Annual Report 2016

64

64

BAB VI

TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR LIMBAH MENGANDUNG LOGAM BERAT

Dinda Rita K. Hartaja, Ikbal, Oman S, Galih S, Nusa Idaman S, Manis Y, Tati H, Ahmad Shoiful,

Dwindrata B, Adi Mulyanto

ABSTRAK

Logam berat merupakan parameter yang banyak ditemui di dalam air limbah. Logam berat yang terbawa ke

perairan dapat mengalami bioakumulasi di dalam tubuh makhluk hidup. Keberadaan logam berat di dalam air

limbah menjadi perhatian karena pada konsentrasi yang tinggi bersifat toksik. Salah satu teknologi yang dapat

diaplikasikan dalam pengolahan limbah cair mengandung logam berat adalah dengan menggunakan teknologi

elektrokoagulasi. Prinsip kerja elektrokoagulasi adalah proses destabilisasi kontaminan tersuspensi dan

teremulsi didalam media larutan dengan menggunakan arus listrik. Proses elektrokoagulasi terbentuk melalui

pelarutan logam dari anoda yang kemudian berinteraksi secara simultan dengan ion hidroksi dan gas hidrogen

yang dihasilkan dari katoda. Dalam penelitian ini difokuskan hanya mengamati 2 logam berat, yaitu Kromium dan

Perak. Karena dalam uji pendahuluan sampel yang akan dijadikan air baku dalam penelitian ini, kedua logam ini

terdeteksi yang paling tinggi diantara logam – logam yang lain. Sedangkan waktu tinggal di dalam reaktor

elektrokoagulasi ditetapkan selama 30 menit, dan reaktor sedimentasi selama 3 jam. Hasil yang diperoleh dari

proses elektrokoagulasi dan adsobsi logam adalah mampu menurunkan konsentrasi kromium hingga 88%, dan

konsentrasi perak sebesar 95%.

Kata Kunci : logam berat, elektrokoagulasi, koagulasi-flokulasi, elektrokimia

6.1. Latar Belakang

Logam berat merupakan parameter yang banyak ditemui di dalam air limbah. Jenis logam

berat yang umum ditemui di dalam air limbah antara lain arsen (As), Timbal (Pb), Merkuri (Hg),

Kadmium (Cd), Kromium (Cr), Zink (Zn), Tembaga (Cu), Perak (Ag), dan Nikel (Ni).

Logam berat yang terbawa ke perairan dapat mengalami bioakumulasi di dalam tubuh

makhluk hidup. Melalui rantai makanan, logam berat dapat masuk ke dalam tubuh manusia. Karena

sifat bioakumulasi tersebut, apabila manusia memakan makanan yang berasal dari perairan yang

tercemar logam berat, maka konsentrasi tertinggi logam berat akan ada di tubuh manusia.

Konsentrasi logam berat yang berlebihan di dalam tubuh sangat berbahaya karena dapat

menimbulkan berbagai gangguan kesehatan.

Keberadaan logam berat di dalam air limbah menjadi perhatian karena pada konsentrasi

yang tinggi logam berat bersifat toksik. Di dalam instalasi yang memanfaatkan proses pengolahan

secara biologi, keberadaan logam berat dalam konsentrasi tinggi menjadi musuh bagi reaktor.

Toksisitas logam berat dapat mengganggu metabolisme bakteri di dalam reaktor sehingga otomatis

kinerja reaktor juga akan terganggu. Jika konsentrasi logam berat tidak diperhatikan, bukan hanya

terancam tidak lolos baku mutu air limbah, biaya dan waktu yang diperlukan untuk pemulihan reaktor

juga tidak sedikit.

Berdasarkan permasalahan di atas, maka diperlukan pengolahan limbah mengandung logam

berat agar tidak mencemari lingkungan air. Reddhithota, dkk (2007) menyebutkan bahwa metode

Annual Report 2016

65

65

elektrokoagulasi merupakan metode pengolahan limbah yang murah dan efektif. Elektrokoagulasi

merupakan metode elektrokimia untuk pengolahan air dimana pada anoda terjadi pelepasan

koagulan aktif berupa ion logam ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis

berupa pelepasan gas hidrogen (Hotl et al, 2005).

Pada penelitian ini, metode elektrokoagulasi diaplikasikan pada pengolahan limbah

laboratorium dan limbah elektroplating, dimana elektroda yang digunakan adalah aluminium (sebagai

anoda dan katoda). Metode elektrokoagulasi memiliki beberapa keunggulan diantaranya yaitu

merupakan metode yang sederhana, efisien, baik digunakan untuk menghilangkan senyawa organik,

tanpa penambahan bahan kimia. Menurut Putero, dkk (2008) faktor – faktor yang mempengaruhi

proses elektrokoagulasi antara lain: kerapatan arus listrik, waktu operasi, tegangan, kadar asam,

ketebalan plat, dan jarak elektroda.

Peraturan dan perundang-undangan yang dapat dijadikan dasar untuk pelaksanaan program

ini adalah antara lain: (1) Permen LH Nomor 5 Tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah, (2) Pergub

DKI No 69 Tahun 2013 tentang Baku Mutu Air Limbah.

6.2. Tujuan, Sasaran dan Ruang Lingkup

6.2.1. Tujuan

Tujuan dari kegiatan Teknologi Pengolahan Limbah Mengandung Logam Berat adalah :

a. Melakukan kajian – kajian teknologi yang dapat digunakan untuk mengolah air limbah yang

mengandung logam berat.

b. Mengkaji efektifitas elektrokoagulasi dengan menggunakan elektroda aluminium untuk

menurunkan konsentrasi logam berat yang terkandung dalam air limbah.

