Penyisihan Limbah Sintetik Campuran Fenol dan Amonia Menggunakan Proses Oksidasi Lanjut Ozonasi dan Kavitasi (Hidrodinamik dan Ultrasonik)

Penyisihan Limbah Sintetik Campuran Fenol dan Amonia Menggunakan Proses Oksidasi Lanjut Ozonasi dan Kavitasi (Hidrodinamik dan Ultrasonik) Rizka Izdihara dan Dr.Eva Fathul Karamah, ST, MTb a.

Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424 e-mail: [email protected] b. Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424 e-mail: [email protected]

Abstrak Pada penelitian ini, kavitasi (hidrodinamik dan ultrasonik) digabungkan dengan ozonasi untuk menyisihkan campuran fenol dan amonia. Gabungan metode tersebut menghasilkan dua oksidator dengan karakterisik yang berbeda. Peran kedua oksidator dikaji melalui persentase penyisihan dan produk hasil oksidasi. Penyisihan dilakukan selama 60 menit dengan memvariasikan komposisi campuran dan pH larutan. Pada perbandingan konsentrasi fenol-amonia4:1, persentase penyisihan tertinggi dicapai pada pH 4 untuk fenol sebesar49,7% dandicapai pada pH 11untuk amonia sebesar 39,6%. Pada komposisi 1:4, persentase penyisihan tertinggi baik fenol maupun amonia dicapai pada pH 11 sebesar 98% dan 14,5%. Analisa GC-MS menunjukkan jumlah senyawa hasil oksidasi meningkatdengan bertambahnya pH. Komposisi campuran berpengaruh terhadap oksidator yang menjadi mekanisme kontrol penyisihan. Pada konsentrasi fenol yang tinggi, mekanisme kontrol penyisihan adalah reaksi selektif oleh ozon, sedangkan pada konsentrasi amonia yang tinggi, mekanisme kontrol penyisihan adalah reaksi nonselektif oleh radikal OH. Selain menghasilan produk oksidasi yang bersifat asam. Proses gabungan ozonasi dan kavitasi menghasilkan senyawa – senyawa rantai panjang. Kata Kunci: Fenol, Amonia, Proses Oksidasi Lanjut, Ozonasi, Kavitasi.

Degradation of Synthetic Waste Mixture of Phenol and Ammonia Using Advanced Oxidation Process Ozonation and Cavitation (Hydrodynamic and Ultrasonic) Abstract This research combinedhydrodynamic and ultrasonic cavitations with ozonation to degrade mixture of phenol and ammonia. The combinationproduced two oxidators with different characteristics. The role of both oxidator was assessed in degradation percentage and oxidation products. The degradation was carried out for 60 minutes with variations of compositions andpHs. At the ratio of phenol-ammonia 4:1, the highest degradation percentage was achieved at pH 4 for phenoland at pH 11 for ammonia in the amount of 49,7% and 39,6% respectively.At composition of 1:4, the

Penyisihan Limbah..., Rizka Izdihar, FT UI, 2014

highest degradation percentage was achieved at pH 11 for both of phenol and ammonia in the amount of 98% and 14,5% respectively. GC-MS analysis showed that oxidation products improved along with the increasing of pH. Composition influencing the control mechanism of degradation. At high concentration of phenol, the control mechanism was direct attack of ozon. Whereas at high concentration of ammonia, the control mechanism was attack of OH radicals. Besides producing acidic intermediate compounds. They also produced long-chained compounds. Key Words : Phenol, Ammonia,Advanced Oxidation Process, Ozonation, Cavitation. 1.

