J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2, Hal.: 87 - 92 ISSN 1978-1873
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI KECAP DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI Wasinton Simanjuntak dan Irwan Ginting Suka Fakultas MIPA Universitas Lampung Jl. S. Brojonegoro No 1, Bandar Lampung 35145 Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan 27 Desember 2007
ABSTRACT This research was carried out to study the electrocoagulation treatment of waste water of soy bean sauce industry. The experiments were conducted using aluminium rod and carbon rod as electrodes, applied in different arrangements of anode A : cathode Al (Al-Al), and Anode Al : cathode C (Al-C). The main aim of the study was to investigate the influene of potential and contact time on turbidity, chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), and suspended solid. The results obtained demonstrated that the elctrode arrangement of Al-C worked better than the Al-Al electrodes., resulted in 58 percent reduction of turbidity, 70 percent reduction of COD, 69 percent reduction of BOD, and 52 percent reduction of suspended solid. Keywords: electrocoagulation, sacrificial electrode, absorbance.
1. PENDAHULUAN Dewasa ini salah satu metode pengolahan limbah cair yang sedang dikembangkan adalah metode elektrokoagulasi1,2,3). Pada hakekatnya metode ini merupakan pengembangan metode koagulasi konvensional yang memanfaatkan kation dari suatu koagulan, berupa garam, untuk merusak kesetabilan sistim koloid polutan dalam limbah sehingga gaya kohesi antar polutan bekerja secara optimum4). Perbedaan paling penting antara koagulasi konvensional dengan elektrokoagulasi adalah bahwa dalam metode elektrokoagulasi, kation yang dibutuhkan dihasilkan langsung dari logam yang digunakan sebagai anoda (elektroda tumbal). Karena dalam metode elektrokoagulasi kation dihasilkan langsung dari elektroda logam, metode ini tidak menghasilkan limbah sekunder berupa anion yang merupakan kelemahan utama metode konvensiona. Penerapan metode elektrokoagulasi juga tidak membutuhkan penentuan dosis koagulan yang seringkali menjadi kendala praktis dalam penerapan metode koagulasi konvensional. Karena metode elektrokoagulasi didasarkan pada proses elektrokimia, efektifitas metode ini dipengaruhi oleh berbagai variable elektrokimia. Dalam prakteknya, variabel elektrokimia yang mempengaruhi efektifitas proses elektrokoagulasi dapat dibedakan menjadi variabel utama, meliputi potensial, jenis elektroda, dan waktu kontak5,6), serta variabel pendukung meliputi jumlah dan jarak elektroda7), suhu dan pH8). Di samping berbagai variabel di atas, jenis dan konsentrasi polutan dalam limbah merupakan faktor penentu efektifitas metode elektrokoagulasi, seperti tergambar dari beragamnya kondisi pengolahan dan capaian yang dilaporkan dalam beragam literatur tentang penerapan metode elektrokoagulasi untuk limbah yang berbeda1,9,10). Adanya ketergantungan efektifitas metode elektrokoagulasi pada jenis polutan dalam limbah merupakan latar belakang utama dalam melakukan penelitian ini, dengan menitik beratkan pada kajian pengaruh potensial dan waktu kontak terhadap unjuk kerja elektrokoagulasi untuk pengolahan limbah cair industri kecap. Dalam penelitian ini, efektifitas metode dinyatakan dengan persen penurunan absorbansi (A) limbah pada dua panjang gelombang yang berbeda, yakni 272 dan 365 nm. Pemilihan kedua panjang gelomabng di atas didasrkan pada hasil percobaan sebelumnya11,12), yang menunjukkan bahwa absorbansi pada kedua panjang gelombang tersebut mempunyai korelasi yang sangat baik dengan kadar polutan dalam limbah. Dengan demikian, penurunan absorbansi pada kedua panjang gelomabng tersebut dapat digunakan sebagai gambaran penurunan kadar polutan dalam limbah. Selain penurunan absorbansi, dalam penelitian ini parameter lain yang digunakan untuk menyatakan efektifitas proses elektrokoagulasi adalah kekeruhan, padatan terlarut, kebutuhan oksigen biologis, dan kebutuhan oksigen kimawi.