6.2.2. Sasaran

Sedangkan sasaran dari kegiatan ini adalah diperoleh data untuk mendesain teknologi proses

elektrokoagulasi yang tepat untuk mengolah air limbah yang mengandung logam berat.

6.2.3. Ruang Lingkup

Ruang lingkup kegiatan Teknologi Pengolahan Limbah Mengandung Logam Berat Tahun

Anggaran 2015 antara lain adalah :

a. Studi literatur : dilakukan untuk memperkaya pengetahuan mengenai karakteristik limbah

yang mengandung logam berat, meningkatkan basic pengetahuan tentang teknologi proses

pengolahan air limbah secara umum. Studi literatur ini dilakukan dengan mengkaji makalah –

makalah maupun hasil kajian yang telah dilakukan oleh pihak-pihak lain.

b. Survei lapangan : dilakukan untuk mengetahui kondisi riil di air limbah yang berasal dari

beberapa laboratorium lingkungan yang ada di Jakarta, yang akan digunakan sebagai

sampel air limbah pada penelitian ini. Selain itu, survey lapangan juga bertujuan untuk

mengambil sampel air limbah tersebut, yang kemudian dibawa ke laboratorium Geostek

Kawasan Puspiptek Serpong.

Annual Report 2016

66

66

c. Analisa sampel air limbah : dilakukan untuk mengetahui karakteristik kimia, khususnya

kandungan logam berat yang terdapat di dalam air limbah laboratorium.

d. Penelitian : dilakukan dengan menetapkan waktu tinggal selama 30 menit di dalam reaktor

elektrokoagulasi, dan 3 jam dalam reaktor sedimentasi.

e. Evaluasi hasil penelitian : Evaluasi ini diperlukan untuk merumuskan kinerja dari teknologi –

teknologi proses yang telah dicoba pada tahapan penelitian. Dari sini akan dapat dirumuskan

parameter disain untuk merancang alat yang lebih besar.

6.3. Hasil Kegiatan

Capaian kegiatan akan diuraikan dalam tiap triwulan, seperti penjelasan berikut ini.

Triwulan I

Kegiatan yang dilakukan Teknologi Pengolahan Limbah Mengandung Logam Berat pada

triwulan I meliputi :

a. Studi Literatur, dilakukan untuk memperkaya pengetahuan dan data sekunder mengenai

teknologi pengolahan air limbah mengandung logam berat. Studi literatur ini dilakukan

dengan mengkaji makalah – makalah maupun hasil kajian yang telah dilakukan oleh pihak –

pihak lain.

b. Desain konsep reaktor elektrokoagulasi yang akan digunakan dalam kegiatan penelitian ini,

berdasarkan evaluasi kegiatan 2015

Dari kegiatan tersebut di atas, maka pada triwulan I dilakukan evaluasi reaktor yang

digunakan pada kegiatan 2015. Dari evaluasi tersebut, akan digunakan sebagai dasar perencanaan

reaktor dengan skala yang lebih besar, agar diperoleh efektifitas pengolahan yang maksimal. Selain

mengevaluasi kinerja reaktor pada tahun 2015, untuk mendesain reaktor yang akan digunakan pada

penelitian kali ini, juga dilakukan kajian mengenai karakteristik limbah laboratorium yang akan

digunakan sebagai sampel pada penelitian.

Berdasarkan hasil evaluasi kinerja reaktor di kegiatan tahun 2015, diperoleh hasil bahwa

endapan yang terjadi di reaktor sedimentasi menutupi outlet sedimentasi sehingga air hasil olahan

tidak dapat mengalir ke proses selanjutnya. Selain itu kinerja filter yang masih relatif rendah.

Sehingga desain reaktor yang akan digunakan pada penelitian ini akan berubah, yaitu akan

memisahkan reaktor elektrokoagulasi dan sedimentasi yang sebelumnya dijadikan satu reaktor.

Selain itu, akan merubah sistem adsorbsi menggunakan filter karbon aktif dan silika, agar diperoleh

hasil yang lebih maksimal.

Dari hasil kajian diketahui bahwa air limbah laboratorium dapat mengandung bermacam-

macam spesi kimia bergantung kepada jenis laboratorium yang dioperasikan, misalnya laboratorium

klinik, laboratorium non-klinik, atau laboratorium radiasi. Spesi kimia yang terdapat dalam air limbah

kemungkinan dapat bersifat asam (baik asam lemah maupun asam kuat), basa (basa lemah atau

basa kuat), amfoter (berkelakuan sebagai asam atau basa bergantung kepada kondisi lingkungan).

Selain itu spesi tersebut dapat berupa bahan kimia organik maupun anorganik.

Annual Report 2016

67

67

Berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 101 Tahun 2014 tentang Pengelolaan Limbah

Bahan Berbahaya dan Beracun limbah laboratorium tergolong ke dalam limbah B3. Terdapat dua

klasifikasi limbah B3 yaitu kategori 1 dan kategori 2. Suatu limbah dinyatakan sebagai B3 kategori 1

apabila memenuhi paling tidak satu kriteria dalam Tabel 6.1. di bawah ini:

Tabel 6.1. Kriteria limbah B3 kategori 1

Karakteristik limbah

Organoleptic Toxic

Mudah meledak (explosive)

Mudah menyala (flammable)

Bersifat korosif (corrosive)

Bersifat infeksius (infectius)

Bersifat reaktif (reactive)

Beracun (toxic)

Memiliki nilai toxicity characteristik leaching

procedure (TCLP) : TCLP > A (lampiran 3

PP101/2014)

Memiliki nilai lethal dose-50 (LD50) dalam

kisaran (satuan mg/kg bobot hewan uji):

LD50 ≤ 50

Sedangkan suatu limbah B3 dinyatakan sebagai kategori 2 apabila tidak memiliki karakteristik

sebagai kategori 1 namun memiliki karakteristik seperti tertera dalam Tabel 6.2. berikut ini.