Pendahuluan Air merupakan salah satu sumber kehidupan yang diperlukan untuk keperluan

rumah tangga, industri, perdagangan, dan lain-lain. Menurut Water Environment Partnership Asia, total permintaan air di tahun 2000 mencapai 156.000 juta m3 per tahun. Angka tersebut diperkirakan akan meningkat dua kali lipat di tahun 2015. Namun, ketersediaan air bersih justru semakin berkurang karena degradasi lingkungan dan pencemaran. Laju degradasi diperkirakan mencapai 15-35% per tahunnya[1]. Degradasi lingkungan dan pencemaran air disebabkan oleh campuran dari beberapa polutan. Contoh polutanyang umum adalah fenol dan amonia. Senyawa fenol banyak ditemukan dalam limbah kilang, pengolahan batubara dan petrokimia sedangkan amonia banyak ditemukan pada pabrik pupuk, industri gasifikasi batu bara dan limbah pertanian. Untuk itu diperlukan suatu pengolahan sebagai usaha menurunkan kadar fenol dan amonia dalam air limbah. Proses oksidasi terbukti dapat mendegradasi fenol maupun amonia. Salah satu proses oksidasiyang memiliki potensi untuk mengolah campuran limbah tersebut adalah proses oksidasi lanjut berbasis ozon, yaitu teknik oksidasi kimiawi yang menggunakan radikal OH sebagai oksidator utamayang dihasilkan dari dekomposisi ozon untuk mendegradasi limbah. Kekurangan dari penggunaan ozon adalah sifat ozon yang sukar larut dalam air dan selektif. Untuk mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh ozon maka proses berbasis ozon digabungkan dengan kavitasi. Penggunaan kavitasi hidrodinamik dan ultrasonik pada ozon terbukti dapat meningkatkan kinerja penyisihan fenol[2].


Pada penelitian ini fenol akan dicampur dengan amonia yang kemudian divariasikan komposisinya.Pencampurandilakukan karena karakteristik yang berbeda yang dimiliki fenol dan amonia.Fenol mewakili senyawa organik yang reaktif dengan ozon, sedangkan amonia mewakili senyawa inorganik yang kurang reaktif dengan ozon. Variasi lainnya adalahpH. Pada proses ozonasi, pH berpengaruh pada pembentukan radikal OH oleh dekomposisi alamiah ozon. Pada kondisi basa, radikal OH lebih mudah terbentuk dibandingkan kondisi asam. Selain itu, pada proses kavitasi, kinerja penyisihan dipengaruhi oleh kondisi polutan dimana kondisi molekular lebih diinginkan. Pada kondisi asam fenol akan berada pada kondisi molekular[3] namun amonia akan berada pada kondisi ionik[4]. Penelitan ini secara umum bertujuan untuk mengevaluasi efektivitas proses oksidasi lanjut ozonasi/kavitasi/sonikasi dalam mengolah limbah cair yang mengandung fenol dan amonia dan mengkaji pengaruh pH serta komposisi umpan terhadap kinerja penyisihan. Parameter yang akan dievaluasi adalah data konsentrasi fenol dan amonia. Sedangkan parameter lainnya adalah konsentrasi ozon terlarut, konsentrasi ozon fasa gas, oksigen terlarut, pH serta suhu. 2.

Eksperimen Penelitian ini menggunakan sebuah ozonator rancangan Prof. Dr. Ir. Setijo

Bismo, DEA, sebuah injektor Mazzei tipe 384, sebuah prosesor ultrasonik UP-800 buatan E-Chrom Tech Taiwan dengan tipe tanduk getar, sebuah pompa merk Nocchi, reaktor dari bahan gelas borosilikat dengan volume total 500 mL, dimeter dalam 4,5 cm, dan tinggi sekitar 13 cm serta sebuah thermocirculator, model LCB-R08 dari Labtech. Gambar 1 menunjukkan skema alat dari penelitian ini. Secara garis besar, penelitian ini dilakukan dengan mengalirkan 2L/jam campuran gas dari kompresor ke pengering udara yang berisikan silica gel agar tidak ada air yang masuk ke ozonator untuk menghindari terjadinya ledakan. Udara kemudian masuk ke dalam ozonator yang menggunakan prinsip corona discharge, dimana umpan dilewatkan pada celah di antara dua elektroda yang dipisahkan oleh material dielektrik. Selanjutnya gas dialirkan menuju Injektor vemturi. Pada bagian