2007 FMIPA Universitas Lampung
87
Wasinton Simanjuntak dan Irwan Ginting Suka... Pengolahan Limbah Cair Industri Kecap
2. METODE PENELITIAN 2.1. Perangkaat percobaan Percobaan dilakukan dengan sisitim mengalir menggunakan perangkat elektrokoagulasi seperti disajikan dalam Gambar 1 di bawah ini. Voltage suplier
V
Bejana Sampel
Perangkat Elektrokimia Pompa Sirkulasi Air Gambar 1. Skema perangkat elektrokoagulasi yang digunakan dalam penelitian. Seperti terlihat dalam Gambar 1 di atas, perangkat percobaan terdiri dari sebuah bejana tempat sampel yang dihubungkan dengan sebuah pompa sirkulasi kecil untuk mengatur laju alir sampel yang akan masuk ke perangkat elektrokimia sesuai dengan waktu kontak yang diinginkan. Dalam penelitian ini digunakan batangan aluminium sebagai elektroda tumbal (anoda) dan dua jenis katoda, yakni batangan aluminium dan batangan karbon. Percobaan dilakukan dengan 3 pasang elektroda dengan susunan monopolar. 2.2. Percobaan 2.2.1. Percobaan dengan potensial yang berbeda Percobaan ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh potensial terhadap efektifitas proses elektrokoagulasi untuk mendapatkan potensial optimum yang akan digunakan pada percobaan selanjutnya. Percobaan ini juga dimaksudkan untuk sekaligus mempelajari kaitan antara jenis katoda dengan potensial optimum dalam suatu proses elektrokoagulasi. Untuk maksud ini, percobaan dilakukan dengan potensial yang berbeda, yakni 2, ,4, 6, 8, dan 12 volt. Keseluruhan percobaan dilakukan dengan waktu kontak yang tetapa yakni 30 menit. 2.2.2. Percobaan dengan waktu kontak yang berbeda Percobaan ini dilakukan menggunakan potensial optimum yang didapatkan dari percobaan sebelumnya dengan waktu kontak yang berbeda, yakni 15, 30, 45, 60, dan 90 menit. Percobaan ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh waktu kontak terhadap efektifitas proses elektrokoagulasi untuk mendapatkan gambaran tentang waktu kontak optimum. Percobaan ini juga dimaksudkan untuk sekaligus mempelajari kaitan antara jenis katoda dengan waktu kontak optimum dalam suatu proses elektrokoagulasi.
88
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2
2.3. Analisis Sampel Analisis sampel dilakukan menggunbakan spektrometer UV-Vis dengan memindai sampel pada panjang gelombang 200 hingga 70 nm. Absorbansi sample pada panjang gelombang 272 dan 365 nm selanjutnya dicatat sebagai data. Unjuk kerja metode elektrokoagulasi dinyatakan berdasarkan penurunan harag absorbansi pada kedua panjang gelombang di atas. Sampel yang diperoleh dari perlakuan terbaik selanjutnya dianalisis untuk menentukan penurunan kekeruhan, padatan terlarut, kebutuhan oksigen kimiawi, dan kebutuhan oksigen biologis. Parameter tambahan ini dianalisis karena dalam prakteknya ketiganya merupakan parameter kualitas limbah cair yang utama dalam menentukan kelayakan limbah untuk dilepas ke lingkungan bebas.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Percobaan Dengan Potensial yang Berbeda Seperti telah dipaparkan sebelumnya, dalam penelitian ini percobaan dilakukan menggunakan dua sistim elektroda, yakni aluminium sebagai anoda dan katoda (sistim Al-Al), serta aluminium sebagai anoda dan karrbon sebagai katoda (sistim Al-C). Untuk mendapatkan gambaran tentang pengaruh potensial, percobaan dilakukan pada waktu kontak tetap yakni 30 menit dengan potensial yang divariasi. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan sistim Al-Al disajikan dalam Gambar 2 di bawah ini. 272 nm
365 nm
Absorbansi
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0
2
4
6
8
10
12
Potensial (volt)
Gambar 2. Hasil percobaan pada potensial yang berbeda menggunakan sistim elektroda AL-Al dengan waktu kontak 30 menit Seperti terlihat dalam gambar, absorbansi sampel pada kedua panjang gelombang yang digunakan mengalami penurunan yang cukup jelas hingga potensial 6 volt, namun pada potensial selanjutnya absorbansi sampel naik kembali hingga mendekati nilai awal. Pola perubahan nilai absorbansi ini menunjukkan dengan jelas adanya pengaruh potensial 272 nm
