PENGGUNAAN UNIT OZONIZER UNTUK DESTRUKSI SIANIDA DALAM LIMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

PENGGUNAAN UNIT OZONIZER UNTUK DESTRUKSI SIANIDA DALAM LIMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN Sugeng Purnomo Pusat Teknologi Limbah Radioaktif –BATAN, Kawasan PUSPIPTEK Serpong 15310 E-mail: [email protected]

ABSTRAK PENGGUNAAN UNIT OZONIZER UNTUK DESTRUKSI SIANIDA DALAM LIMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN. Sianida seringkali merupakan komponen toksik dalam limbah bahan berbahaya dan beracun. Destruksi sianida dilakukan dengan menguraikannya melalui proses oksidasi menggunakan ozon yang dibangkitkan unit ozonizer skala laboratorium. Produksi ozon diukur dengan metode iodometri, untuk pasokan oksigen skala 2 - 4 pada oxygen concentrator dihasilkan 1,23 - 1,65 mg ozon per detik. Destruksi sianida yang dapat dicapai tergantung pada konsentrasinya, kondisi difusi ozon dalam cairan limbah dan kuantitas pasokan ozon. Penyisihan sianida yang dicapai ≥ 95 % untuk konsentrasi sianida < 20 ppm. Katakunci: ozonizer, destruksi sianida

ABSTRACT UTILIZATION OF OZONIZER UNIT FOR CYANIDE DESTRUCTION IN HAZARDOUS WASTE. Cyanide usually found as toxic component in hazardous waste. Cyanide destruction had been done by oxidation process using ozon generated from laboratory scale ozonizer unit. Ozon production was measured by iodometry method, for oxygen feeding scale 2 - 4 in oxygen concentrator was produced 1.23 - 1.65 mg ozon per second. Cyanide destruction depend on its concentration, condition of ozon diffusion in liquid waste and quantity of ozon feeding. The value of cyanide elimination ≥ 95 % for cyanide concentration < 20 ppm. Keywords: ozonizer, cyanide destruction.

PENDAHULUAN

B

erdasarkan Peraturan Ka. BATAN No. 392/KA/XI/2005 Tentang Organisasi dan Tata Kerja BATAN, Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR) mempunyai tugas melakukan pengelolaan limbah radioaktif sekaligus limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) internal BATAN[1]. Limbah B3 adalah limbah yang mengandung bahan yang karena sifat dan atau konsentrasinya dan atau jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat mencemarkan atau merusak lingkungan hidup dan atau dapat membahayakan lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta makhluk hidup lainnya[2]. Sifat-sifat berbahaya yang dimaksud adalah sifat mudah meledak, mudah terbakar, reaktif, beracun, korosif, menyebabkan infeksi. Limbah B3 ditimbulkan sebagai konsekuensi dari kegiatan proses kimia di Buku II hal 308

instalasi nuklir maupun kegiatan penelitian dan pengembangan yang dilakukan di laboratorium. Ragam limbah B3 antara lain berupa cairan bekas proses (efluen) dan bermacam pereaksi (reagen) kedaluwarsa. Pengolahan adalah bagian inti dari rangkaian kegiatan pengelolaan limbah, dengan metode pengolahan yang tepat maka akan dicapai tingkat keselamatan dan keamanan yang baik dalam pengelolaan limbah tersebut. Pengolahan limbah B3 bertujuan menghilangkan sifat berbahaya dan beracun atau mencegah dampak negatif dari limbah tersebut terhadap manusia dan lingkungan. Hal pertama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan metode pengolahan suatu jenis limbah B3 adalah kemungkinan limbah tersebut diubah (dikonversi) melalui proses atau reaksi kimia menjadi

