INHIBISI KOROSI KUNINGAN AKIBAT AKTIVITAS BAKTERI PEREDUKSI SULFAT MENGGUNAKAN KALIUM VANADAT, NATRIUM BENZOAT DAN GLUTARALDEHID
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
DESY ANDRIANI NIM : 23005008 Program Studi Teknik Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
ABSTRAK INHIBISI KOROSI KUNINGAN AKIBAT AKTIVITAS BAKTERI PEREDUKSI SULFAT MENGGUNAKAN KALIUM VANADAT, NATRIUM BENZOAT DAN GLUTARALDEHID
Oleh
DESY ANDRIANI NIM : 23005008 Kuningan sering digunakan sebagai bahan konstruksi peralatan untuk menangani air laut. Korosi kuningan oleh air laut yang mengandung SRB dapat mengganggu operasi pabrik dan menimbulkan kerugian yang besar. Oleh karena itu, harus dilakukan pengendalian korosi mikrobiologis pada kuningan. Salah satu metode pengendalian korosi oleh mikroorganisme adalah dengan menggunakan inhibitor. Dalam penelitian ini, inhibitor yang digunakan adalah Glutaraldehid, Na-Benzoat dan Kalium Vanadat yang diketahui mampu menghambat metabolisme bakteri. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui keefektifan dari ketiga inhibitor untuk menghambat korosi mikrobiologis kuningan dalam air laut. Untuk mencapai tujuan tersebut, penelitian dilakukan dengan pengukuran laju korosi kuningan dalam air laut alami yang mengandung SRB dan penentuan populasi SRB dalam media perendaman. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini meliputi variasi jenis inhibitor dan waktu perendaman. Hasil pengukuran laju korosi menunjukkan bahwa kuningan terkorosi dalam air laut mengandung SRB jika direndam hingga 9 minggu. Ketiga jenis inhibitor yang diuji mampu menginhibisi korosi mikrobiologis kuningan untuk waktu perendaman 9 minggu, tetapi meningkatkan laju korosi pada awal perendaman. Peningkatan populasi SRB dalam media perendaman kuningan terjadi pada penambahan ketiga jenis inhibitor, dengan urutan dari yang tertinggi Kalium Vanadat, Glutaraldehid dan Na-Benzoat. Kata kunci : korosi mikrobiologis, kuningan, SRB, Inhibitor
i
ABSTRACT Inhibition of Brass Corrosion by Sulphate Reducing Bacteria (SRB) Activity Using Potassium Vanadate, Sodium Benzoate, and Glutaraldehyde
By DESY ANDRIANI NIM : 23005008 Brass is often used as construction material of seawater handling equipments. Brass corrosion in seawater containing sulphate reducing bacteria (SRB) can disturb plant operation and cause a major economical loss. Consequently, brass microbial corrosion should be controlled. One of microbial corrosion control methods is inhibitor addition. The inhibitors used in this research were Glutaraldehyde, Sodium Benzoate, and Potassium Vanadate due to their famous ability to inhibit bacteria’s metabolism. This research was conducted to evaluate the effectiveness of those three inhibitors in reducing microbial brass corrosion in seawater. To fulfill that objective, this research was carried out by measuring the brass corrosion rate in seawater containing SRB and the SRB population in immersion medium. The variables used in this research were the type of inhibitors and the duration of immersion period. Corrosion rate measurement showed that brass is corroded in seawater containing SRB during 9 weeks immersion. All of three tested inhibitors are able to inhibit microbial corrosion of brass in seawater for 9 weeks immersion, but it has increased the corrosion rate at the initial period of immersion. The SRB population has been increased with the addition of each kind of inhibitors, consecutively in descending order: Potassium Vanadate, Glutaraldehyde, and Sodium Benzoate. Keywords : Microbial Induced Corrosion (MIC), Brass, Sulphate Reducing Bacteria (SRB), Inhibitor
ii
iii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
iv
KATA PENGANTAR Puji syukur dan terima kasih penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena kasih dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul “Inhibisi Korosi Kuningan Akibat Aktivitas Bakteri Pereduksi Sulfat Menggunakan Kalium Vanadat, Natrium Benzoat dan Glutaraldehid” Laporan ini disusun berdasarkan tinjauan pustaka yang penulis kumpulkan baik melalui internet maupun dari perpustakaan Departemen Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Selesainya laporan ini tidak lepas dari bimbingan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr.Ir.Isdiriayani N., selaku Pembimbing I, yang telah memberikan bantuan moril serta gagasan-gagasan yang sangat bermanfaat dalam penyelesaian tulisan ini. 2. Drs. Achmad Ali S., selaku Pembimbing II, yang telah memberi petunjuk, saran, dan nasihat selama penyelesaian tulisan ini. 3. Orang tua dan keluarga penulis atas motivasi dan semangat yang diberikan selama ini 4. Rekan-rekan mahasiswa yang turut membantu dalam penulisan laporan ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Adanya kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan laporan ini. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Bandung, Juni 2007
Penulis
v
DAFTAR ISI ABSTRAK....................................................................................................