ini larutan sampel campuran fenol dan amonia dikontakkan dengan gas ozon pada laju alir cairan sebesar 2L/menit. Gas dan sampel tersebut kemudian bereaksi dalam reaktor kaca yang telah dipasang prosesor ultrasonik. Sampel yang akan dianalisa diambil pada sample port sedangkan pada keluaran gas dipasang ozone trap untuk mengukur kadar ozon yang terlepas dalam fasa gas. Sampel yang tidak diambil pada sample port disirkulasikan dari reservoir menggunakan pompa menuju injektor.

Sonikator

Sample Port

Reaktor Ozone Trap

Aliran Gas Aliran Liquid

Injektor Mazzei Flowmeter V-2

Flowmeter

Udara

Pengering Ozonator udara kompresor

pompa

Tangki reservoir

Gambar 1. Skema Penelitian Ozonasi/Kavitasi/Sonikasi. Sampel yang digunakan divariasikan pada komposisi 4:1 (Konsentrasi fenol 40 ppm dan konsentrasi amonia 10ppm) dan komposisi 1:4 (konsentrasi fenol 10 ppm dan konsentrasi amonia 40 ppm). Masing-masing pada tiga suasana pH yang berbeda (pH 4, pH 7 dan pH 11). 3.

Hasil dan Diskusi

3.1. Kuantifikasi Radikal Hidroksil Perbedaan pH larutan adalah salah satu komponen utama dalam pembentukan OH radikal melalui reaksi ozonasi. Pada pH asam, reaksi ozonasi cenderung terjadi secara langsung melalui molekul (O3), sementara pada pH basa ozonasi terjadi secara tidak langsung dengan pembentuk OH radikal. Gambar 2 menunjukkan perbedaan pada jumlah OH radikal yang terbentuk, yaitu asam < netral < basa. Secara teori dekomposisi ozon berlangsung lebih cepat dalam suasana basa. Dalam suasana basa ozon terinduksi oleh adanya ion hidroksil dalam larutan, sehingga lebih cenderung


untuk terdekomposisi menjadi radikal OH[5]. Hasil tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Leonita[6] yang menyatakan bahwa dekomposisi ozon yang terjadi secara maksimal adalah pada saat pH yang tinggi.

Gambar 2. Kuantifikasi radikal OH terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. 3.2. Penyisihan Fenol Pada penelitian ini fenol dicampurkan dengan amonia pada dua variasi komposisi (4:1 dan 1:4). Variasi tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh komposisi dalam campuran karena penelitian ini menggunakan dua oksidator dengan karakteristik yang berbeda yaitu ozon dan radikal OH.

Penyisihan fenol pada

penelitian ini juga memvariasikan pH dimana pH memiliki pengaruh yang cukup besar. Variasi dilakukan pada 3 kondisi pH yaitu asam (pH = 4), netral (pH = 7) dan basa (pH = 11). Hasil penyisihan dalam bentuk persentase penyisihan fenol terhadap waktu disajikan pada Gambar 3.

(a)


(b) Gambar 3. Persentase fenol tersisih terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir

liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. (a)

Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Gambar 3 menunjukkan bahwa secara umum persentase fenol yang tersisih mengalami kenaikan seiring lamanya waktu penyisihan. Pada Gambar 3(a), penyisihan fenol tertinggi terjadi dalam kondisi asam namun pada kondisi netral dan basa tidak terjadi perbedaan yang signifikan. Hal tersebut terjadi dikarenakan pada proses gabungan ozonasi dan kavitasi pada pH rendah, penyisihan fenol pada fasa ruah dapat terjadi karena[7]: 1.