ISSN 1410 – 8178

Sugeng Purnomo


bahan/senyawa tak berbahaya atau sekurangkurangnya menjadi bahan/senyawa dengan tingkat bahaya dan toksisitas lebih rendah ataupun menjadi bentuk yang mudah ditangani lebih lanjut. Untuk jenis limbah yang tidak dapat dikonversi maka dilakukan rekonsentrasi yang kemudian dilanjutkan dengan proses stabilisasi atau solidifikasi guna mencegah atau meminimalisir terjadinya penyebaran komponen berbahaya ke lingkungan serta dampak negatifnya bagi manusia. Pengubahan komponen berbahaya sebagaimana tersebut di atas dapat dilakukan dengan proses oksidasi senyawa B3 yang merupakan komponen limbah, sedangkan proses pengendapan atau flokulasi akan mengubah komponen berbahaya menjadi endapan atau sludge agar lebih mudah ditangani lebih lanjut[3]. Penelitian ini mempelajari proses ozonisasi untuk menguraikan sianida. Sianida merupakan konstituen kimia beracun (berbahaya) yang umum terkandung dalam limbah B3, termasuk kategori super toxic. Sianida dan garam sianida memberikan efek racun yang cepat, dalam dosis 60-90 mg dapat menyebabkan kematian manusia. Penggunaan hidrogen sianida sebagai pestisida, fumigant serta pemakaian larutan garam sianida dalam sintesis kimiawi dan pemrosesan logam berpotensi menyebabkan pemaparan terhadap manusia. Pemaparan gas hidrogen sianida (HCN) dapat pula terjadi dari pembakaran polimer yang mengandung nitrogen[4]. TEORI Sianida merupakan konstituen anorganik limbah B3 yang sangat utama. Diantara senyawa sianida anorganik berbahaya (menurut Environmental Protection Agency) adalah hidrogen sianida, asam hidrosianat, serta sianida dari barium, kalsium, nikel, kalium, perak, natrium, dan seng. Sianida terdapat dalam limbah B3 dalam bentuk[4]: - gas hidrogen sianida - hidrogen sianida terlarut dalam air (tidak terionisasi) - ion sianida (CN-) terlarut - garam sianida, seperti NaCN, KCN - sianida kompleks seperti [Fe(CN)6]4- atau [Ni(CN)4]2Potensi bahaya paling besar dari sianida adalah toksisitasnya dalam bentuk larutan atau gas. Beberapa kompleks sianida tidak terlalu toksik. Anion kompleks metal-sianida seperti [Fe(CN)6]4tidak terikat kuat dalam tanah melalui pertukaran ion dan cenderung bermigrasi bersama lindihan limbah, berbeda dengan kation logam terhidrasi Sugeng Purnomo

seperti [Fe(H2O)6]2+. Sianida tidak terkompleks dalam limbah seperti NaCN, KCN, atau Ca(CN)2 adalah pembebasan gas hidrogen sianida dalam suasana asam kuat sesuai reaksi: NaCN + H+ → HCN + Na+

(1)

Penghirupan HCN dalam dosis relatif kecil sudah dapat memberikan akibat yang fatal. Gas sianogen (NCCN), cairan volatil sianogen bromide (BrCN), dan highly volatile sianogen klorida (ClCN, titik didih 13,1 °C) merupakan senyawa reaktif khususnya terhadap oksidator. Senyawa-senyawa ini bersifat toksik dan irritant terhadap saluran pernafasan. Reaksi dengan uap atau air menghasilkan hidrogen sianida dan asam oksihalogenida[4]: ClCN + H2O → HOCl + HCN

(2)

Adapun sianogen dan air menghasilkan asam sianida dan asam sianat HOCN. NCCN + H2O → HOCN + HCN

(3)

Toksikologi sianida menjelaskan bahwa di dalam tubuh sianida mengikat besi III yang dikandung enzim ferricytochrome oxidase, menghambat proses reduksi menjadi besi II dalam proses fosforilasi oksidatif, yaitu proses Enzim penggunakan O2 dalam tubuh. ferrouscytochrome oxidase yang dibutuhkan untuk reaksi dengan O2 tidak terjadi dan penggunaaan oksigen dalam sel terhambat sehingga proses metabolisme terganggu[5]. Keracunan sianida dan beberapa bahan seperti merkuri, arsen, talium, karbamat, organofosfat, karbon mono-oksida, dapat menyebabkan abnormalitas warna kulit, kelembaban / kebasahan berlebih ataupun sebaliknya kekeringan kulit. Warna kulit kebiruan karena defisiensi oksigen dalam darah (gejala sianotik) dapat menjadi bukti keracunan sianida, karbon mono-oksida atau nitrit. Sedangkan efek fisiologis sianida berupa peningkatan ataupun penurunan laju pernafasan, sama halnya dengan pemaparan karbon mono-oksida[5]. Bermacam jenis limbah organik maupun anorganik dapat diolah dengan reaksi reduksioksidasi, sifat berbahaya ataupun beracun dari limbah tersebut akan menurun atau hilang sama sekali sejalan dengan perubahan ikatan persenyawaan atau perubahan tingkat oksidasinya. Limbah yang mengandung bahan oksidator dapat juga dimanfaatkan untuk mengolah limbah yang dapat dioksidasi (seperti sianida) dalam medium

