Kombinasi Proses Koagulasi dan Oksidasi Lanjut pada Pengolahan Limbah Cair Industri dan Domestik

STU 27 September 2012

ISSN: 1693 - 1750

Kombinasi Proses Koagulasi dan Oksidasi Lanjut pada Pengolahan Limbah Cair Industri dan Domestik Enjarlisa a

Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Indonesia Jalan PUSPIPTEK Raya Serpong Kota Tangerang Selatan [email protected]

Abstrak Coagulation-Advance Oxidation Processes merupakan proses kombinasi yang menggunakan koagulan PAC pada proses koagulasi (C) dan oksidasi lanjut (AOPs) berbasis O3 dan karbon aktif (O3/GAC). Tujuan penelitian ini adalah membandingkan efektivitas kombinasi proses AOPs-C dan CAOPs pada pengolahan limbah cair domestik (restoran dan loundry) dan industri (tali kipas dan Tapioka). Variabel yang digunakan dalam penelitian ini yaitu urutan proses C-AOPs dan AOPs-C menggunakan koagulan PAC sebanyak 1 gr/L pada pH 8,5. Hasil penelitian secara keseluruan dapat dinyatakan bahwa kombinasi proses C-AOPs sangat efektif dalam memperbaiki kualitas air limbah industri dan domestik baik yang mengandung zat-zat organik bersifat biodegradable maupun nonbiodegradable. Pada limbah cair yang mengandung zat organik non-biodegradable diperlukan waktu yang lebih lama bila dibandingkan dengan limbah cair yang dominan mengandung zat organik bersifat biodegradable. Kata kunci: AOPs, Koagulasi-Flokulasi, limbah cair industri & restoran 1. Pendahuluan Krisis air bersih di kota-kota besar Indonesia, disebabkan pembuangan limbah cair industri dan domestik yang secara sembarangan atau mengolah limbah cair tersebut dengan metoda yang kurang tepat. Kondisi ini semakin diperburuk oleh rendahnya kepedulian masyarakat dan kurangnya teknologi tepat guna, efektif, praktis dan ekonomis serta kurangnya ketegasan penegakkan aturan oleh pemerintah. Supaya krisis air bersih tidak berkepanjangan, maka salah satunya upaya pengembangan dan pencarian teknologi tepat guna, efektif, praktis dan ekonomis dalam mengolah limbah cair harus segera dan terus dilakukan, sehingga pembangunan berkelanjutan dapat tercapai. Penerapan teknologi bersih (cleaner technology) dalam pengolahan limbah cair dapat digunakan untuk mendukung pembangunan berkelanjutan seperti Advance Oxidation Processes (AOPs). Teknologi AOPs ini dalam prosesnya menggunakan radikal hidroksida ( oOH) sebagai pereaksi yang mempunyai potensial oksidasi 2,7 Volt, sangat reaktif dan mudah bereaksi dengan senyawa organik (etilen, lemak, aromatis dan alifatis) maupun anorganik berupa anion dan kation [Huang dkk., 1995] secara tidak selektif [Kasprzyk dkk., 2003], pada temperatur dan tekanan ambient. Radikal-OH dalam AOPs dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan O3/H2O2, UV/O3, TiO2/UV, reagen Fenton dan ozonasi katalitik (O3/GAC, O3/TiO2 dan lain lain). Di Indonesia pengembangan teknologi AOPs lebih cocok diarahkan pada AOPs berbasis ozon & granular activated carbon (O3/GAC), karena disamping efektif juga karbon aktif, mudah didapat dan tidak diperlukan regenerasi karbon aktif karena kontaminan dalam pori karbon aktif dapat diuraikan oleh ozon dan hemat pemakaian ozon. Pada O3/GAC reaksi oksidasi lebih banyak terjadi oleh radikal hidroksida (oOH) dan radikal oksigen [Jans dkk., 1998], [Logemann dkk., 1997], [Sanchez dkk., 2005].