Tabel 6.2. Kriteria limbah B3 kategori 2

Karakteristik limbah

Memiliki nilai toxicity characteristik leaching

procedure (TCLP) : B<TCLP≤A (lampiran 3

PP101/2014)

Memiliki nilai lethal dose-50 (LD50) dalam

kisaran (satuan mg/kg bobot hewan uji): 50 <

LD50 ≤ 5000

Sesuai dengan Lampiran 1 dari PP101/2014 limbah laboratorim dapat berasal dari sumber

spesifik atau sumber tidak spesifik. Hal-hal yang menjadi pertimbangan dalam menempatkan limbah

laboratorium sebagai Limbah B3 kategori 1 atau kategori 2 ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 6.3. Karakteristik air limbah laboratorium kimia

Paremeter Satuan Nilai

pH - 2,45

TDS (total dissolved solid) mg/L 8997

TSS (total suspended solid) mg/L 367

Kekeruhan (turbidity) NTU 45,64

COD (chemical oxygen demand) mg/L 2668,55

Nilai KmnO4 mg/L 23,91

Fe mg/L 75,54

Mn mg/L 1,8799

Cr mg/L 3,3681

Suhu oC 26

Annual Report 2016

68

68

Tabel 6.4. Lampiran 1 dari PP101/2014

Kegiatan Sumber Keterangan limbah Kode limbah Kategori

Laboratorium Tidak spesifik Mengandung bahan B3 A106d 1

Rumah sakit dan

pelayanan

kesehatan (kode

37)

Laboratorium

rumah sakit dan

klinik

Fasilitas

insinerator

IPAL rumah sakit

dan klinik

Infeksius A337-1 1

Produk farmasi kadaluarsa A337-2 1

Bahan kimia kadaluarsa A337-3 1

Alat terkontaminasi B3 A337-4 1

Mengandung logam berat A337-5 1

Kemasan produk farmasi B337-1 2

Sludge IPAL B337-2 2

Laboratorium riset

dan komersial

termasuk industri

(kode 38)

Seluruh jenis

laboratorium kecuali

dari kegiatan kode

37

Bahan kimia kadaluarsa A338-1 1

Alat terkontaminasi B3 A338-2 1

Residu sampel B3 A338-3 1

Sludge IPAL A338-4 1

Pada Tabel 6.3. dan Tabel 6.4. ditunjukkan tipikal karekteristik air limbah untuk laboratorium

kimia dan laboratorium kesehatan.

Triwulan II

Dari kajian yang dilakukan pada triwulan I, maka kegiatan yang akan dilakukan pada triwulan

II adalah sebagai berikut:

a. Tersusunnya gambar bentuk konfigurasi panel kontrol kelistrikan & instrumentasi

Elektrokoagulasi, desain mekanikal & elektrikal elektrokoagulasi, scrapper, gambar teknis unit

elektrokoagulasi, sedimentasi, adsorbsi, skeed reaktor.

b. Pengadaan peralatan dan mesin yang akan digunakan dalam penelitian pengolahan limbah

mengandung logam berat.

Percobaan yang dilakukan pada tahun sebelumnya dan kajian yang dilakukan pada triwulan I,

maka diperoleh desain sebagai berikut:

a. Reaktor Elektrokoagulasi

Reaktor elektrokoagulasi yang akan dibangun merupakan reaktor dengan tipe upflow yakni

air limbah dialirkan dari bawah reaktor hingga atas reaktor kemudian terjadi luapan sebagai outletnya.

Pada saat aliran mengalir dari bawah hingga atas reaktor, disitulah terjadi treatment. Kemudian

setelah itu limbah akan meluap ke bak pengendap. Gambar 1 berikut ini adalah sketsa reaktor yang

akan dibuat.

Annual Report 2016

69

69

Gambar 6.1. Sketsa Reaktor Elektrokoagulasi

Berikut ini adalah gambar desain reaktor elektrokoagulasi yang akan digunakan dalam

penelitian.

Gambar 6.2. Desain Reaktor Elektrokoagulasi

Spesifikasi reaktor adalah sebagai berikut :

o Bentuk : Rectangular

o Ukuran : 60cm x 50cm x 65cm

o Bahan : FRP tahan panas hingga 80oC

o Elektroda : Anoda & Katoda menggunaka aluminium

o Aliran sistem up flow

o Dilengkapi dengan dudukan aluminium, inlet, outlet dan drain

Annual Report 2016

70

70

b. Reaktor Sedimentasi

Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk memisahkan atau mengendapkan zat

- zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan

memanfaatkan gaya gravitasi.

Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya.

Setelah partikel - partikel mengendap maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang

semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat dengan melewatkan air pada sebuah bak

dengan kecepatan tertentu sehingga padatan terpisah dari aliran air tersebut dan jatuh ke dalam bak

pengendap.