ISSN 1410 – 8178

Buku II hal 309


air. Hasil akhir yang diharapkan adalah terjadinya berbahaya menjadi bentuk tak berbahaya atau bentuk lain yang dapat diisolasi secara fisik. Ozon (O3) merupakan salah satu oksidator kuat yang praktis digunakan karena mudah diproduksi langsung di tempat penggunaannya yaitu dengan melewatkan udara kering kaya oksigen melalui kolom bertegangan listrik tinggi (high voltage) sehingga terjadi reaksi pembentukan ozon: O2 O+O High voltage electrical discharge

(4)

konversi limbah atau konstituen limbah yang merupakan polutan udara sehingga penggunaannya perlu pengukuran yang cermat guna memperkecil lepasan ozon[3]. Peruraian sianida melalui reaksi oksidasi dengan ozon dapat dituliskan sebagai berikut[6]: 6CN- + 5O3 + 3H2O → 6HCO3- + 3N2

Kemungkinan lain reaksi yang terjadi adalah dua tahap oksidasi, sianida menjadi sianat kemudian menjadi bikarbonat dan nitrogen : 2CN- + 2O3 → 2CNO- + 2O2

O 2 + O → O3

(5)

Pengolahan dengan ozon konsentrasi 1-2 % berat dalam udara atau 2-5 % dalam oksigen dapat dilakukan terhadap beragam effluent limbah ataupun sludge yang mengandung kontaminan yang dapat dioksidasi, misalnya senyawa organik (alkohol tak jenuh, fenol, aldehida), spesies anorganik (H2S, NO2- menjadi NO3- sehingga toksisitas menurun, CN-, dan Fe2+ menjadi Fe3+ yang tidak larut). Ozon dapat pula digunakan dalam pengolahan efluen gas toksik dan senyawa organik penyebab bau. Manfaat lain sebagai desinfektan, penjernih warna, pengatur citarasa, dan penghilang bau air minum di perkotaan. Di samping aneka fungsi tersebut, ozon sendiri

(6)

(7)

2CNO- + O3 + H2O → 2HCO3- + N2 +

(8)

2CN- + 3O3 + H2O → 2HCO3 + N2 + 2O2

(9)

-

Tinjauan stoikhiometri terhadap kedua reaksi, tampak bahwa nilai rasio molar sianida terhadap ozon pada reaksi (6) lebih besar daripada reaksi (9), dengan demikian konsumsi ozon lebih efisien pada reaksi (6); yaitu dengan kuantita molar tertentu dari ozon akan lebih banyak sianida dapat didestruksi. Dalam percobaan reaksi (6) maupun reaksi (9) dapat berlangsung serentak menghasilkan ion bikarbonat dan nitrogen yang tidak bersifat toksik. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ozonisasi disajikan dalam Gambar berikut:

Oxygen concentrator

Ozonizer unit

Gambar 1. Peralatan yang digunakan dalam ozonisasi Buku II hal 310

ISSN 1410 – 8178

Sugeng Purnomo


Bahan 1. Kalium sianida, 2. Kalium iodida, 3. Natrium tiosulfat, 4. Kalium dikromat. Metode A. Pengukuran Produksi Ozon A.1. Persiapan Larutan Kalium Iodida 1. Disiapkan larutan KI (50 g/250 mL). 2. Dipipet masing-masing 5, 10, 15, 20, 25, 30 mL ke dalam labu takar 100 mL, diencerkan sampai tanda tera (sebagai larutan 1, 2, 3, 4, dan 5). 3. Dipindahkan ke dalam botol reagen. A.2. Ozonisasi Larutan Kalium iodida 1. Oxygen concentrator dioperasikan, slang outlet dihubungkan ke unit ozonizer, set debit O2 pada skala 2. 2. Ozonizer dioperasikan, dibiarkan beberapa saat sehingga produksi ozon stabil. 3. Ujung slang outlet ozon dicelupkan ke dalam larutan kalium iodida (larutan 1) selama 5 detik. 4. Dilakukan ozonisasi untuk larutan kalium iodida berikutnya (larutan 2 s/d 5). 5. Diulangi langkah 3 dan 4 dengan lama waktu ozonisasi 10, 15, 20, 25, dan 30 detik untuk seluruh variasi konsentrasi larutan. 6. Diulangi langkah 3 s/d 5 dengan setting oxygen concentrator pada skala 3 dan 4. 7. Iodium yang dibebaskan dititrasi dengan larutan tio 0,1 N yang telah distandarisasi menggunakan larutan kalium dikromat. 8. Dihitung produksi ozon yang dihasilkan ozonizer. B. Percobaan Penyisihan Sianida B.1. Persiapan Larutan Sianida 1. Dibuat larutan sianida 1000 ppm dari garam kalium sianida. 2. Diencerkan sehingga diperoleh larutan dengan konsentrasi sianida; 10, 20, 30, s/d 100 ppm, masing-masing sebanyak 250 mL. 3. Dicuplik masing-masing larutan sebanyak 2 x 100 mL, ditempatkan dalam botol reagen. B.2. Ozonisasi Sianida 1. Oxygen concentrator dioperasikan, slang outlet dihubungkan ke unit ozonizer, set debit O2 pada skala 2. 2. Ozonizer dioperasikan, dibiarkan beberapa saat sehingga produksi ozon cukup stabil. 3. Ujung slang outlet ozon dicelupkan kedalam larutan sianida selama 5 menit, kemudian Sugeng Purnomo

diganti dengan larutan sianida berikutnya sampai selesai 1 set variasi konsentrasi sianida. 4. Dianalisis kadar sianida dalam masing-masing larutan tersebut (1 set sampel murni dan 1 set sampel pasca ozonisasi) menggunakan ionmeter Metrohm 781. C. Analisis Sianida dengan Ion-Meter Metrohm 781 1. Dibuat larutan standar sianida 2, 4, 6 ppm. 2. Dipipet masing-masing 20 mL kedalam beakerglass 50 mL, ditambah 2,0 mL NaOH 1N. 3. Dilakukan kalibrasi ion-meter menggunakan larutan tersebut; dicelupkan elektroda sianida dan elektroda reference ke dalam larutan, dioperasikan ion-meter sesuai prosedur sehingga diperoleh korelasi linier mV terhadap log konsentrasi sianida. 4. Dianalisis konsentrasi sianida dalam sampel murni dan sampel pasca ozonisasi (cara preparasi sesuai dengan penanganan terhadap larutan standar). HASIL DAN PEMBAHASAN Laju produksi ozon ditentukan oleh debit oksigen yang diumpankan dari oxygen concentrator dan kemampuan kolom tegangan tinggi unit ozonizer membangkitkan ozon. Pada Gambar 2 tampak produksi ozon meningkat secara gradual (pasokan oksigen skala 2 – 4). Ekstrapolasi grafis untuk pasokan oksigen < 2 dan > 4 memberikan gambaran kurva yang berangsur melandai sampai batas maksimal, fenomena ini menunjukkan bahwa kapasitas konversi kolom tegangan tinggi pada unit ozonizer merupakan faktor penentu dari kedua faktor tersebut. Produksi ozon (mg/det)

TATA KERJA

2 1.5 1 0.5 0 1

2

3

4

Skala oxygen concentrator

Gambar 2. Produksi ozon sebagai fungsi setting suplply oksigen.

ISSN 1410 – 8178

Buku II hal 311

5


Konsentrasi sianida awal dan pasca ozonisasi ditunjukkan pada Gambar 3. Pada konsentrasi sianida rendah (≤ 30 ppm) diperoleh penurunan sehingga konsentrasi sianida akhir < 5 ppm, sedangkan pada limbah dengan konsentrasi sianida > 30 ppm diperoleh penurunan sehingga

100

ppm CN awal ppm CN akhir ppm CN terurai

90 80

ppm Sianida

konsentrasi sianida akhir pada kisaran > 5 ppm dengan kecenderungan yang meningkat sesuai dengan konsentrasi sianida dalam limbah. Pola penurunan konsentrasi sianida tersebut menunjukkan adanya hubungan antara jumlah sianida yang dapat diuraikan dengan dosis ozon.