1


ISSN: 1693 - 1750

Permasalahan yang terjadi pada AOPs, apabila di aplikasikan pada pengolahan limbah cair yang mempunyai total suspended solid (TSS) dan Chemical Oxigen Demand (COD) tinggi dari zat organik non-biodegradable/biodegradable diduga kurang efisien seperti pada limbah cair restoran, tapioka dan tali kipas. Oleh sebab itu, kombinasikan teknologi AOPs berbasis O3/GAC dengan kopagulasiflokulasi (AOPs-C atau C-AOPs) atau dengan proses biologi (AOPs-B) atau (B-AOPs) dapat dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah membanding efektivitas kombinasi proses AOPs-C dengan CAOPs pada pengolahan limbah cair domestik (restoran dan loundry) dan industri (tali kipas dan Tapioka). 2. Metodologi Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknologi Lingkungan Institut Teknologi Indonesia. Limbah cair yang digunakan berasal dari restoran Padang, industri kecil tapioka, tali kipas dan jasa loundry yang berada di daerah sekitar Bogor, Kota Tangerang dan Tangerang Selatan. Parameter limbah cair yang diukur yaitu COD, BOD, TSS, pH dan warna. Karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari Balai Penelitian Hasil Hutan Bogor, Jawa Barat, luas permukaan karbon aktif 687 m2/gr dengan menggunakan multipoint BET dan adsorption gas N2 dalam Quanta Chrome Autosorb. Gas ozon diperoleh dari ozonator prosesor RS 09805-0,25 gr/jam (60/50HZ, 110/220 Volt dan 0,25 gr/jam). Bahan-bahan kimia untuk analisa ozon terlarut, COD dan BOD berupa: KI, Na2S2O4, HCl, NaOH, K2Cr2O7, Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O, Indikator Feroin dan HgSO4 diproduksi oleh Merck. Sedangkan, pembuatan larutan menggunakan air bebas mineral yang diperoleh dari alat Aquatron Auto Still Yamato Tipe W-182. Percobaan dilakukan dalam beberapa tahap yaitu: (a) karakterisasi limbah (b) Pre dan post coagulation pada AOPs (C-AOPs dan AOPs-C). 3. Hasil dan Diskusi a. Hasil Karakterisasi Limbah Cair Hasil karakteristik dan baku mutu limbah cair Industri dan domestik disajikan pada Tabel 1, 2, 3 dan 4. Dari Tabel tersebut dapat dilihat bahwa karakteristik limbah cair domestik (restoran dan loundry) dan industri (Tali Kipas dan Tapioka) tidak memenuhi baku [KLH., 2003] dan industri [Farvardin dkk., 1989] dilihat dari nilai COD, TSS, BOD, bau, warna dan pH. Tingginya nilai COD, BOD, TSS pada limbah cair tersebut disebabkan tingginya kandungan zat organik yang terlarut maupun tidak terlarut yang berasal dari bahan baku dan bahan tambahan yang digunakan. Tabel 1: Karakteristik Limbah Cair Industri Tali kipas Parameter Analisa COD (mg/L) TSS (mg/L) Warna Bau pH

Hasil Analisa

Baku Mutu*

9950 1950 Ungu pekat Seperti alkohol 5,0

300 150 jernih Tidak berbau 6,0-9,0

Tabel 2: Karakteristik Limbah Cair Industri Tapioka Parameter Analisa COD (mg/L) TSS (mg/L) Warna Bau pH

Hasil Analisa

Baku Mutu*

5248


45.500 Putih susu bau 4,0

* = Baku mutu Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995

2


ISSN: 1693 - 1750 Tabel 3:Karakteristik Limbah Cair loundry Parameter Analisa

Hasil Analisa

Baku Mutu*

COD (mg/L) TSS (mg/L) Warna Bau pH

2732 210 Abu-keruh bau


7,0

* = Baku mutu Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995 Tabel 4:Karakteristik Limbah Cair Restoran Parameter Analisa

Hasil Analisa

Baku Mutu*

COD (mg/L) TSS (mg/L) Warna Bau pH

2048


3667 Coklat 5,0

Pada Tabel 1. Dapat dilihat bahwa limbah cair Tali kipas mempunyai nilai TSS, COD, warna ungu gelap, pH yang sedikit asam melebihi baku mutu disebabkan tingginya zat-zat warna organik yang berasal dari bahan baku pada proses produksi tali kipas. Untuk limbah cair Tapioka dan Restoran kandungan zat organik dari senyawa karbohidrat, protein & lemak dapat meningkatkan tingginya nilai COD dan TSS. Sedangkan, pada limbah cair usaha loundry tingginya nilai COD dan TSS disebabkan adanya zat-zat organik aktif permukaan dari detergen pada saat proses pencucian. Dengan demikian limbah cair Tali kipas, tapioka, restoran dan loundry harus diolah sebelum dibuang ke lingkungan atau badan air. c. AOPs berbasis O3/GAC Pengaruh proses AOPs berbasis O3/GAC pada perubahan karakteristik limbah cair industri (Tapioka & Tali Kipas) dan domestik (loundry & Restoran) dapat dilihat pada Tabel 5. Dari Tabel ini dapat di lihat bahwa untuk limbah yang mengandung zat organik cukup besar dan cendrung bersifat non-biodegradable seperti pada limbah Tali Kipas dan Tapioka diperlukan waktu yang lama untuk menurunkan COD hingga memenuhi baku mutu. Sedangkan, pengaruh AOPs terhadap penurunan nilai TSS baik terhadap limbah cair industri maupun limbah domestik cukup signifikan setelah dilanjutkan dengan proses filtrasi. Hal ini disebabkan adanya O3 pada AOPs dapat meningkatkan pembentukan mikroflok melalui destabilization partikel koloid [Farvardin dkk., 1989], [Chandrakanth dkk., 1996 ], [Schneider dkk., 2000] dan [Tobiason dkk., 1995], sehingga mikroflok semakin besar dan membentuk makroflok yang mudah mudah dipisahkan baik secara sedimentasi atau secara filtrasi. Tabel 5. Pengaruh AOPs pada karakteristik limbah limbah industrin & domestik pada pH 9,0 dan suhu ± 28oC Limbah