365 nm
Absorbansi
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0
2
4
6
8
10
12
Potensial (volt)
Gambar 3. Hasil percobaan pada potensial yang berbeda menggunakan sistim elektroda AL-C dengan waktu kontak 30 menit
2007 FMIPA Universitas Lampung
89
Wasinton Simanjuntak dan Irwan Ginting Suka... Pengolahan Limbah Cair Industri Kecap
terhadap efektifitas proses koagulasi yang berlangsung seperti yang telah dinyatakan oleh peneliti elektrokoagulasi sebelumnya4,13). Berdasarkan kurva di atas dapat disimpulkan bahwa potensial 6 volt dapat dianggap sebagai potensial optimum dalam penelitian yang dilakukan. Hasil percobaan dengan sistim elektroda Al-C menunjukkan pola perubahan absorbasi yang relatif sama dengan pola yang teramati dalam percobaan dengan sistim elektroda Al-Al, seperti terlihat dalam Gambar 3 di bawah ini. Meskipun hasil kedua percobaan yang disajikan di atas mempunyai pola umum dan potensial optimum yang sama, namum terlihat bahwa kenaikan kembali abosrbansi sample pada percobaan di atas 6 volt relatif lebih signifikan pada percobaan dengan sistim elektroda Al-Al. Hal ini menunjukkan bahwa destabilisasi flok (koagulat) terjadi lebih signifikan pada percobaan dengan sistim elektroda Al-Al. Destabilisasi flok pada percobaan dengan potensial lebih besar dari 6 volt diyakini merupakan akibat pembentukan gas selama berlangsungnya proses elektrokoagulasi, sebagai akibat terjadinya elektrolisis air13). Gas yang terbentuk dari elektrolisis air tersebut akan memecah flok yang terbentuk hingga sebagian polutan organik terlarut kembali sehingga absorbansi sampel mengalami kenaikan. Karena destabilisasi flok merupakan kerugian praktis, dari hasil hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa sisitm elektroda Al-C mempunyai unjuk kerja yang lebih baik. Selain menghasilkan flok yang relatif lebih stabil, sistim elektroda Al-C juga menunjukkan kemampuan yang lebih baik dalam menurunkan absorbansi sampel pada kedua panjang gelombang. Untuk absorbansi pada panjang gelombang 272 nm, penurunan absorbansi yang mampu dicapai dengan sistim elektroda Al-Al adalah 35%, sedangkan dengan sistim elektroda Al-C sebesar 47%. Hasil yang lebih baik juga didapatkan untuk penurunan absorbansi pada panjang gelombang 365, dimana penurunan abosrbansi dengan sistim elektroda Al-Al adalah sebesar 42%, sedangkan penurunan dengan sistim elektroda Al-C mencapai 51%. 3.2. Hasil Percobaan Dengan Waktu Kontak yang Berbeda Dari hasil percobaan dengan potensial yang berbeda seperti dipaparkan di atas, dapat disimpulkan bahwa kedua sistim elektroda mempunyai potensial optimum yang sama, yakni 6 volt. Untuk mempelajari pengaruh waktu kontak, percobaan dengan kedua sistim elektroda selanjutnya dilakukan pada potensial tetap 6 volt dengan waktu kontak yang berbeda, yakni 15, 30, 45, 60 dan 90 menit. Hasil yang diperoleh dari percobaan dengan sistim elektroda Al-Al disajikan dalam Gambar 4 di bawah ini. Seperti terlihat dalam Gambar 4, penurunan absorbansi sample pada kedua panjang gelombang terjadi dengan relatif cepat hingga pada waktu kontak 45 menit dan cenderung menjadi landai hingga ke waktu kontak berikutnya. Pola penurunan absorbansi sedemikian juga diamati untuk sampel yang diperlakukan dengan sistim elektroda AL-C seperti terlihat pada Gambar 5. Penurunan absorbansi yang cepat pada awal percobaan juga telah dilaporkan oleh penelitia sebelumnya2,5), yang menunjukkan terjadinya interaksi yang cepat antara polutan organik dengan kation yang dibebaskan dari elektroda tumbal. Selanjutnya absorbansi sampel cenderung melandai seiring dengan penurunan konsentrasi polutan yang reaktif, di samping terjadinya pasifasi elektroda13) akibat adanya flok yang menempel pada elektroda atau berada di sekitar elektroda dan menghambat transfer kation ke bagian sampel dengan jarak yang lebih jauh dari elektroda.