Reaksi langsung dengan ozon secara selektif dengan ! !! = !, ! ! !"! ! !! ! !!

2.

Reaksi secara non-selektif dengan radikal OH dengan ! !" = !, ! ! !"! ! !! ! !!

3.

Dekomposisi termal fenol (pirolisis) yang terjadi pada daerah antarfasa.

Reaksi pertama dan kedua lebih umum terjadi dibanding reaksi ketiga karena reaksi dekomposisi termal fenol umumnya terjadi pada konsentrasi fenol yang tinggi. Selain itu, pada kondisi pH yang rendah fenol akan berada di kondisi molekularnya. Kondisi ini akan membuat fenol lebih mudah untuk mencapai daerah dekat permukaan gelembung dimana terdapat radikal OH dengan konsentrasi tertinggi[2]. Pada kondisi pH yang tinggi, reaksi kedua akan lebih cenderung untuk terjadi dibandingkan dengan serangan langsung oleh ozon. Selain itu, pada kondisi pH yang


tinggi, kesetimbangan fenol akan berada pada kondisi ioniknya yang lebih sulit untuk dioksidasi dengan radikal OH dibandingkan dengan kondisi molekular[3]. Pada Gambar 3(b), grafik menunjukkan bahwa persentase penyisihan fenol tertinggi terjadi pada kondisi basa, namun perbedaan persentase penyisihan pada kondisi netral dan asam tidak terlalu signifikan. Konsentrasi amonia yang besar berpengaruh terhadap pH larutan. Hal tersebut disebabkan karena pembentukan hidrat amonia dengan air dan laju reaksi fenol dengan radikal OH (! !" = !, ! ! !"! ! !! ! !! )[7]yang lebih besar dibandingkan laju reaksi amonia dengan radikal OH yang hanya ! !" = !, ! ± !, ! ! !"! ! !! ! !!

[4]

.

Sehingga radikal OH yang terbentuk akan lebih cenderung untuk menyerang fenol terlebih dahulu, konsentrasi amonia akan semakin dominan dan menyebabkan pH cenderung basa. Kondisi larutan yang cenderung basa menyebabkan radikal OH lebih berperan dalam proses degradasi dibandingkan dengan serangan langsung oleh ozon. Hal tersebut mengakibatkan persen fenol yang tersisih tertinggi terjadi pada kondisi basa karena radikal OH yang terbentuk jauh lebih banyak dibanding kondisi asam, sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Liu[3]. 3.3. Penyisihan Amonia Konfigurasi dari penyisihan amonia yang dilakukan sama seperti pada penyisihan fenol, yaitu dilakukan pada dua komposisi (4:1 dan 1:4) serta 3 kondisi pH yaitu asam (pH = 4), netral (pH = 7) dan basa (pH = 11). Persen penyisihan fenol disajikan dalam Gambar 4.


(a)

(b)

Gambar 4.Persentase amonia tersisih terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir


Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Persentase penyisihan amonia memiliki kecenderungan untuk naik-turun dalam semua konfigurasi. Fenomenaini terjadi karena amonia yang memiliki kesetimbangan dengan ion amonium pada larutan sesuai dengan reaksi berikut[4]: NH3(aq) + H2O(l) ↔ NH4+(aq) + OH-(aq)

(1)

Pada proses penyisihan, pH larutan cenderung turun karena produk hasil penyisihan fenol maupun amonia memiliki kecenderungan untuk menurunkan pH seperti asam maleat, asam oksalat, NO2-, NO3- dan lain-lain. Hal tersebut menyebabkan amonia yang pada awalnya berbentuk molekular, kemudian sebagian mengalami perubahan menjadi ion amonium. Ion tersebut kemudian tidak terdeteksi,


sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi amonia. Namun, ion amonium tersebut dapat bereaksi dengan OH- menjadi amonia kembali sehingga konsentrasi yang amonia yang terdeteksi. Hal kedua yang diamati adalah persentase penyisihan tertinggi terjadi pada kondisi basa. Fenomena tersebut dikarenakan reaksi disosiatif ekuilibrium amonia dalam air sebagai berikut[4]: NH! ! + H! O → NH! + H! O!