COD (mg/L)

TSS (mg/L)

Warna

Bau

pH

Tali Kipas (120 mnt)

1296

1100

Ungu

alkohol

8,0

Tapioka (120 mnt)

64

9000

Keruh

Restoran (15 mnt)

54

1800

Kuning

Bau

8,0

98

Laundry (15 mnt)

108.8

74

Putih

-

8,0

96

3

Bau

8,0

%R COD 87 99


ISSN: 1693 - 1750

c. (C-AOPs) dan (AOPs-C) Pengaruh Coagulation pada Advance Oxidation Processes (C-AOPs) terhadap perubahan COD limbah cair tali kipas, tapioka, restoran dan loundry dapat dilihat pada Tabel 6. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa pengaruh proses koagulasi cukup besar pengaruhnya baik sebagai pre/post-treatment pada AOPs berbasis O3/GAC pada pengolahan limbah cair industri dan domestik terutama terhadap penurunan nilai TSS dan COD. Hal ini disebabkan pada C-AOPs, proses koagulasi-flokulasi dapat mengurangi jumlah padatan koloid dan suspensi dalam limbah sehingga kontak antara organik terlarut dengan gas ozon dan radikal hidroksida berlangsung maksimal. Sedangkan, pada AOPs-C pengaruh koagulasi proses sebagai post-treatment pada AOPs pengolahan limbah cair Industri dan Domestik cukup signifikan. Untuk limbah yang mempunyai nilai TSS rendah seperti pada limbah loundry proses koagulasi justru akan meperburuk kuliatas air limbah, hal ini disebabkan koloid yang berasal dari koagulan yang dapat menghambat proses oksidasi pada C-AOPs dan meningkatkan kekeruhan pada AOPs-C.

Tabel 6: Pengaruh Pre dan post-treatment dengan koagulasi-flokulasi dengan koagulan PAC pada AOPs limbah cair selama 15 menit pada pH 9,0 dan suhu ± 28oC secara batch Limbah Tali Kipas

Parameter Yang di ukur TSS (mg/L) Bau

COD (mg/L)

COD (mg/L)

pH

% R COD

C-AOPs

411

200

Tidak berbau

7,0

96

AOPs-C

936

1600

Agak berbau

6,0

91

C-AOPs

16.64

496

Tdk berbau

7,0

99,19

AOPs-C

50,56

505

Tdk berbau

6,0

97,14

C-AOPs

220.3

40

Tdk berbau

7,0

91,94

AOPs-C

275.7

30

Tdk berbau

6,0

89,91

Restoran

Loundry

d. C-AOPs pada Proses semi kontinyu Fenomena penurunan nilai COD pada pengolahan limbah cair Industri dan domestik secara semi kontinyu dalam kapasitas 20 liter dapat dilihat pada Gambar 1, 2, 3 dan 4. Secara keseluruhan Fenomena yang tejadi pada pengolahan limbah cair yang mengandung kontaminan organik yang bersifat non-biodegradabel seperti pada limbah cair tali Kipas dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Pengaruh waktu/dosis ozon terhadap perubahan nilai COD limbah cair lundry pada proses C-AOPs Gambar 1 dan 2 tersebut menunjukan bahwa trent penurunan nilai COD yang terjadi pada pengolahan limbah cair Tali kipas dan Loundry dengan C-AOPs secara semi kontinyu menunjukan penurunan secara siksak. Hal ini disebabkan pada saat terjadi proses oksidasi oleh radikal OH, O dan

4


ISSN: 1693 - 1750

ozon zat-zat organik yang bersifat non-biodegradabel dan kompleks terurai menjadi zat organik yang sederhana dan bersifat biodegradable. Selanjutnya zat organik ini akan terurai lebih lanjut menjadi menjadi CO2 dan H2O. Dengan demikian untuk menurunkan nilai COD pada limbah tersebut hingga memenuhi baku mutu diperlukan waktu yang cukup lama. 1800 COD