Kecepatan pengendapan partikel yang terdapat di air tergantung pada berat jenis, bentuk dan

ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Pada dasarnya terdapat

dua jenis alat sedimentasi yaitu jenis rectangular dan jenis circular. Proses sedimentasi dapat

dikelompokkan dalam tiga klasifikasi, bergantung dari sifat padatan di dalam suspensi:

o Discrete (free settling) : Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel discrete adalah

dipegaruhi oleh gravitasi dan gaya geser.

o Flocculent : Kecepatan pengadukan dari partikel-partikel meningkat, dengan setelah

adanya penggabungan diantaranya.

o Hindered/Zone settling : Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel di dalam suspensi

dengan konsentrasi padatan melebihi 500 mg/l.

Pada proses elektrokoagulasi, akan terbentuk partikel yang mengendap (endapan) dan

partikel yang mengapung (scum). Oleh karena itu, pada reaktor sedimentasi ini dilengkapi dengan

penampung scum (scum ditch) dan screaper yang berfungsi mengarahkan scum ke dalam

penampung scum. Berikut ini adalah gambar desain reaktor sedimentasi yang akan digunakan dalam

penelitian.

Annual Report 2016

71

71

Gambar 6.3. Desain Reaktor Sedimentasi

Spesifikasi bak sedimentasi adalah sebagai berikut

o Bentuk : Rectangular

o Ukuran : 120 cm x 50 cm x 115 cm

o Bahan : FRP

o Dilengkapi dengan penampung scum, screaper, baffle, inlet, outlet, dan drain

c. Reaktor Adsorbsi

Proses yang digunakan untuk filtrasi pasir dan filtrasi adsorpsi karbon aktif adalah filtrasi

secara gravitasi dengan aliran dari bawah ke atas (Up Flow). Porses adsorpsi logam berat dilakukan

dengan menggunakan karbon aktif dan pasir silika yang diletakkan dalam sebuah reaktor. Desain

bakr adsorpsi yang digunakan adalah seperti pada Gambar 5.

Spesifikasi bak filtrasi pasir dan bak adsorpsi adalah sebagai berikut

o Bentuk : Rectangular

o Ukuran : 50 cm x 40 cm x 65 cm

o Bahan : FRP

o Media : Silika dan Karbon Aktif

o Sistem Aliran : Aliran sistem upflow

o Dilengkapi dengan strainer, weir, inlet, outlet dan drain

Annual Report 2016

72

72

Gambar 6.4. Desain Bak Adsorpsi Karbon Aktif

d. Desain Instalasi Kelistrikan Sistem Elektrokoagulasi

Sketsa Instalasi Pengkabelan Power Suplai

Gambar 5 berikut ini adalah sketsa instalasi pengkabelan power suplai. Output DC power

suplai disalurkan ke reaktor menggunakan kabel induk 25 mm2 kemudian untuk distribusi masing-

masing elektroda pada reaktor, kabel induk beri cabang dengan menggunakan kabel ukuran 6 mm2

menuju masing-masing elektroda. Garis merah pada output DC pada Gambar 1 menunjukkan kutub

positif sedangkan garis biru menunjjukan kutub negatif. Pemasangan elektroda dipasang secara

berselang-seling antara positif dan negatif.

Annual Report 2016

73

73

POWER SUPLAI220 VAC 0-50 VDC

Gambar 6.5. Sketsa Pengkabelan Power Suplai

Wiring Diagram Sistem Kelistrikan

Komponen Kelistrikan Elektrokoagulasi terdiri dari:

Tabel 6.5. Komponen Utama Kelistrikan Sistem Elektrokoagulasi

No. Nama Komponen Spesifikasi Jumlah

1 MCB

16 A 10 A 4 A 2 A

1 Buah 1 Buah 1 Buah 2 Buah

2 Kontaktor 3 x 10 A 4 Buah

3 Overload 12 A 1 Buah

4 Pilot Lamp 220 VAC 6 Buah

5 Selector Switch 10 A 5 Buah

Dalam perancangan ini MCB digunakan sebagai pembagi arus sekaligus sebagai pengaman

hubungan pendek arus listrik. MCB ukuran 16 A digunakan sebagai sumber arus utama. Dari MCB

utama tersebut kemudian dibagikan ke 4 buah MCB dengan rincian sebagai berikut:

8. MCB 10 A : digunakan untuk power supply DC

9. MCB 4 A : digunakan untuk motor skimmer

10. MCB 2 A : digunakan untuk pompa filtrasi

11. MCB 2 A : digunakan untuk pompa umpan

Kontaktor dalam perancangan ini digunakan sebagai saklar magnetis tiap komponen.

Kontaktor yang digunakan memiliki 3 buah kontak utama dan 2 buah kontak bantu masing-masing

NO dan NC. Kontaktor yang digunakan berkapasitas 3 x 10 A. Overload digunakan untuk beban yang

membutuhkan tingkat proteksi arus yang tinggi. Dalam perancangan ini overload dipasang pada

kontaktor power supply DC. Overload yang dipasang memiliki variasi arus mulai dari 3 A sampai 12

A.

Pilotlamp dipasang sebagai indikator masing-masing beban telah bekerja. Pilotlamp

dihubungkan ke kontak bantu NO masing-masing kontaktor. Dalam perancangan ini terdapat 6 buah

Annual Report 2016

74

74

pilotlamp. 4 buah untuk beban, 1 buah indikator otomatis, dan 1 buah untuk indikator Line hidup.

Empat Selector Switch dipasang untuk menghidupkan kontaktor sedangkan 1 sSelector Switch

digunakan untuk menghidupka rellay yang mana rellay tersebut berfungsi untuk menghiddupkan

sistem secara otomatis. Switch Selector dipasang pada Line yang menuju koil kontaktor yakni

berfungsi untuk memutus dan menyambung arus. Gambar 6 Berikut ini adalah gambar Wiring

Diagram sistem Elektrokoagulasi.