i
ABSTRACT..................................................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN..........................................................................
iii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS...........................................................
iv
KATA PENGANTAR.................................................................................
v
DAFTAR ISI.................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI.....................................................
x
DAFTAR TABEL.........................................................................................
xii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG................................................
xiii
Bab I
Pendahuluan...............................................................................
1
I.1
Latar Belakang...........................................................................
1
I.2
Rumusan Masalah......................................................................
2
I.3
Tujuan........................................................................................
3
I.4
Ruang Lingkup...........................................................................
3
Bab II
Tinjauan Pustaka .............................................................................
4
II.1
Korosi..........................................................................................
4
II.1.1
Pengertian Korosi........................................................................
4
II.1.2
Korosi Sebagai Reaksi Elektrokimia...........................................
4
II.1.2.1 Anoda...........................................................................................
5
II.1.2.2 Katoda..........................................................................................
5
II.1.2.3 Elektrolit.......................................................................................
6
II.1.2.4 Konduktor.....................................................................................
6
II.2
Air Laut ........................................................................................
6
II.2.1
Temperatur ....................................................................................
6
II.2.2
Komposisi......................................................................................
7
II.2.3
Kerapatan.......................................................................................
7
II.2.4
Oksigen Terlarut.............................................................................
7
II.2.5
Tingkat Keasaman..........................................................................
8
II.2.6
Kedalaman Air Laut .......................................................................
8
vi
II.3
Sulfat Reducting Bacteria (SRB)…………………………………
8
II.3.1
Karakteristik...................................................................................
8
II.3.2
Metabolisme...................................................................................
9
II.3.2.1 Sumber Karbon dan Sumber Energi...............................................
9
II.3.2.2 Peranan Hidrogen............................................................................ 12 II.3.3
Simbiosis (Siklus Sulfur)................................................................. 13
II.3.4
Pertumbuhan.................................................................................... 15
II.4
Korosi Mikrobiologis....................................................................... 17
II.4.1
Pengaruh dari Mikrobiologis dalam Proses Korosi......................... 18
II.4.2
Mikroorganisme-Mikroorganisme yang Berkaitan dengan Korosi.. 18
II.4.2.1 Mikroorganisme Anaerobik.............................................................. 19 II.4.2.2 Mikroorganisme Aerobik.................................................................. 19 II.4.3
Mekanisme Korosi Oleh SRB.......................................................... 20
II.4.3.1 Mekanisme Korosi Oleh SRB menurut Kuhr dan Vlugt (1934)...... 20 II.4.3.2 Mekanisme Korosi Oleh SRB menurut Booth dan Tiller (1960).... 20 II.4.4
Faktor yang Mempengaruhi Korosi SRB.......................................
21
II.4.5
Bentuk serangan Korosi Oleh SRB................................................. 21
II.5
Kuningan.......................................................................................... 21
II.5.1
Sifat Umum...................................................................................... 21
II.5.2
Korosi Pada Kuningan..................................................................... 22
II.5.2.1 Dezinsifikasi (dezincification)......................................................... 22 II.5.2.2 Korosi Retak Tegangan (Stress Corrosion Cracking = SCC)……
23
II.5.3
24
Korosi Kuningan dalam Air Laut Oleh SRB..................................
