APLIKASI METODE ELEKTROKOAGULASI TERHADAP PENURUNAN KADAR ION LOGAM Fe DAN Mn, KEKERUHAN SERTA WARNA PADA PENGOLAHAN AIR GAMBUT SECARA BATCH Ririn Feby Kurniasih 1*, Rahmat Gunawan 2 dan Aman Sentosa Panggabean 2 1 Laboratorium Kimia Fisik dan Anorganik Jurusan Kimia FMIPA Universitas Mulawarman 2 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Mulawarman * Corresponding Author: ririn.feby11@gmail.com ABSTRACT The research about application of electrocoagulation method regarding the decrease level of metal ion such Fe, Mn, turbidity and color on peat water treatment ini batch method had been done. The research in batch method using alumunium (Al) plat as electrode until obtained higher efficiency elimination on voltages of 12 volt with electrocoagulation process time, 120 minute in batch method. The result on variation of voltages was capable to decrease Fe level with efficiency 99.87% from 3.6899 mg/l become 0.0045 mg/l and followed by Mn 95.90% from 0.0244 mg/l become -0.0008 mg/l, turbidity 98% from 385 NTU become 0,95 NTU and color 97.67% from 338.08 Pt-Co become 7.8646 Pt-Co. Long term variation of contact was capable to decrease fe level with efficiency 99.57% from 3.6899 mg/l to 0.0158 mg/l followed by Mn 93.03% from 0.0244 mg/l become 0.0017 mg/l, turbidity 99.74% from 385 NTU to 0.97 NTU and color 98.73% from 338.08 Pt-Co become 4.2985 Pt-Co. Elimination percent has proving electrocoagulation method was capable to decreasing the level of Fe ion, Mn, turbidity and color on peat water and comply the regulation of healthy minister Indonesia Republic No 416/MENKES/PER/IX/1990 regarding clean water quality Keywords :Peat Water, Electrocoagulation, Fe, Mn, Turbidity, Color Intensity PENDAHULUAN Ketersediaan air yang cukup secara kuantitas, kualitas dan kontuinitas sangat penting untuk kelangsungan hidup manusia. Dewasa ini, yang menjadi masalah utama adalah kualitas dan kuantitas air tidak mampu lagi untuk memenuhi kebutuhan yang terus meningkat.terbatasnya jumlah air bersih tidak sebanding dengan pertambahan jumlah penduduk dunia yang menyebabkan konsumsi air segar meningkat drastis [1]. Penduduk pedesaan yang tinggal di daerah rawa dan daerah pasang surut seperti di Kalimantan umumnya menghadapi kesulitan dalam memperoleh air bersih terutama pada musim kemarau. Salah satu sumber air permukaan yang ada di Kalimantan adalah air gambut[2]. Pada dasarnya air gambut adalah air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa atau dataran rendah yang mempunyai ciri-ciri umum yaitu intensitas warna yang tinggi (kuning atau kecoklatan), ph rendah antara 2-5, rasanya masam, kandungan zat organik tinggi, kadar besi dan mangan tinggi, bau serta rendahnya konsentrasi partikel dan kation [3]. Secara kuantitas air gambut sebagai salah satu sumber daya air sudah sangat memadai, tetapi secara kualitas, estetika dan kesehatan air gambut tidak layak digunakan untuk aktivitas manusia karena tidak memenuhi standar air bersih. Hal ini mendorong timbulnya penelitian-penelitian yang baru dalam pengolahan air gambut, sehingga dapat dimanfaatkan sesuai standar yang berlaku. Salah satu alternative pengolahan air tersebut adalah dengan menggunakan metode elektrokoagulasi. Proses elektrokoagulasi dilakukan pada bejana elektrolisis yang di dalamnya terdapat dua atau lebih penghantar arus listrik searah