A1

A2NO

NO

NC

NC

NCNCNONO

A1

A2NO

NO

NC

NC A1

A2NO

NO

NC

NC NO A1

A2NONC

NC

PILOT

LAMP

Overload 12 A

PILOT

LAMP

PILOT

LAMP

PILOT

LAMP

PILOT

LAMP

M M M M

LINE 220 VAC

16 A

16 A

10 A 4 A 2 A 2 A

PILOT

LAMP

Pompa Feed Pompa Filter ScraperDC

Inverter

NETRAL

NO

A1

A2

NO NO

NO

Rellay

NO

A1

A2

NO NO

NO

Rellay

Gambar 6.6. Wiring Diagram sistem Elektrokoagulasi

Triwulan III

Ruang lingkup kegiatan pada triwulan III adalah sebagai berikut:

a. Perakitan Reaktor Elektrokoagulasi dan Sistem Kelistrikan

b. Trial Test dan Uji Kebocoran

c. Analisa Sampel Limbah

Hasil capaian pada triwulan III WP 2.2. Teknologi Pengolahan Limbah Mengandung Logam

Berat adalah sebagai berikut:

Annual Report 2016

75

75

a. Perakitan Reaktor Elektrokoagulasi dan Sistem Kelistrikan

Perakitan Reaktor Elektrokoagulasi

Prinsip kerja elektrokoagulasi adalah proses koagulasi yang terbentuk melalui pelarutan

logam dari anoda yang kemudian berinteraksi secara simultan dengan ion hidroksi dan gas hidrogen

yang dihasilkan dari katoda. Hasil interaksi kation logam dengan ion hidroksida dan gas hidrogen

inilah yang kemudian bertindak sebagai koagulan. Secara umum, persamaan reaksi yang terjadi

pada anoda dan katoda dapat ditulis sebagai berikut:

M M+ + ne : Anoda

2H2O + 3e 2OH- + H2 : Katoda

Pada penelitian sebelumnya yang telah dilakukan, air limbah yang dialirkan ke dalam reaktor

elektrokoagulasi. Setelah direaksikan dengan lempeng aluminium yang dialiri listik, akan terbentuk

gelembung dan menghasilkan scum yang mengapung. Selain scum, produk samping yang dihasilkan

adalah endapan pada dasar reaktor. Scum yang terbentuk sangat banyak, sehingga mengganggu

kinerja reaktor elektrokoagulasi. Untuk mengatasi scum yang terbentuk, maka pada saat

perencanaan reaktor elektrokoagulasi, akan ditambahkan motor scrapper yang berfungsi untuk

menyapu scum yang mengapung.

Pada percobaan ini reaktor yang digunakan untuk penelitian pengolahan limbah mengandung

logam berat antara lain adalah reaktor elektrokoagulasi, reaktor sedimentasi, dan reaktor adsorbsi.

Secara garis besar, flow proses pengolahan limbah mengandung logam berat adalah sebagai berikut:

Gambar 6.7. Flow Proses Pengolahan Limbah Mengandung Logam Berat dengan Elektrokoagulasi

Di dalam reaktor elektrokoagulasi terdapat plat aluminium yang berfungsi sebagai anoda dan

katoda. Plat aluminium tersebut akan dialiri listrik DC sehingga dapat melepaskan ion Al+ yang dapat

digunakan sebagai koagulan.

Annual Report 2016

76

76

Gambar 6.8. Perakitan Alat Percobaan

Sistem Kelistrikan Elektrokoagulasi

Dalam sistem Elektrokoagulasi ini komponen kelistrikan dipasang pada Box Panel dengan

ukuran 30 x 40 x 50 cm. Pilotlamp dan Switch Selector dipasang pada pintu panel dengan mengebor

pintu panel terlebih dahulu menggunakan holesaw yang pas. Pemasangan komponen kontrol ke

panel menggunakan Rail Fungsi Ganda. Rail dipasang menggunakan paku rivet dengan mengebor

papan Box Panel terlebih dahulu. Untuk merapihkan pengkabelan maka dipasanglah kabel duct

sebagai tempat jalur kabel. Terminal kabel digunakan sebagai tempat untuk menghubungkan

komponen kontrol pada box panel dengan beban.

Dalam pengkabelan ini digunakan beberapa tipe kabel. Tipe kabel ini dipilih berdasarkan

kebutuhan arus dan lingkungan. Tabel 1 berikut ini merupakan daftar Tipe Kabel yang digunakan

dalam pengkabelan kelistrikan sistem Elektrokoagulasi.

Tabel 6.6. Daftar Jenis Kabel Yang Digunakan

No. Nama Ukuran

1. NYAF 0,75 mm2

2,25 mm2

2. NYYHY 3 x 1,75 mm2

3 x 2,25 mm2

Kabel NYAF merupakan kabel berjumlah inti 1 buah dengan bahan tembaga berbentuk

serabut dengan satu lapis isolator. Kabel ini dipilih sebagai kabel penghubung antara komponen di

dalam Box Panel. Kabel ini cocok digunakan karena pengkabelan didalam Box Panel cukup

dibutuhkan kabel berinti satu. Perlu diketahui bahwa kabel ini hanya cocok untuk digunakan pada

ruangan yang terlindungi dari cuaca sekitar seperti Box Panel. Pada pengkabelan komponen kali ini

menggunakan 2 buah ukuran kabel yakni 0,75 mm2 dan 2,25 mm2. Kabel ukuran 0,75 mm2

digunakan sebagai kabel kontrol yakni dipasang pada arus yang relativ kecil seperti kebutuhan koil

Annual Report 2016

77

77

dan pilotlamp. Kabel ukuran 2,25 mm2 digunakan sebagai kabel daya utama yakni dipasang pada

arus yang besar seperti pada kontak utama kontaktor.