70 60 50 40 30 20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Seri percobaan

Gambar 3. Konsentrasi sianida sebelum dan setelah ozonisasi.

Kuantitas sianida terurai mempunyai kecenderungan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasinya dalam limbah dari 10 ppm sampai dengan 60 ppm kemudian menunjukkan nilai yang relatif tetap untuk

konsentrasi 80 sampai dengan 100 ppm. Hal ini menunjukkan adanya harga maksimum terurainya sianida (± 55 ppm) pada kondisi proses ozonisasi yang dilakukan.

ratio CN awal/sisa, % CN terurai

120

% CN terurai

100

Ratio C N awal/sisa

80 60 40 20 0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ppm sianida

Gambar 4. Ratio konsentrasi sianida sebelum dan setelah ozonisasi serta prosentase sianida yang terurai.

Buku II hal 312

ISSN 1410 – 8178

Sugeng Purnomo


Efisiensi stoikhiometri (%)

Gambar 4 menunjukkan bahwa prosentase sianida terurai ≥ 95 % untuk konsentrasi 10 - 20 ppm; mendekati 80 % untuk 40 - 60 ppm; kemudian berangsur turun antara 70 - 55 % untuk 80 - 100 ppm. Ratio konsentrasi sianida sebelum dan pasca ozonisasi mempunyai harga relatif tinggi (> 25) untuk limbah dengan sianida rendah ≤ 20 ppm, sedangkan untuk limbah dengan sianida ≥ 40 ppm ratio tersebut berharga < 5. Pada Gambar 5 tampak peningkatan efisiensi stoikhiometri peruraian sianida konsentrasi 10

sampai 80 ppm mencapai 0,4 – 2,26 % untuk (grafik A) dan 0,72 – 4,08 % (grafik B) selanjutnya efisiensi tetap berkisar pada masingmasing nilai maksimum tersebut sampai konsentrasi 100 ppm. Ini menunjukkan peningkatan konsentrasi sianida meningkatkan intensitas oksidasi pada bidang batas antara gelembung ozon dan cairan/larutan sampai pada nilai tertentu.

5 A B

4 3 2 1 0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ppm sianida Gambar 5. Efisiensi stoikhiometri peruraian sianida didasarkan pada kuantitas ozon. (A berdasarkan ekivalensi molar reaksi 1, B berdasarkan ekivalensi molar reaksi 2) KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

Laju produksi ozon oleh unit ozonizer ditentukan oleh pasokan oksigen dari oxygen concentrator serta kapasitas konversi kolom tegangan tinggi pada unit ozonizer tersebut. Dosis ozon yang diberikan perlu disesuaikan dengan beban proses oksidasi yang berkaitan dengan jenis limbah yang diolah. Proses ozonisasi merupakan metode pengolahan yang potensial untuk diterapkan dalam penyisihan senyawa bahan berbahaya dan beracun yang dapat dioksidasi. Dengan parameter proses sebagaimana diuraikan dalam percobaan ini, penyisihan sianida mencapai ≥ 95 % untuk konsentrasi awal < 20 ppm, dengan efisiensi stoikhiometri 2,26% atau 4,08% bergantung pada asumsi reaksi redoks yang terjadi.

1.

Sugeng Purnomo

2.

3.

4.

5.

6.

Peraturan Ka. BATAN No. 392/KA/XI/2005 Tentang Organisasi dan Tata Kerja BATAN. Peraturan Pemerintah No. 74 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Bahan Berbahaya dan Beracun. STANLEY E. MANAHAN., ”Hazardous Waste Chemistry, Toxicology and Treatment”, Lewis Publishers, Inc. Michigan 1990. STANLEY E. MANAHAN., ”Toxicological Chemistry”, Lewis Publishers, Inc. Michigan 1989. ROBERT E. GOSELIN, ROGER P. SMITH., Clinical Toxicology of Commercial Products”, 5th ed. Baltimore 1984. LUNN, GEORGE, SANSONE, “Destruction of Hazardous Chemical in the Laboratory”, John Wiley and Sons, New Jersey, 1990.

ISSN 1410 – 8178

Buku II hal 313

PENGGUNAAN UNIT OZONIZER UNTUK DESTRUKSI SIANIDA DALAM LIMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN

Recommend Documents