yang disebut elektroda, yang tercelup dalam larutan air sebagai elektrolit. Dari reaksi tersebut, pada anoda akan dihasilkan gas, buih dan flok. Selanjutnya flok yang terbentuk akan mengikat logam yang ada di dalam air, sehingga flok akan memiliki kecenderungan mengendap. Selanjutnya flok yang telah mengikat tersebut diendapkan pada wadah sedimentasi dan sisa buih akan terpisahkan pada unit filtrasi. Karena dalam proses elektrokoagulasi ini menghasilkan gelembunggelembung gas, maka kotoran-kotoran yang terbentuk yang ada dalam air akan terangkat ke atas permukaan air. Flok-flok terbentuk ternyata 42 42
Jurnal Atomik., 2016, 01 (1) hal 42-46 mempunyai ukuran yang relatif kecil sehingga flokflok yang terbentuk tadi lama-kelamaan akan bertambah besar ukurannya [4]. Gambar 1. Mekanisme di dalam elektrokoagulasi [4] maka penelitian ini mencoba memanfaatkan metode elektrokoagulasi yang dilakukan dengan sistem Batch untuk mengetahui efektifitasnya terhadap penurunan kadar ion logam Fe dan Mn, kekeruhan serta warna yang berasal dari air gambut sehingga memenuhi persyaratan PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang kualitas air bersih. METODOLOGI PENELITIAN RangkaianAlatElektrokoagulasi Adaptor disiapkan dan disambungkan adaptor pada kabel penghubung (kabel buaya) pada kutub negafif dan kutub positif, kemudian dua buah elektroda alumunium yang telah dibersihkan diposisikan pada gelas kimia sehingga terendam sebagian, selanjutnya kedua elektroda kemudian dihubungkan pada adaptor. Kemudian dilakukan variasi pada parameter lama waktu kontak 30, 60, 90 dan 120 menit serta variasi kuat tegangan 3, 6, 9 dan 12 Volt, yang titik optimumnya ditentukan berdasarkan besar signifikan penurunan kadar logam Fe dan Mn, kekeruhan, serta warna dari tiap variasi tersebut.selanjutnya dilakukan analisis kandungan logam yang ada dalam air gambut hasil elektrokoagulasi dengan AAS, nefelometer untuk kekeruhan dan Spektrofotometer untuk pengukuran zat warna. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil data pengamatan yang ada, diperoleh profil parameter ion logam Fe, Mn, kekeruhan serta warna terhadap variasi kuat tegangan dan waktu sebagaimana dipaparkan pada bagian berikut. Teknik Sampling Air gambut yang digunakan pada penelitian ini diambil dari Desa Menamang Kecamatan Muara Kaman Kabupaten Kutai Kartanegara Kalimantan Timur. Untuk kebutuhan pemeriksaan air baku dilakukan pengambilan sampel secara grab. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelas kimia 500 ml, adaptor sebagai sumber arus listrik, corong kaca, penjepit, stopwatch, pipet tetes, ph universal, seperangkat alat isntrumen Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), Seperangkat Alat Nefelometer, Seperangkat Alat Spektrofotometer dan Rangkaian alat elektrokoagulasi batch. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah air gambut, pelat alumunium (dimensi panjang : 15 cm; lebar : 2,5 cm; tebal : 0,2 cm), aquadest, tissue, kertas saring, alumunium foil, HNO 3 (p), kertas label, penghapus, karet gelang, larutan standar Fe dan Mn, kaliumheksakloroplatinat (K 2 PtCl 2 ), kobal klorida (CoCl 2.6H 2 O), HCl(p). Gambar 2. Parameter Kuat Tegangan terhadap penurunan Fe dan Mn Dapat dilihatpada Gambar 2 bahwa proses elektrokoagulasi memberikan pengaruh terhadap penurunan Fe dan Mn. Metode elektrokoagulasi menunjukkan