Kabel NYYHY merupakan kabel dengan jumlah inti lebih dari 1 berbentuk serabut dengan 3

lapisan isolator. Lapisan paling dalam merupakan lapisan yang sama seperti pada kabel NYAF,

lapisan kedua merupakan isolator panas, lapisan paling luar merupakan lapisan yang elastis dan

kuat. Dalam pengkabelan sistem Elektrokoagulasi ini kabel NYYHY digunakan sebagai penghubung

Kontrol di dalam Box Panel dengan beban yang berada diluar yakni pompa dan lain-lain. Ukuran

yang digunakan adalah 3 x 1,75 mm2 dan 3 x 2,25 mm2. Ukuran 3 x 2,25 mm2 digunakan sebagai

kabel penghantar untuk power supply DC sedangkan komponen lainya menggunakan ukuran kabel 3

x 1,75 mm2. Pemilihan ukuran kabel ini berdasarkan besarnya kebutuhan arus beban.

Skun U digunakan untuk memasang kabel pada terminal-terminal kontrol di dalam Box Panel.

Kabel wrap dan kabel tie digunakan untuk merapikan kabel yang berada di luar kabel Duct.

Untuk merapihkan kabel beban maka digunakan kabel tie dan kabel wrap. Gambar-gambar

berikut ini adalah gambar-gambar perakitan sistem kelistrikan yang digunakan dalam

elektrokoagulasi.

Gambar 6.9. Hasil Pengkabelan Sistem Elektrokoagulasi

b. Trial Test dan Uji Kebocoran

Setelah semua reaktor dirakit, untuk menguji performa dan fungsi dari rangkaian reaktor,

akan dilakukan trial test dan uji kebocoran pada rangkaian reaktor yang akan digunakan untuk

penelitian. Pengujian dilakukan dengan menggunakan air bersih yang dipompakan ke dalam reaktor.

Annual Report 2016

78

78

Kemudian reaktor dijalankan dengan kondisi normal. Tegangan listrik pada DC Inverter diatur pada

posisi paling rendah, yaitu 20 ampere. Setelah beberapa saat muncul gelembung udara yang berada

di sekitar plat aluminium, kemudian terbentuk endapan di dasar reaktor sedimentasi. Hal ini

menunjukkan bahwa rangkaian reaktor tersebut telah berfungsi dengan baik. Ketiga reaktor utama,

yaitu reaktor elektrokoagulasi, reaktor sedimentasi dan reaktor adsorbsi tidak terdapat rembesan air,

yang menunjukkan bahwa reaktor tersebut tidak bocor dan siap untuk dipergunakan. Hanya saja

terdapat kebocoran di tangi penampung akhir, yang diakibatkan sambungan pada tangki tidak

mampu menahan tekanan ketika diisi air. Sehingga sebelum digunakan, tangki tersebut harus

dilakukan perbaikan dan sambungan pada sisi sambungan tangki harus diperkuat, agar mampu

menahan tekanan air hasil olahan.

Setelah uji performa, dilakukan uji kecepatan aliran untuk menentukan jumlah debit air limbah

yang akan masuk ke dalam reaktor. Penelitian ini direncanakan akan menggunakan debit 200 L/jam,

dengan waktu tinggal di dalam reaktor elektrokoagulasi selama 30 menit dan reaktor sedimentasi

selama 180 menit.

Karena pada rangkaian alat ini tidak dilengkapi dengan watermeter, maka diperlukan uji

kecepatan aliran. Uji ini dilakukan dengan mengatur valve inlet reaktor dan valve sirkulasi yang

kembali ke dalam tangki air baku. Diharapkan dengan uji kecepatan aliran ini, limbah yang masuk ke

dalam reaktor mendekati dengan rencana awal, yaitu sebesar 200 L/jam.

Gambar 6.10. Trial Test dan Uji Kebocoran Reaktor (terdapat kebocoran pada tangki

penampung akhir)

Annual Report 2016

79

79

Gambar 6.11. Trial Test dan Uji Kebocoran Reaktor (setelah dilakukan perbaikan pada tangki

penampung akhir)

c. Analisa Sampel Limbah

Seperti disebutkan di atas, limbah yang akan digunakan sebagai sampel penelitian adalah

limbah sisa analisa yang berasal dari beberapa laboratorium lingkungan. Secara teori, karakteristik air

limbah yang digunakan adalah mengandung logam berat khususnya kromium, karena sebagian

besar sisa analisa laboratoriumnya adalah sisa pengujian COD. Untuk mengetahui besarnya

kandungan logam berat yang terkandung di dalam air lindi tersebut, maka dilakukan analisa terhadap

air limbah tersebut. Pengujian sampel dilakukan di laboratorium Balai Teknologi Lingkungan BPPT,

dengan hasil sebagai berikut:

Tabel 6.7. Hasil Analisis Sampel Limbah

No Parameter Satuan Baku Mutu Kons. Air

Limbah

1. COD mg/l 100 6570

2. DHL mg/l 652

3. Krom (Cr) mg/l 0.5 3.81

4. Perak (Ag) mg/l 0.5 1.15

5. Timbal (Pb) mg/l 0.1 0.03

6. Raksa (Hg) mg/l 0.02 0.003

Sumber : Hasil Analisa, 2016

Dari hasil analisa di atas, parameter yang melebihi baku mutu adalah Krom (Cr) dan Perak

(Ag). Hal ini dikarenakan sebagian besar limbah berasal dari sisa analisa COD. Untuk mengetahui

efektifitas elektrokoagulasi dalam menghilangkan logam berat pada air limbah, maka digunakan 2

parameter logam yang melebihi baku mutu.