272 nm
365 nm
Absorbansi
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0
15
30
45
60
75
90
Waktu kontak (menit) Gambar 4. Hasil percobaan pada waktu kontak yang berbeda menggunakan sistim elektroda AL-Al dengan potensial 6 volt
90
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2
272 nm
365 nm
Absorbansi
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0
15
30
45
60
75
90
Waktu kontak (menit) Gambar 5. Hasil percobaan pada waktu kontak yang berbeda menggunakan sistim elektroda AL-C dengan potensial 6 volt Dibanding dengan hasil yang diperoleh dari percobaan dengan potensial yang berbeda, perbedaan paling jelas terlihat adalah bahwa pada percobaan dengan waktu yang berbeda, tidak ada destabilisasi flok yang terjadi, seperti yang teramati pada percobaan dengan potensial yang berbeda. Dari kedua gambar di atas, dapat didimpulkan bahwa waktu kontak optimum untuk kedua sistim elektroda adalah 45 menit. Meskipun mempunyai pola penurunan dan waktu kontak optimum yang sama, namun sistim elektroda Al-C mempunyai unjuk kerja yang relatif lebih baik dari sistim elektroda AL-Al. Hal ini tercermin dari persen penurunan abosrbansi sampel pada kedua panjang gelombang. Untuk abosrbansi pada panjang gelombang 272 nm, persen penurunan abosrbansi yang dicapai adalah sebesar 64%, sedangkan dengan sistim selektroda Al-C mencapai 75%. Kelebihan sistim elektroda AL-C dibanding sistim Al-Al juga tergambar dari persen penurunan absorbansi sampel pada panjang gelombang 365 nm, dimana capaian dengan sistim elektroda Al-Al adalah 59% sementara dengan sistim elektroda Al-C mencapai 68%. 3.3. Analisis Tambahan Selain absorbansi pada kedua panjang gelombang yang dipaparkan di atas, parameter ukur lain yang digunakan untuk menyatakan unjuk kerja metode elektrokoagulasi yang diteliti adalah kekruhan, padatan terlarut, kebutuhan oksigen biologis, dan kebutuhan oksigen kimiawi. Keempat parameter tambahan tersebut ditentukan untuk sampel yang diperlakukan pada kondisi optimum, yakni elektroda Al-C, potensial 6 volt, dan waktu kontak 45 menit. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa metode elektrokoagulasi mampu menurunkan keempat parameter di atas dengan capaian yang cukup signifikan, yakni 58% untuk kekeruhan, 52% untuk padatan terlarut, 69% untuk kebutuhan oksigen biologis, dan 70% untuk kebutuhan oksigen kimiawi. Capaian tersebut menunjukkan bahwa metode elektrokoagulasi mempunyai potensi yang layak dikembangkan menjadi metode alternatif untuk pengolahan limbah cair industri kecap. Capaian ini juga menunjukkan bahwa potensi metode elektrokoagulasi untuk pengolahan limbah cair industri lain, khususnya yang mengandung polutan organik, sangat layak untuk digali lebih lanjut untuk mengembangkan metode ini hingga ke tataran aplikasi.
