium Vanadat pada waktu perendaman 6 minggu merupakan populasi tertinggi, tetapi pada waktu perendaman 9 minggu menjadi populasi terendah. Dari pengamatan ini dapat diperkirakan bahwa penurunan populasi SRB pada minggu ke-9 lebih diakibatkan oleh habisnya nutrien daripada oleh kerja inhibitor. Tabel IV.2 Konsentrasi SRB akhir untuk tiap sisem perendaman No Kondisi Perendaman Lama Perendaman MPN/100ml 1 Glutaraldehide 9,00E+12 Na-Benzoat 3 Minggu 8,00E+12 K.Vanadat 5,00E+12 6,00E+12 46

12 Glutaraldehide 1,40E+13 2 Na-Benzoat K.Vanadat 6 Minggu 9,00E+12 3,00E+13 5,00E+12 Glutaraldehide 3,00E+12 3 Na-Benzoat K.Vanadat 9 Minggu 5,00E+12 2,30E+12 9,00E+12 Kurva Populasi SRB vs Waktu Perendaman 2,E+13 [SRB] (MPN/10 13 ) 1,E+13 1,E+13 1,E+13 8,E+12 6,E+12 4,E+12 2,E+12 0,E Waktu Perendaman (minggu) Glutaraldehide Na-Benzoat K-Vanadat Gambar IV.11 Kurva Populasi SRB terhadap Waktu Perendaman Grafik Konsentrasi SRB Terhadap Waktu Perendaman dengan Variasi Inhibitor Glutaraldehide Waktu (minggu) Glutaraldehide Na-Benzoat K-Vanadat Variasi 2,E+13 1,E+13 1,E+13 1,E+13 8,E+12 6,E+12 4,E+12 2,E+12 0,E+00 [SRB] (MPN/10 13 ml) Na-Benzoat K-Vanadat Gambar IV.12 Pengaruh variasi inhibitor terhadap konsentrasi SRB Suatu senyawa dikatakan efektif sebagai biosida bila dapat mengurangi populasi bakteri hingga menjadi lebih kecil atau sama dengan 10 6 /100 ml[fang 47

13 Ping, Hanifah W 2006]. Dari ketiga inhibitor yang dipakai diyakini bahwa ketiganya tidak ada yang memenuhi kriteria sebagai biosida yang efektif untuk SRB. Secara kualitatif, keefektifan inhibitor yang dipakai sebagai biosida dapat diamati melalui warna larutan dari sistem perendaman, dimana sistem tanpa penambahan inhibitor dan dengan penambahan inhibitor memiliki larutan yang biru. Warna biru ini disebabkan oleh suspensi CuS dalam larutan, yang merupakan produk korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. Untuk sistem perendaman larutan tanpa inhibitor dan dengan penambahan inhibitor dapat ditampilkan pada Gambar IV.13. di bawah ini: (a) (b) dengan Inhibitor Gambar IV.13. Sistem perendaman untuk larutan tanpa inhibitor dan larutan dengan inhibitor Pengamatan pada sistem perendaman menunjukkan keberadaan endapan berwarna biru pada bagian dasar. Endapan ini selain mengandung CuS, juga mengandung biomassa SRB yang sudah mati dan membentuk flok-flok atau gumpalan-gumpalan pada permukaan spesimen logam. IV.6 Pengaruh Konsentrasi SRB terhadap Laju Korosi Dari Tabel IV.1 dan IV.2 dapat dibuat histogram yang disajikan pada Gambar IV.14. Terlihat pada gambar tersebut tidak terdapat korelasi yang signifikan antara konsentrasi SRB pada akhir perendaman dengan laju korosi. Laju korosi paling tinggi diperoleh pada larutan perendaman mengandung 2.3 x SRB/100 ml. Sedangkan laju korosi paling rendah diperoleh pada larutan perendaman dengan konsentrasi 5 x SRB/100 ml. Pembuktian adanya mikroorganisme pada permukaan logam yang terkorosi tidak cukup digunakan sebagai bukti keterlibatan mikroorganisme tersebut dalam mekanisme perusakan logam, walaupun mikrorganisme itu telah dikenal sebagai penghasil metabolit 48

14 yang agresif terhadap logam [Mariana, 2004]. Tingkat korosi logam tidak dipengaruhi oleh populasi mikroorganisme, namun ditentukan oleh tingkat aktivitas metabolisme mikroorganisme [Beech, 2003]. Pengaruh Populasi SRB terhadap Laju Korosi 0,8 0,7 0,6 Laju Korosi (mm/tahun) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2,E+12 3,E+12 5,E+12 5,E+12 8,E+12 9,E+12 9,E+12 1,E+13 3,E+13 SRB(MPN/100ml) Gambar IV.14. Pengaruh Populasi SRB terhadap Laju Korosi 49