Annual Report 2016

80

80

Triwulan IV

Ruang lingkup kegiatan ini pada triwulan IV adalah sebagai berikut:

a. Running reaktor elektrokoagulasi dengan td = 30 menit

b. Melakukan pengujian kandungan logam berat di 3 lokasi titik sampling, yaitu:

o Inlet

o Outlet Elektrokoagulasi

o Outlet Sedimentasi

o Outlet Adsorbsi

c. Evaluasi kinerja reaktor

Teknologi elektrokoagulasi berbasis listrik untuk menghilangkan kontaminan yang kurang

efisien dengan penyaringan, mikrobiologi atau sistem pengolahan dengan bahan kimia, seperti emulsi

minyak, hidrokarbon dari minyak bumi, padatan tersuspensi, dan logam berat tanpa penggunaan

bahan kimia.

Prinsip kerja electrocoagulation (EC) adalah proses destabilisasi kontaminan tersuspensi dan

teremulsi didalam media larutan dengan menggunakan arus listrik. Proses elektrokoagulasi terbentuk

melalui pelarutan logam dari anoda yang kemudian berinteraksi secara simultan dengan ion hidroksi

dan gas hidrogen yang dihasilkan dari katoda. Elektrokoagulasi telah ada sejak tahun 1889 yang

dikenalkan oleh Vik et al dengan membuat suatu instalasi pengolahan untuk limbah rumah tangga

(sewage). Tahun 1909 di United Stated, J.T. Harries telah mematenkan pengolahan air limbah

dengan sistem elektrolisis menggunakan anoda alumunium dan besi. Matteson (1995)

memperkenalkan “Electronic Coagulator” dimana arus listrik yang diberikan ke anoda akan

melarutkan Alumunium ke dalam larutan yang kemudian bereaksi dengan ion hidroksi (dari katoda)

membentuk aluminium hidroksi. Hidroksi mengflokulasi dan mengkoagulasi partikel tersuspensi

sehingga terjadi proses pemisahan zat padat dari air limbah.

Kation bermuatan tinggi mendestabilisasi beberapa partikel koloid dengan membentuk

polivalen polihidroksi komplek. Senyawa komplek ini mempunyai sisi yang mudah diadsorbsi,

membentuk gumpalan (aggregates) dengan polutan. Pelepasan gas hidrogen akan membantu

pencampuran dan pembentukan flok. Flok yang dihasilkan oleh gas hidrogen akan diflotasikan

kepermukaan reaktor. Ada beberapa interaksi spesies dalam larutan pada proses elektrokoagulasi,

yaitu :

a. Migrasi ke elektroda yang bermuatan berlawanan (electrophoresis) dan penggabungan

(aggregation) untuk membentuk senyawa netral.

b. Kation atau ion hidroksi (OH-) membentuk endapan dengan polutan.

c. Logam kation berinteraksi dengan OH membentuk hidroksi, yang mempunyai sisi yang

mengadsorbsi polutan (bridge coagulation)

d. Hidroksi membentuk struktur besar dan membersihkan polutan (sweep coagulation)

e. Oksidasi polutan sehingga mengurangi toxicitinya

f. Penghilangan melalui elektroflotasi dan adhesi gelembung udara.

Annual Report 2016

81

81

Proses ini dapat mengambil lebih dari 99 % kation beberapa logam berat dan dapat juga

membunuh mikroorganisme dalam air. Proses ini juga dapat mengendapkan koloid-koloid yang

bermuatan dan menghilangkan ion-ion lain, koloid-koloid, dan emulsi-emulsi dalam jumlah yang

signifikan. (Renk, 1989; Duffey, 1983; Fraco, 1974). Kelebihan Elektrokoagulasi antara lain adalah :

a. Biaya proses lebih murah

b. Lahan yang dibutuhkan relatif kecil

c. Proses pengerjaan/pemakaian alat sangat sederhana

d. Hampir sama sekali tidak membutuhkan Bahan Kimia

e. Mampu mengolah berbagai macam jenis limbah cair

f. Sludge yang dihasilkan lebih sedikit

g. Resiko pengerjaan sangat kecil

h. Waktu pengerjaan lebih cepat

Dalam penelitian ini digunakan wakti tinggal (td) di dalam reaktor elektrokoagulasi selama 30

menit. Sedangkan pada reaktor sedimentasi, waktu tinggalnya selama 180 menit. Berikut ini adalah

foto – foto kegiatan penelitian pengolahan limbah mengandung logam berat dengan menggunakan

Elektrokoagulasi.

Gambar 6.12. Proses di dalam Reaktor Elektrokoagulasi

Gambar 6.13. Proses di dalam Reaktor

Sedimentasi

Gambar 6.14. Proses di dalam Reaktor

Adsorbsi

Annual Report 2016

82

82

Gambar 6.15. Keluaran proses akhir

Gambar 6.16. Perbandingan Air Limbah Sebelum dan Sesudah Pengolahan (Dari Kiri ke Kanan:

Limbah Segar, Outlet Elektrokoagulasi, Outlet Sedimentasi, dan Hasil Akhir)

HASIL ANALISA PENGUJIAN KANDUNGAN LOGAM BERAT

Kondisi operasional ketika percobaan berlangsung adalah sebagai berikut:

o Debit Air Limbah : 200 lt/menit

o Waktu Kontak di Reaktor Elektrokoagulasi : 30 menit

o Waktu Tinggal di Reaktor Sedimentasi : 3 jam

o Arus Listrik : 20 Ampere

o Voltage : 4,5 Volt

Dalam penelitian ini difokuskan hanya mengamati 2 logam berat, yaitu Kromium dan Perak.