penurunan nilai Fe dan Mn yang signifikan, dimana semakin besar kuat tegangan yang diberikan maka penyisihan Fe dan Mn semakin besar. Konsentrasi Fe pada air gambut sebelum dilakukan proses elektrokoagulasi adalah sebesar 3,6899 mg/l. Efisiensi penurunan konsentrasi Fe terbesar yang dicapai pada air gambut ini terjadi pada kuat tegangan 12 Volt dan waktu kontak selama 120 menit dengan persen penyisihan sebesar 99,87% (konsentrasi Fe 0,0045 mg/l). Sedangkan efisiensi penurunan konsentrasi Fe terkecil dicapai pada kuat 43
76,69% (konsentrasi Fe 0,8600 mg/l). Konsentrasi Mn pada air gambut sebelum dilakukan proses elektrokoagulasi adalah sebesar 0,0244 mg/l. Efisiensi penurunan konsentrasi Mn terbesar yang dicapai pada air gambut ini terjadi pada kuat tegangan 12 Volt dan waktu kontak selama 120 menit dengan persen penyisihan sebesar 95,90% (konsentrasi Mn -0,0008 mg/l). Didapat hasil pada kuat tegangan 12 Volt bahwa penurunan konsentrasi Mn di dalam air gambut semakin kecil yaitu -0,0008 mg/l, hal ini dikarenakan konsentrasi tersebut berada jauh dibawah limit deteksi pengukuran logam Mn yaitu 0,001 sehingga alat AAS tidak mampu membaca konsentrasi tersebut. Sedangkan efisiensi penurunan konsentrasi Mn terkecil dicapai pada kuat 89,75% (konsentrasi Mn 0,0025 mg/l). Kuat Tegangan (beda potensial) berbanding lurus dengan besarnya arus listrik yang mengalir pada elektroda. Arus listrik yang menyebabkan terjadinya transfer elektron dari elektroda ke larutan elektrolit. Adanya aliran listrik ini menyebabkan terjadinya reaksi kimia dalam larutan yaitu semakin banyaknya alumunium hidroksida maupun gelembung (gas) yang terbentuk. Saat kuat tegangan tinggi, hidroksil yang larut dan kecepatan pembentukan alumuium hidroksida meningkat sehingga endapan yang dihasilkan lebih banyak dan meningkatkan penurunan polutan di dalam air gambut. Pengaruh Lama Waktu Kontak terhadap penurunan Fe, Mn, kekeruhan serta warna pada air gambut Semakin lama waktu elektrokoagulasi, maka semakin kecil konsentrasi Fe, Mn, kekeruhan serta warna yang terdapat di dalam air gambut atau persentase penurunannya semakin meningkat (Gambar 4 dan 5). Hasil elektrokoagulasi terhadap air gambut menunjukkan secara umum terjadi penurunan berbagai polutan di dalam air gambut. Gambar 3. Parameter Kuat Tegangan terhadap penurunan kekeruhan dan warna Hasil pengaruh elektrokoagulasi terhadap nilai kekeruhan dan warna air gambut (Gambar 3) dapat terlihat bahwa semakin besar kuat tegangan yang diberikan maka penurunan nilai kekeruhan dan warna juga semakin besar. Nilai kekeruhan awal air gambut sebelum dielektrokoagulasi adalah 385 NTU. Efisiensi penyisihan kekeruhan tertinggi terjadi pada kuat tegangan 12 Volt dengan efisiensi penyisihan sebesar 99,75% (nilai kekeruhan 0,95 NTU). Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada kuat 44,15% (nilai kekeruhan 215 NTU). Nilai intensitas warna air gambut sebelum dielektrokoagulasi adalah 338,08 PtCo. Efisiensi penyisihan intensitas warna tertinggi terjadi pada kuat tegangan 12 Volt dengan efisiensi penyisihan sebesar 97,67% (nilai intensitas warna 7,86 PtCo). Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada kuat 42,51% (nilai intensitas warna 194,37 PtCo). Gambar 4. Parameter Lama Waktu Kontak terhadap Penurunan Fe dan Mn Penurunan konsentrasi kandungan Fe dan Mn pada air gambut terbesar terjadi pada tegangan 12 Volt. Konsentrasi awal Fe sebesar 3,6899 mg/l menurun menjadi 0,0158 mg/l setelah dielektrokoagulasi selama 120 menit dengan efisiensi penyisihan sebesar 99,57%. Sedangkan untuk logam Mn efisiensi penyisihannya sebesar 93,03% dengan konsentrasi awal 0,0244 mg/l turun hingga 0,0017 mg/l setelah dielektrokoagulasi selama 120 menit. Pada proses elektrokimia, pada saat yang sama adanya arus listrik di anoda akan terjadi reaksi oksidasi terhadap anion (ion negatif), anoda yang terbuat dari logam seperti alumunium akan 44 44
Jurnal Atomik., 2016, 01 (1) hal 42-46 mengalami reaksi oksidasi membentuk Al 3+ dan akan mengikat ion (OH) - membentuk flok Al(OH) 3. Gas hidrogen dari katoda membantu flok Al(OH) 3 dalam larutan yang terangkat ke permukaan. Dalam hal ini Al(OH) 3 merupakan senyawa koagulan yang berperan sebagai bahan penggumpal dan penyerap berbagai polutan (logam berat, padatan tersuspensi, senyawa organik dll) yang terdapat dalam air gambut. Mekanisme pengendapan flok Al(OH) 3 pada proses elektrokoagulasi mengikuti prinsip koagulasiflokulasi karena adanya pertumbuhan massa flok sehingga berat jenis flok menjadi besar dan akhirnya mengendap [5]. Hal ini juga dapat terjadi karena dengan adanya perubahan arus listrik akan terjadi medan magnet di sekitar elektroda. Dengan adanya medan magnet di sekitar elektoda, maka ion-ion Fe dan Mn akan bergerak dengan lintasan berbentuk helik mengitari plat elektroda sehingga pada saat itu ada kecenderungan ion-ion Fe dan Mn dapat menempel pada seluruh permukaan plat elektroda. Terbentuknya flok Al(OH) 3 ini yang dapat mengikat ion-ion Fe dan Mn serta menangkap sebagian logam Fe dan Mn yang tidak terdeposit pada batang katoda. Kondisi tersebut yang memugkinkan terjadinya penurunan kadar Fe dan Mn dalam air gambut [6]. sebelum dielektrokoagulasi adalah 338,08 PtCo dengan efisiensi penyisihan sebesar 98,73% (nilai intensitas warna 4,29 PtCo). Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada waktu kontak 30 menit dengan persen penyisihan sebesar 53,21% (nilai intensitas warna 158,17 PtCo).Perubahan intensitas warna air gambut ini bisa dilihat secara visual pada warna sampel yang mengalami perubahan yaitu dari warna awal sampel yang berwarna coklat kemerahan hingga menjadi jernih setelah dilakukan proses elektrokoagulasi. Dari data yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa setiap perubahan lama waktu kontak akan menghasilkan efisiensi penyisihan yang berbeda. Dimana semakin besar waktu kontaknya maka semakin tinggi pula nilai efisiensi penyisihan elektrokoagulasinya yang mencapai 99%. Gambar 6. Air gambut sebelum dan setelah dielektrokoagulasi Gambar 5. Parameter Lama Waktu Kontak terhadap Penurunan Kekeruhan dan Warna Parameter kekeruhan dan warna merupakan hal yang penting dalam air karena mempengaruhi estetika dalam hal penggunaannya.dari grafik diatas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan tingkat kekeruhan dan wanra pada air gambut dengan efisiensi penyisihan terbesar terjadi pada waktu kontak 120 menit. Nilai kekeruhan awal air gambut sebelum dielektrokoagulasi adalah 385 NTU dengan efisiensi penyisihan sebesar 99,74% (nilai kekeruhan 0,97 NTU). Sedangkan efisiensi terendah terjadi pada waktu kontak 30 menit dengan persen penyisihan sebesar 42,85% (nilai kekeruhan 220 NTU). Sedangkan