4. KESIMPULAN Hasil percobaan menunjukkan bahwa kedua sistim elektroda (Al-Al dan Al-C) yang diteliti mempunyai potensial optimum yang sama (6 volt) dan waktu kontak yang sama (45 menit). Meskipun demikian, peresen penurunan absorbansi sampel yang mampu dicapai menunjukkan bahwa sistim elektroda Al-C mempunyai unjuk kerja yang relatif lebih baik dibanding dengan sistim elektroda Al-Al. Di samping penurunan absorbansi yang cukup signifikan, metode
2007 FMIPA Universitas Lampung
91
Wasinton Simanjuntak dan Irwan Ginting Suka... Pengolahan Limbah Cair Industri Kecap
elektrokoagulasi yang dicoba juga menunjukkan unjuk kerja yang cukup tinggi untuk menurunkan kekeruhan, padatan terlarut, kebutuhan oksigen biologis, dan kebutuhan oksigen kimiawi limbah yang diteliti. Keseluruhan hasil tersebut mencerminkan bahwa metode elektrokoagulasi mempunyai potensi yang layak untuk dikembangkan lebih lanjut menjadi metode alternatif untuk pengolahan limbah cair industri kecap dan limbah cair industri lainnya, khususnya yang mengandung polutan organik.
DAFTAR PUSTAKA 1.
Ciorba, G. A., Radovan, C., Vlaicu, L., and Pitulice, L. 2000. Correlation between organic component and electrode material: consequences on removal of surfactants from from wastewater, Electrochimica Acta. 46:297-303.
2.
Daneshvar, N., Ashassi-Sorkhabai, H., and Tizpar, A. 2003. Decolorization of orange II by electrocoagulation method, Separation and Purification Technology., 31: 153-162.
3.
Bergmann, H., Rittel, A., Iourtchouk, T., Schoeps, K., and Bouzek, K. 2003. Electrochemical treatment of cooling lubricant, Chemical Engineering and Processing., 42: 105-119.
4.
Holt, P.K., Barton, G.W., Wark, M and Mitchell, C.A. 2002. A quantitative comparison between chemical dosing and electrocoagulation, Colloid and Surfaces., 211: 233-248.
5.
Tsai, C.T., Lin, S. T., Shue, Y. C., and Su, P. L. 1997. Electrolysis of solube organic matter in leachate from landfills, Water Research., 31: 3073-3081.
6.
Chen, X., G.Chen, and P.L.Yue. 2000. Separation of pollutans from restaurant wastewater by electrocoagulation, Separation and Purification Technology., 19: 65-67.
7.
Mameri, N.Y., Lounici, A.R., Grib, H., and Bariou, B. 1998. Defluorination of septentrional Sahara water of North Africa by electrocoagulation process using bipolar alumunium electrode, Water Research., 32: 1604-1612.
8.
Bejankiwar, R. S. 2002. Electrochemical treatment of cigarette industry wastewater: feasibility study, Water Research., 36: 4386-4390.
9.
Bahdari, K., Korbahti, and Tanyolac, A. 2003. Continuous electrochemical treatment of phenolic wastewater in a tubular reactor, Water Research., 37: 1505-1514.
10. Diaz, C. B., Ninez, F. U., Campos, E., Pardave, M. P., and Romo, M. R. 2003. A combined electrochemicalirradiation treatment of highly colored industrial wastewater, Radiation Physics and Chemistry., 65: 144-151. 11. Kittis, M., Karafil, T., Kilduff, J.E., and Wigton, A. 2002. The reactivity of natural organic matter by disinfection by products formation and its relation to spesific ultraviolet absorbance, Water Science and Technology., 43: 9-16. 12. Thomsen, M., lasen, P., Dobe, S., Hanson, P. E., Carlsen, L., and Mogensen, B.B. 2002. Characterization of humic materials of different origins: A multivariate approach for quantifying the latent properties of dissolved organic matter, Chemosphere., 49: 1327-1337. 13. Jiang, J.Q., Nigel, G., Cecile, H., Geoof, K., and Nigel, B. 2002. Laboratory study of electro-coagulation-flotation for water treatment, Water Research., 36: 4064-4078.
92
2007 FMIPA Universitas Lampung