Karena dalam uji pendahuluan sampel yang akan dijadikan air baku dalam penelitian ini, kedua

logam ini terdeteksi yang paling tinggi diantara logam – logam yang lain. Berikut ini merupakan hasil

analisa laboratorium terhadap kedua logam tersebut.

Annual Report 2016

83

83

a. Kromium

Dari grafik diatas, diketahui bahwa proses elektrokoagulasi dan adsorbsi logam mampu

menurunkan kadar kromium hingga 88%. Rata – rata konsentrasi kromium di inlet sebesar 3.48 mg/l

mampu diturunkan hingga rata – rata konsentrasi pada outlet sebesar 0.245 mg/l. Grafik diatas

menunjukkan bahwa konsentrasi kromium pada outlet / hasi akhir telah memenuhi baku mutu

lingkungan.

Untuk efisiensi kinerja reaktor elektrokoagulasi untuk penurunkan konsentrasi kromium

adalah 50%. Sedangkan pada reaktor sedimentasi efisiensinya adalah 31%, dan reaktor adsorbsi

adalah 63%.

b. Perak

Dari grafik diatas, diketahui bahwa proses elektrokoagulasi dan adsobsi logam mampu

menurunkan kadar perak hingga 95%. Rata – Rata Konsentrasi perak di inlet sebesar 1.07 mg/l

Annual Report 2016

84

84

mampu diturunkan hingga konsentrasi 0.07 mg/l. Grafik diatas menunjukkan bahwa konsentrasi

perak pada outlet / hasi akhir telah memenuhi baku mutu lingkungan.

Untuk efisiensi kinerja reaktor elektrokoagulasi untuk penurunkan konsentrasi perak adalah

63%. Sedangkan pada reaktor sedimentasi efisiensinya adalah 81%, dan reaktor adsorbsi adalah

22%.

c. COD

Dari grafik diatas, diketahui bahwa proses elektrokoagulasi dan adsobsi logam mampu menurunkan

kadar COD 80%. Konsentrasi COD di inlet sebesar 2014 mg/l mampu diturunkan hingga konsentrasi

375 mg/l. Tetapi jika dilihat dari grafik diatas, konsentrasi COD pada outlet masih diatas baku mutu

yang diijinkan. Sehingga perlu pengolahan lebih lanjut sebelum dibuang ke badan lingkungan.

6.4. Kesimpulan

Dari hasil penelitian kegiatan Teknologi Pengolahan Limbah Mengandung Logam Berat,

maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

a. Untuk konsentrasi Krom dan Perak di dalam air olahan sudah memenuhi baku mutu yakni 0,5

mg/l. Tetapi untuk COD masih belum memenuhi baku mutu air limbah yakni masih lebih

besar 100 mg/l.

b. Dari hasil uji coba alat, dapat disimpulkan bahwa alat tersebut cocok digunakan untuk

pengolahan pendahuluan air limbah yang mengandung polutan zat organik dan logam berat

(Cr dan Ag), selanjutnya air olahan dari alat tersebut diolah dengan menggunakan proses

biologis.

c. Potensi aplikasi dari unit alat ini (elektro-koagulasi, sedimentasi, filtrasi dengan saringan pasir

dan adsorpsi dengan filter karbon aktif) antara lain adalah untuk pengolahan pendahulauan

(pretreatment) air limbah laboratorium (rumah sakit, klinik, laboratorium lingkungan)

Annual Report 2016

85

85

DAFTAR PUSTAKA 1. Ayers,D.M., Davis, A.P., Gietka, P.M., “ Removal Heavy Metals From Wastewater”, Engineering

Research Center Report, University Of Maaryland, 1994.

2. Benefiled, L.D., Judkins, J.F., and Weand, B.L., "Process Chemistry For Water And Waste

Treatment", Prentice-Hall, Inc., Englewood, 1982.

3. Cheremisinoff, Paul N., Handbook of Water and Wastewater Treatment Technology, Marcel

Dekker, Inc., New York, 1995.

4. Degremot, “ Water Treatment Handbook “, Lavoisier Publishing, Sixth edition, 1991.

5. Design Criteria for Waterworks Facilities, Japan Water Works Association (JWWA), 1978.

6. Eilbeck, W.J, Mattock, G., "Chemical Processes in wastewater Treatment", Ellis Horwood Series

In Water and Wastewater Technology, London.1987.

7. Filtration & Separation, Pp 877-882

8. Rubach,S and Saur,I.F,1997. Onshore testing of produced water by electroflocculation.

9. Saur,I.F ; Rubach,S ; Forde,J.S ; Kjaerheim,G and syversen, U, 1996. Electroflocculation:

Removal of oil, heavy metal and organic compounds from oil-in water emulsion. Filtration &

Separation, Pp 295-303.

10. Suaib,S B. 1994. Pengaruh rapat arus listrik jumlah dan jenis electrode terhadap efektivitas

penutunan warna pada cair gambut dengan proses elektrokoagulasi. Tesis Magister teknik

Lingkungan, Fakultas Pasca Sarjana, Institut Tekologi Bandung.