untuk nilai intensitas warna air gambut Penurunan ini terjadi karena adanya reaksi alumunium hidroksi komplek yang terbentuk bereaksi dengan elektron yang tereksitasi pada atom C dari gugus kromofor molekul asam humat. Semakin banyak alumunium hidroksida yang terbentuk, maka semakin banyak bereaksi dengan senyawa-senyawa organik yang mengandung asam humat dalam air gambut dan mengakibatkan kekeruhan semakin berkurang. Senyawa utama di dalam air gambut adalah asam humat, asam fluvat dan humin yang merupakan zat pewarna di dalam air gambut. Ketiga jenis senyawa tersebut adalah hasil pelarutan dari humus yang terdapat di dalam lahan gambut. Pada kuat tegangan 12 Volt danlama waktu kontak 120 menit, alumunium hidroksida yang dihasilkan banyak bereaksi dengan lignin, sehingga terjadi perusakan gugus kromofor dalam senyawa asam humat tersebut, selanjutnya terjadi penguraian dari bentuk polimer menjadi bentuk senyawa yang mempunyai berat molekul yang kecil dan tidak berwarna, sehingga mengakibatkan presentase penurunan kekeruhan dan warna semakin meningkat. 45
KESIMPULAN Metode elektrokoagulasi dapat menurunkan kadar ion Fe, Mn, Kekeruhan dan Warna dari air gambut yang digunakan dengan kadar awal Fe, Mn, Kekeruhan dan Warna masing-masing yaitu 3,6899 mg/l; 0,0244 mg/l; 385 NTU dan 338,08 Pt-Co. Didapatkan penurunan kadar dari variasi kuat tegangan yang dilakukan yaitu 0,0045 mg/l; -0,0008 mg/l; 0,95 NTU dan 7,8646 ppm Pt-Co. Dan pada variasi lama waktu kontak penurunan kadarnya sebesar 0,0158 mg/l; 0,017 mg/l; 0,97 NTU dan 4,2985 Pt-Co. Hasil penurunan kadar tersebut sudah sesuai dengan permenkes RI No 416/MENKES/PER/IX/1990 tentang persyaratan kualitas air bersih. Besar efisiensi penyisihan pada variasi kuat tegangan untuk ion logam Fe, Mn, Kekeruhan dan Warna yaitu masing-masing sebesar 99,87 %; 95,90 %; 99,75 % dan 97,67 %. Dan pada variasi lama waktu kontak yaitu 99,57 %; 93,03 %; 99,74 % dan 98,73 % dimana efisiensi penyisihan terbesarnya terjadi pada kuat tegangan sebesar 12 Volt dan lama waktu kontak selama 120 menit. UCAPAN TERIMA KASIH DAFTAR PUSTAKA [1] Pamularsih, C. 2013. Penyisihan Kekeruhan Pada Sistem Pengolahan Air Sungai Tembalang Dengan Teknologi Rapid Sand Filter. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri Vol 2 No 4. [2] Eri, I.R. 2010. Kajian Pengelolaan Air Gambut Menjadi Air Bersih dengan Kombinasi Proses Upflow Anaerobic Filter dan Slow Sand Filter. Tesis Jurnal Teknik Lingkungan FTSP-ITS. [3] Kusnaedi. 2006. Mengolah Air Gambut dan Air Bersih Untuk Air Minum. Jakarta : Penebar Swadaya [4] Holt, P.K., Barton, G.W., Wark, M., danmitchell, C.A. 2002. A Quantitative Comparison Between Chemical Dosing and Electrocoagulation. Colloids and Surface A. Physicochem. Eng. Aspects, 211:233-248 [5] Yulianto, A., Luqman H., Indah P., Vidya A.P. 2009. Pengolahan Limbah Cair Industri Batik Pada Skala Laboratorium Dengan Menggunakan Metode Elektrokoagulasi. Jurnal Jurusan Teknik Lingkungan Univeristas Islam Indonesia Yogyakarta. [6] Susetyaningsih, R. 2008. Kajian Proses Elektrokoagulasi Untuk Pengolahan Limbah Cair. SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta. Penulis mengucapkan terima kasih kepada orang tua, keluarga dan teman-teman atas doa dan dukungannya. Selanjutnya penulis berterima kasih kepada dosen pembimbing yang telah memberikan saran dan masukan. 46 46