(2)

Menurut Li, pada pH 9,3 konsentrasi amonia dalam bentuk molekular (NH3) dan dalam bentuk kation (NH4+) kurang lebih sama. Namun, ketika pH 7,0 NH4+merupakan komponen yang dominan (99,5%) dalam larutan. Maka dari itu jumlah amonia dalam bentuk molekular naik dengan signifikan pada kondisi basa dan turun seiring turunnya pH. Akselerasi penyisihan amonia oleh pH dipengaruhi oleh bentuk molekular yang lebih mudah dioksidasi oleh radikal OH dibanding dengan bentuk ionik sehingga penyisihan amonia tertinggi akan terjadi pada kondisi basa. Hal ketiga yang diamati adalah tidak didapatkannya persentase penyisihan yang tinggi untuk semua variasi. Fenomena tersebut dapat terjadi karena beberapa hal. Pertama, laju reaksi amonia dengan radikal OH lebih rendah dibandingkan laju reaksi fenol dengan radikal OH. Hal ini menyebabkan fenol lebih mudah bereaksi terlebih dahulu dengan radikal OH dibanding amonia. Kedua, radikal OH lebih mudah mengoksidasi amonia dalam bentuk molekularnya. Namun, penurunan pH pada penelitian ini menyebabkan amonia berubah menjadi bentuk ion yang lebih sulit untuk dioksidasi. Ketiga,keberadaan amonia dalam larutan dapat memicu terjadinya reaksi pembentukan hidrat pada amonia. Hidrat tersebut menjadi tameng yang menghalangi terjadinya reaksi dengan radikal OH. Karena amonia sulit bereaksi dengan radikal maka konsentrasi amonia dalam larutan akan tinggi dan mempengaruhi pH larutan secara langsung.


Gambar 5. Spektra GC-MS terhadap waktu 60 menit proses ozonasi, kavitasi hidrodinamika dan akustik. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. (a) Komposisi 4:1 pH 4; (b) Komposisi 4:1 pH 7; (c) Komposisi 4:1 pH 11; (d) Komposisi 1:4 pH 4; (e) Komposisi 1:4 pH 7; (f) Komposisi 1:4 pH 11 3.4. Produk Hasil Oksidasi Analisis GC-MS dilakukan untuk mengetahui produk hasil dari oksidasi fenol oleh ozon dan proses kavitasi. Hasil analisa GC-MS yang dilakukan berupa kurva dengan puncak (peak) yang mewakili senyawa tertentu. Spektra produk hasil oksidasi disajikan dalam Gambar 5. Gambar 5 memperlihatkan keberadaan beberapa peak yang spesifik untuk gugus senyawaan tertentu. Senyawa yang terdeteksi merupakan senyawa rantai terbuka dan senyawa aromatik kompleks. Produk-produk antara (turunan) awal dalam bentuk ikatan aromatis seperti cathecol, hidrokuinon dan benzokuinon tidak terdeteksi. Demikian pula dengan produk oksidasi lanjutan hasil pembukaan cincin berupa asam-asam karboksilat olefat linier seperti asam mukonat dan asam maleat, serta asam-asam karboksilat seperti