1632

1600

COD (mg/L)

1400

1317

1200 1000

1117

993

993

932

800

729

600

820 676

625 420

400 200

0 30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

Waktu Proses (menit)

Gambar 2. Pengaruh waktu/dosis ozon terhadap perubahan nilai COD limbah Tali Kipas pada proses C-AOPs Fenomena penurunan nilai COD pada limbah cair yang mengandung zat-zat organik yang bersifat biodegradable dengan proses C-AOPS seperti pada limbah Restoran dan Tapioka pada Gambar 3 dan 4 menunjukan trent penurunan COD yang sangat jelas. Hal ini disebabkan zat-zat organik yang bersifat biodegradable dengan mudah diuraikan secara langsung menjadi CO2 dan H2O oleh Ozon, radikal-O dan Hidroksida. Dengan demikian penurunan COD pada limbah tersebut berlangsung sangat cepat bila dibandingkan jika pengolahan dilakukan secara biologi. 6,E+03 Tapioka

COD (mg/L)

5,E+03

4,E+03

Baku Mutu

3,E+03 2,E+03 1,E+03 0,E+00 0

20

40

60

80

100

120

Waktu Pengolahan (menit)

Gambar 3. Pengaruh waktu/dosis Ozon pada Proses C-AOPs Limbah Cair Tapioka terhadap nilai COD

Gambar 4. Pengaruh waktu/dosis ozon terhadap perubahan nilai COD

5

140


ISSN: 1693 - 1750 limbah Cair Restoran pada proses C-AOPs

4. Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa alat C-AOPs sangat efektif dalam memperbaiki kualitas air limbah yang mengandung zat-zat organik baik yang bersifat biodegradable maupun nonbiodegradable. Hanya saja untuk limbah yang mengandung zat organik yang bersifat nonbiodegradable diperlukan waktu yang lebih lama, oleh sebab itu untuk pengolahan limbah tersebut diperlukan lagi proses lanjut sebagi poleshing dengan menggunakan proses secara biologi. Ucapan Terima Kasih Kepada DP2M-DIKTI yang telah memberi bantuan hibah penelitian berupa Hibah Bersaing No:59/SP2H/PP/DP2M/III/2011. Pustaka 1. Huang, C.P. Dong, Z. Tang, The use of waste basic oxygen furnace slag and hydrogen peroxide to degrade 4-chlorophenol, Waste Manage, 861, 495-502, 1993. 2. Kasprzyk-Horderm, B., Ziolek, M. dan Nawrocki, J., Catalytic Ozonation dan method of enhancing moleculear ozone reaction in water treatment, Applied Catalysis, 46, 639-669.2003. 3. Jans, U. & Hoigne, J., Activated carbon and carbon black catalyzed transformation of aqueous ozone into OH-radicals, Ozone Sci. Eng., 20, 67-89,1998. 4. Logemann, F-P & Annee, J-H-J, Water Treatment With A fixed Bed catalytic Ozonation Process, Water Sci. Tech, 35(4), 353-360,1997. 5. Sanchez Polo, M., Gunten, U.V. & Rivera-Utrilla, J. Efficiency of activated carbon to transform ozone into OH• radicals: Influence of operational parameters, Water Res. 39, 3189-3198, 2005. 6. Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995Baku mutu limbah cair Industri. 7. Kep. Men. LH. No.112 tahun 2003 Tentang Baku Air Limbah Domestik. 8. Farvardin, M. R. and Collins, A. J. Pre Ozonation as an Aid in the Coagulation of Humic Substances- Optimum Pre Ozonation Dose. Water Res. 23:3 , pp. 307-316,1989 9. Chandrakanth, M. S. and Amy, G. L. Effect of Ozone on the Colloidal Stability and Aggregation of Particles Coated with Natural Organic Matter. Environ. Sci. Technol. 30 , pp. 431-44, 1996. 10. Schneider, O. D. and Tobiason, J. E. Preozonation Effects on Coagulation. J. AWWA 92:10 , pp. 74-87, 2000. 11. Tobiason, J. E. , Reckhow, D. A. and Edzwald, J. K. () Effects of Ozonation on Optimal Coagulant Dosing in Drinking Water Treatment. J. Water SRT Aqua 44:3 , p. 142. 1995.

6


ISSN: 1693 - 1750

Gambar 1: Logo Seminar Tjipto Utomo 2012 12.

7

Kombinasi Proses Koagulasi dan Oksidasi Lanjut pada Pengolahan Limbah Cair Industri dan Domestik

Recommend Documents