II.5.3.1 Korosi Kuningan dalam Air Laut.................................................... 24 II.5.3.2 Korosi Kuningan dalam Lingkungan Akuatik Mengandung S2-..... 24 II.5.3.3 Hipotesis Korosi Kuningan dalam Air Laut Oleh SRB................... 24 II.6
Inhibitor ........................................................................................... 24
II.6.1
Inhibitor Katodik ............................................................................. 25
II.6.2
Inhibitor Anodik............................................................................... 25
II.6.3
Inhibitor Adsorpsi............................................................................. 25
II.6.4
Kalium Vanadat................................................................................ 26
II.6.4.1 Vanadat sebagai Inhibitor Sistem Biologis....................................... 26
vii
II.6.4.2 Vanadat sebagai Inhibitor Korosi Merata ......................................
26
II.6.5
Natrium Benzoat.............................................................................. 26
II.6.6
Glutaraldehid.................................................................................... 27
Bab III
Pelaksanaan Penelitian..................................................................... 28
III.1
Metodologi Penelitian...................................................................... 28
III.2
Percobaan......................................................................................... 28
III.2.1 Bahan................................................................................................ 28 III.2.2 Peralatan........................................................................................... 30 III.2.3 Prosedur Penelitian........................................................................... 31 III.2.4 Variasi............................................................................................... 34 III.3 Bab IV
Interpretasi Data................................................................................ 34 Hasil Dan Pembahasan..................................................................... 36
IV.1
Kurva Pertumbuhan Bakteri............................................................. 36
IV.2
Bentuk Serangan Korosi................................................................... 36
IV.2.1 Air Laut Mengandung SRB............................................................. 37 IV.2.2 Glutaraldehid................................................................................... 37 IV.2.3 Na-Benzoat...................................................................................... 39 IV.2.4 Kalium Vanadat............................................................................... 40 IV.3
Analisa Produk Korosi..................................................................... 41
IV.3.1 Air Laut Mengandung SRB Tanpa Inhibitor ................................... 41 IV.3.2 Air Laut Mengandung SRB dan Glutaraldehid................................ 42 IV.3.3 Air Laut Mengandung SRB dan Na-Benzoat................................... 42 IV.3.4 Air Laut Mengandung SRB dan Kalium vanadat............................. 43 IV.4
Keefektifan Inhibitor dalam Menghambat Laju Korosi.................... 44
IV.5
Pengaruh Inhibitor Sebagai Biosida.................................................. 46
IV.6
Pengaruh Konsentrasi SRB Terhadap Laju Korosi .......................... 48
Bab V
Kesimpulan Dan Saran .................................................................... 50
V.1
Kesimpulan...................................................................................... 50
V.2
Saran................................................................................................. 50
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 51
viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A
Tabel Indeks MPN (Most Probable Number)…………….
54
Lampiran B
Data Komposisi Air Laut....................................................
55
Lampiran C
Pengolahan Data…………………………………………..
56
LC-1
Produk Korosi…………………………………………….
56
LC-2
Pengukuran Berat Awal dan Luas Permukaan Kuningan...
56
LC-3
Perhitungan Laju Korosi Menggunakan Metode Kehilangan
LC-4 Lampiran D
Berat……………………………………………………......
57
Perhitungan Populasi SRB dengan Metode MPN................