asam oksalat, asam glioksalat, asam asetat dan asam format. Ikatan aromatis muncul dalam bentuk senyawa aromatis muncul dalam bentuk senyawa aromatis kompleks dengan satu atau lebih cincin. Jumlah peak yang muncul meningkat dengan bertambahnya pH. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa yang terdeteksi pada kondisi asam lebih sedikit daripada kondisi netral. konsentrasi OH- yang tinggi dapat memicu terjadinya reaksi polimerisasi radikal. Reaksi polimerisasi tersebut dapat menyebabkan terbentuknya senyawa yang kompleks dan panjang. Pada kondisi asam, hanya sedikit reaksi poliemerisasi yang terjadi, sehingga hasil penyisihan dari campuran fenol dan amonia hanya menghasilkan senyawa sederhana dengan berat molekul yang kecil. Fenomena tersebut menyebabkan senyawa sederhana yang dihasilkan tidak terbaca oleh GCMS. 3.5. Profil Perubahan Suhu Pada Gambar 6, profil peningkatan suhu memiliki kecenderungan untuk meningkat.Fenomena tersebut dapat disebabkan oleh energi mekanik yang dihasilkan oleh pompa yang diubah menjadi energi panas, dan juga dapat dikarenakan oleh pecahnya gelembung mikro pada proses ozonasi dengan kavitasi (hidrodinamik dan ultrasonik).

(a)


(b) Gambar 6. Profil perubahan suhu terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. (a) Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4

3.6. Profil Perubahan pH Terdapat dua hal yang dapat diamati. Pertama, pada kondisi basa tidak terjadi perubahan pH yang signifikan. Pada kondisi netral walaupun pada menit-menit awal terjadi kenaikan, namun setelah menit ke-15 juga tidak terjadi perubahan pH yang signifikan. Fenemona tersebut kemungkinan karena adanya peristiwa buffer. Fenomena buffer tersebut terjadi akibat dariterbentuknya garam amonium dengan amonia (sebagai basa konjugasinya) yang menghasilkan larutan buffer, sehingga penambahan senyawa asam hasil produk oksidasi tidak terlalu mempengaruhi pH.

(a)


(b) Gambar 7. Profil perubahan pH terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. (a) Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Hal kedua yang dapat diamati adalah pada kondisi asam terjadi kenaikan yang cukup signifikan pada menit-menit awal. Kenaikan tersebut dikarenakan oleh keberadaan amonia pada larutan. Amonia yang bersifat hidrofilik dalam larutan dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air dan membentuk hidrat pada molekul amonia[8]. Hidrat tersebut menjadi tameng yang menghalangi terjadinya reaksi dengan radikal OH. Karena amonia sulit bereaksi dengan radikal maka konsentrasi amonia dalam larutan akan tinggi dan mempengaruhi pH larutan secara langsung. Kemudian terjadi penurunan pH terjadi dikarenakan pengaruh dari hasil degradasi fenol dan amonia. Penyisihan campuran fenol dan amonia melalui proses ozonasi/kavitasi (hidrodinamik dan ultrasonik) akan mengoksidasi senyawa fenol dan amonia sehingga menghasilkan produk antara (intermediet) yang bersifat asam, seperti asam karboksilat, asam oksalat, asam glikolat, NO3-, dan NO2-[7]. Produk antara hasil degradasi fenol inilah yang mengakibatkan pH akan mengalami penurunan.


3.7. Profil Perubahan Oksigen Terlarut

(a)

(b) Gambar 8. Profil perubahan oksigen terlarut terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir


Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Nilai oksigen terlarut menyatakan jumlah dari gas oksigen yang terlarut dalam air. Pada Gambar 8 dilihat bahwa nilai oksigen terlarut memiliki kecenderungan untuk naik. Fenomena tersebut dapat disebabkan oleh beberapa hal. Pertama, penggunaan kavitasi ultrasonik menyebabkan terjadinya fenomena transient cavitation dimana terjadi pembentukan gelembung tidak seragam karena proses ekspansi dan kompresi gelembung terjadi lebih ekstrim. Efek fenomena tersebut adalah peningkatan suhu yang menyebabkan terjadinya micro streaming, yaitu pencampuran mikro untuk mempertipis lapisan batas fasa cair-gas yang terjadi akibat gelembung yang berosilasi. Hal tersebut memungkinkan kelarutan gas dalam air


menjadi besar. Kedua, reaksi ozon dengan H2O menghasilkan oksigen. Dimana 3 buah molekul ozon dapat menghasilkan 2 buah molekul radikal OH dan 4 buah molekul oksigen. Reaksi tersebut dapat dilihat pada Reaksi 3[9]. 3O! + OH ! + H ! → 2OH° + 4O!

(3)

3.8. Profil Perubahan Ozon Terlarut

(a)

(b) Gambar 9. Profil perubahan ozon terlarut terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir


Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Ozon terlarut menunjukkan hasil yang tidak stabil. Naik dan turunnya nilai ozon terlarut dapat disebabkan oleh beberapa hal. Pertama, penggunaan instrumen kavitasi menyebabkan terjadinya micro streaming. Hal ini memungkinkan kelarutan gas dalam air lebih besar.


Kedua peningkatan nilai ozon terlarut juga dapat disebabkan oleh berkurangnya konsentrasi fenol dari sistem, dengan laju alir gas yang tetap maka kelarutan ozon di dalam sistem dapat meningkat karena semakin sedikit ozon yang bereaksi dengan fenol. Ketiga, pada pH yang tinggi, nilai ozon terlarut memiliki kecenderungan untuk naik. Hal tersebut dikarenakan terjadinya dekomposisi ozon menjadi radikal OH, sehingga banyak ozon yang terdekomposisi dan menurunkan nilai ozon dalam sistem. Keempat,

penurunan nilai ozon terlarut dipicu oleh, reaksi ozon dengan

senyawa organik terjadi pada regime yang cepat sehingga keberadaan ozon dalam larutan tidak akan terlalu lama. 3.9. Profil Perubahan Ozon Pada Keluaran Gas Pada Gambar 10, dilihat bahwa di menit-menit awal penyisihan tidak ada ozon pada keluaran gas yang dihasilkan. Hal tersebut dikarenakan pada penelitian kali ini, faktor kelarutan gas dinilai cukup tinggi.

(a)


(b) Gambar 10. Profil perubahan ozon pada keluaran gas terhadap waktu 60 menit. Laju alir ozon 200L/jam, laju alir liquid 2 L/menit, dan frekwensi 280kHz. (a) Komposisi 4:1; (b) Komposisi 1:4 Kelarutan gas yang besar tersebut menjadikan ozon lebih banyak terlarut dalam air dan bereaksi dengan fenol, sehingga ozon yang terlepas sebagai gas menjadi sedikit. Namun, di menit-menit akhir penelitian dapat dilihat bahwa ada ozon yang terlepas di keluaran gas yang disebabkan oleh beberapa hal. Pertama, pada menit akhir penyisihan jumlah senyawa yang akan dioksidasi oleh ozon mulai semakin berkurang, sedangkan laju gas yang dialirkan tetap. Hal ini menyebabkan ozon meningkat dalam sistem dan mungkin terlepas sebagai gas. Kedua, kavitasi hidrodinamik membentuk gelembung kecil. Radikal hidroksil yang dihasilkan dari gelembung mikro bereaksi lebih reaktif dengan fenol dibanding ozon. Sehingga sebagian ozon dalam gelembung yang tidak terdekomposisi pecah pada permukaan air dan menghasilkan off-gas. Ketiga, pada saat sirkulasi air, dapat terjadi efek degassing. Degassing merupakan fenomena berkurangnya kandungan senyawa terlarut pada proses kavitasi karena senyawa tersebut menjadi inti dari gelembung mikro. Sehingga terdapat kemungkinan ozon dalam fasa gas yang terperangkap dalam gelembung, pecah pada bagian atas cairan.


4.