57
MSDS Bahan………………………………………………
58
ix
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1
Korosi Logam dalam Lingkungan Air Laut sebagai Elektrokimia 5
Gambar II.2
Dissimilatory Sulfate Reduction……………………………….. 11
Gambar II.3
Assimilatory Sulfate Reduction ………………………………... 12
Gambar II.4
Hydrogen Cycling dalam SRB…………………………………. 13
Gambar II.5
Siklus Sulfur……………………………………………………. 14
Gambar II.6
Kolonisasi Bakteri Proses Korosi di bawah Biofilm…………… 15
Gambar II.7
Kurva Pertumbuhan Bakteri......................................................... 16
Gambar III.1 Diagram alir percobaan................................................................. 28 Gambar III.2 Dimensi sampel kuningan yang akan diuji................................... 31 Gambar III.3 Gelas kimia tertutup untuk perendaman sampel........................... 31 Gambar III.4 Prosedur pembuatan medium Postgate......................................... 31 Gambar III.5 Prosedur pembuatan medium Lewis............................................. 33 Gambar III.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri pada medium Lewis........................ 36 Gambar IV.2 Permukaan Kuningan dalam Air Laut mengandung SRB Tanpa Inhibitor............................................................................. 37 Gambar IV.3 Penampang Lintang Spesimen Kuningan yang direndam dalam Air Laut mengandung SRB............................................... 37 Gambar IV.4 Permukaan Kuningan dalam Air Laut mengandung SRB dan Penambahan Glutaraldehid.................................................... 38 Gambar IV.5 Penampang Lintang Spesimen Kuningan yang direndam dalam Air Laut mengandung SRB dengan Penambahan Glutaraldehid................................................................................. 38 Gambar IV.6 Permukaan Kuningan dalam Air Laut mengandung SRB dan Penambahan Na-Benzoat....................................................... 39 Gambar IV.7 Penampang Lintang Spesimen Kuningan yang direndam dalam Air Laut mengandung SRB dengan Penambahan Na-Benzoat................................................................................... 39 Gambar IV.8 Permukaan Kuningan dalam Air Laut mengandung SRB dan Penambahan Kalium Vanadat.............................................. 40
x
Gambar IV.9 Penampang Lintang Spesimen Kuningan yang direndam dalam Air Laut mengandung SRB dengan Penambahan Kalium Vanadat.......................................................................... 40 Gambar IV.10 Pengaruh Inhibitor Terhadap Laju Korosi.................................. 44 Gambar IV.11 Kurva Populasi SRB Terhadap Waktu Perendaman.................. 47 Gambar IV.12 Pengaruh Variasi Inhibitor Terhadap Konsentrasi SRB............. 47 Gambar IV.13 Sistem Perendaman untuk Larutan Tanpa Inhibitor dan Larutan dengan Inhibitor............................................................ 48 Gambar IV.14 Pengaruh Populasi SRB Tehadap Laju Korosi............................ 49
xi
DAFTAR TABEL Tabel II.1 Komposisi Utama Air Laut ..............................................................
7
Tabel II.2 Mikroorganisme Anaerobik Penyebab Korosi.................................
19
Tabel II.3 Mikroorganisme Aerobik Penyebab Korosi..................................... 19 Tabel II.4 Sifat Mekanik Beberapa Jenis Kuningan.........................................
22
Tabel II.5 Pengaruh Berbagai Komposisi Lingkungan terhadap SCC Kuningan 23 Tabel III.1 Komposisi Kuningan....................................................................... 29 Tabel III.2 Daftar Peralatan............................................................................... 30 Tabel IV.1 Laju Korosi untuk Masing-Masing Variasi Inhibitor...................... 44 Tabel IV.2 Konsentrasi SRB Akhir Untuk Tiap Sistem Perendaman..............
46
Tabel A-1 Daftar Indeks MPN.........................................................................
54
Tabel B-1 Komposisi Air Laut........................................................................
55
Tabel C-1 Hasil Analisa Produk Korosi..........................................................
56
Tabel C-2 Berat Awal dan Luas Permukaan Kuningan...................................
56
Tabel C-3 Perhitungan Laju Korosi.................................................................. 57 Tabel C-4 Perhitungan Populasi SRB dengan Metode MPN........................... 57
xii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG A
: luas permukaan [cm2]
CPR
: laju korosi [mm/tahun]
MPN/100 ml : jumlah mikroba yang mungkin terdapat dalam 100 mL larutan [-] t
: waktu [jam]
W
: berat [mg]
α
: Fasa padat campuran tembaga dan seng yang strukturnya heterogen [-]
β
: Fasa padat campuran tembaga dan seng yang strukturnya heterogen [-]
ρ
: densitas [g/cm3]
xiii