Kesimpulan Pencampuran fenol dan amonia berpengaruh terhadap mekanisme penyisihan

dominan yang terjadi secara menyeluruh. Pada konsentrasi fenol yang besar, mekanisme penyisihan yang dominan adalah reaksi langsung oleh ozon. Sedangkan, pada konsentrasi amonia yang besar, mekanisme penyisihan dominan adalah reaksi dengan radikal OH. Pada komposisi 4:1 penyisihan fenol terbesar adalah pada kondisi asam. Persentase penyisihan pada komposisi 4:1,pada suasana asam adalah 49,7%; pada suasana netral adalah 39,6%; dan pada suasana basa adalah 39,9%. Pada komposisi 1:4 penyisihan fenol terbesar adalah pada kondisi basa. Persentase penyisihan pada komposisi 1:4, pada suasana asam adalah 87,6%; pada suasana netral adalah 90,6%; dan pada suasana basa adalah 98%. Pada komposisi 4:1, penyisihan amonia terbesar adalah pada kondisi basa. Persentase penyisihan pada komposisi 4:1,pada suasana asam adalah 18%; pada suasana netral adalah 26,8%; dan pada suasna basa adalah 39,6%. Pada komposisi 1:4, penyisihan amonia terbesar adalah pada kondisi basa. Persentase penyisihan pada komposisi 1:4,pada suasana asam adalah 7,2%; pada suasana netral adalah 11,8%; dan pada suasana basa adalah 14,5%. pH yang tinggi memicu terjadinya reaksi polimerisasi radikal sehingga, semakin tinggi pH semakin banyak senyawa kompleks dan panjang yang terbentuk.

5.

Referensi

[1] Battino, Rubin. Rettich, Timothy R. Tominaga, Toshihiro. 1983. “The Solubility of Oxygen and Ozone in Liquids”. J. Physical Chemistry. Ref. Data, Vol. 12, No. 2. [2] Karamah, Eva Fathul. 2013. Signifikansi Kavitasi (Hidrodinamika Dan Ultrasonik) Terhadap Proses Ozonasi Senyawa Fenol. Disertasi, Unversitas Indonesia.


[3] Liu, Miao., Jiao, Xin-qian., Wu, Di., Diao, Wei-li., Zhang, Yu. 2006. “Several Rules for Treating Phenol Wastewater Via Oxidation by O3/UV – Formed Radicals”. Chem. Res. Chinese U. 2006, 22 (1), 25-28. [4] Li, Huang., Liang, Li., Wenbo, Dong., Yan, Liu., Huiqi, Hou. 2008. “Removal of Ammonia by OH Radical in Aqueous Phase”. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 8070-8075. [5] Beltran, Fernando J. 2005. Ozone Reaction Kinetics for Water and Wastewater Systems. New York, Lewis Publishers. [6] Leonita, Shinta. 2013. Penyisihan Fenol Dalam Limbah Cair Menggunakan Teknik Ozonasi-Adsorpsi Dengan Granular Activated Carbon (Gac) Dalam Reaktor Unggun Diam Berpemutar. Sarjana Teknik Kimia,

Universitas

Indonesia. [7] Lesko, Timothy. Agustin J. Colussi. Michael R. Hoffmann. 2004. “Sonochemical Decomposition of Phenol: Evidence for a Synergistic Effect of Ozone and Ultrasound for the Elimination of Total Organic Carbon From Water”. Environ. Sci. Technol., 40 6818-6823. [8] Babiaczyk, Wojtek Iwo., Bonella Sara., Guidoni, Leonardo., Ciccotti, Giovanni. 2010. “Hydration Structure of Quartenary Ammonium Cations”. J. Phys. Chem. B 2010, 11, 15018-15028. [9] Gottschalk, C., Libra, J. A., Saupe, A. 2000. Ozonation of Water and Waste Water. Federal Republic of Germany: Wiley-VCH


Penyisihan Limbah Sintetik Campuran Fenol dan Amonia Menggunakan Proses Oksidasi Lanjut Ozonasi dan Kavitasi (Hidrodinamik dan Ultrasonik)

Recommend Documents