Lingkungan
PROTOTIPE UNIT PENGOLAHAN AIR LIMBAH DENGAN REAKTOR ELEKTROKIMIA (UPAL-RE) UNTUK MELAYANI HOME INDUSTRY BATIK (259L) Budi Utomo1, Musyawaroh2, Hunik Sri Runing Sawitri3 1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta, e-mail:
[email protected] 2 Jurusan Arsitektur, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta, 3 Fakultas Ekonomi, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta,
ABSTRAK Industri batik pada umumnya dalam proses produksinya menggunakan beberapa bahan pewarna. Zat warna yang biasa digunakan umumnya zat warna sintetik, karena harganya murah dan memberikan hasil yang lebih memuaskan, tetapi limbah yang dihasilkan masih berwarna dan sulit terdegradasi, sehingga dapat mengganggu estetika maupun penetrasi sinar matahari ke dalam badan air yang pada gilirannya akan menurunkan kualitas lingkungan. Nilai optimum penyisihan air limbah batik dengan Reaktor Elektrokimia tercapai pada arus DC 20V waktu tinggal 40 menit, menghasilkan efisiensi penyisihan COD 95,92% dan Warna 75,90% . Tujuan perancangan UPAL-RE dalam rangka pemanfaatan hasil riset yang telah dilaksanakan. Luarannya adalah produk barang komersial UPAL-RE yang terjual dan mendapatkan pendapatan bagi perguruan tinggi serta paten. Manfaat program Perancangan UPAL-RE adalah : 1. Memberikan informasi cara pengolahan limbah industri tekstil yang lebih aman, 2. untuk mengurangi pencemaran air dari limbah cair industri tekstil, 3. untuk mengurangi pencemaran limbah cair industri tekstil diperairan serta terciptanya lingkungan yang lebih ramah disekitar perindustrian khususnya industri tekstil. Elektrokimia adalah perubahan kimia elektroda dan kerja listrik, elektroda terbagi menjadi dua jenis yaitu anoda dan katoda. Setengah reaksi oksidasi terjadi di anoda. Elektron diberikan oleh senyawa teroksidasi (zat pereduksi) dan meninggalkan sel melalui anoda. Setengah reaksi reduksi terjadi di katoda. Elektron diambil oleh senyawa tereduksi (zat pengoksidasi) dan masuk sel melalui katoda Perancangan Unit Pengolahan Air Limbah (UPAL-RE), kapasitas pengolahan 250 liter, luas permukaan elektroda alumunium dan besi masing-masing 576 dm2 waktu pengolahan 40 menit. Sumber listrik berfungsi untuk membantu reaksi kimia dalam elektrolit. Pada perancangan ini sumber listrik menggunakan Sumber AC sebesar 220V diubah oleh alat adaptor menjadi DC sebesar 15 V, dengan daya 5000-7000 W. Hasil uji air limbah batik dengan UPAL-RE ini menghasilkan efisiensi penyisihan COD dan warna berturut-turut 85% dan 79%, yang berarti UPAL-RE kinerjanya cukup baik. Keywords: Limbah batik, reaktor, pengolahan, elektrokimia, daya listrik, efisiensi 1.
PENDAHULUAN
Industri tekstil dan produk tekstil (tpt) merupakan salah satu industri andalan indonesia yang terus memberi kontribusi terhadap devisa negara. dalam satu dekade belakangan ini, ekspor indonesia pada produk-produk yang dihasilkan oleh industri tpt ini dari tahun ke tahun menunjukkan angka yang meningkat. industri batik pada umumnya dalam proses produksinya menggunakan beberapa bahan pewarna. zat warna yang biasa digunakan umumnya zat warna sintetik, karena harganya murah dan memberikan hasil yang lebih memuaskan, tetapi limbah yang dihasilkan masih berwarna dan sulit terdegradasi, sehingga dapat mengganggu estetika maupun penetrasi sinar matahari ke dalam badan air yang pada gilirannya akan menurunkan kualitas lingkungan. Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi yang berlangsung pada elektroda yang sama atau berbeda suatu sistem elektrokimia. Sel elektrokimia dapat diklasifikasikan sebagai sel galvani bila sel digunakan untk menghasilkan enrgi listrik (potensial sel positif) dan sel elektrolisis bila sel memerlukan energi listrik dari suatu sumber. Kedua-duanya berguna di dalam analisis elektrokimia (Hendayana, 1994). Elektrokimia adalah suatu proses dimana reaksi kimia terjadi pada elektroda yang tercelup dalam elektrolit, ketika tegangan diterapkan terhadap elektroda itu. Ion-ion larutan elektrolit selalu bergerak karena mempunyai derajat kebebasan translasi, gerakan ini disebut gerakan termal, tidak mempunyai arah tertentu. Jika dalam larutan diadakan beda potensial listrik dari luar melalui kedua elektroda, maka gerakan ion menjadi
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 59
terarah, gerakan ini disebut migrasi. Disamping migrasi ion, adanya arus listrik juga menyebabkan perubahan kimia, maka suatu larutan elektrolit akan mengalami galami reaksi reduksi maupun oksidasi (Fauzi :2000). Menurut Sudarsono & Beny Syahputra, (2008) pada skala laboratorium menunjukkan adanya penurunan warna pada rangkaian proses elektrokimia, filtrasi dan absorbsi karbon aktif tebal 20 cm dapat menurunkan w warna dengan efisiensi 99,25%.sedang Menurut Musyawaroh dkk (2009), efisiensi penyisihan COD dan warna yang dicapai dengan metode elektrokimia batch tanpa filtrasi filtrasi-absorbsi adalah berturut-turut turut 95,92%; dan 75,90%, dan suhu akhir proses 65oC. Waktu tinggal dan kuat arus listrik yang paling baik berturut berturut-turut turut 40 menit dan 20Volt .
2. MATERIAL DAN METODE Material a.
Perancangan UPAL-RE RE dalam skala lapangan digunakan bahan bahan-bahan bahan yang sama seperti skala laboratorium. Bahan utama sebagai elemen proses adalah elektroda, yang berupa lembaran besi dan alumunium tebal 4mm. kedua bahan eloktroda tersebut dipotong ukuran 6x6 dm berjumlah 8 buah. Untuk lebih jelasnya bentuk dan ukuran elektroda dapat diperhatikan gambar 1.
Gambar 1. Potongan pelat elektroda alumunium dan besi b.
Bak (reaktor) sebagai tempat mereaksikan air limbah dengan elemen proses yaitu pelat pelat-pelat elektroda. Bak ini dibuat dari bahan fiber yang ringan mudah dipindahkan, dan kuat terhadap tekanan air. Adapun bentuk bahan baku dan hasil desain ain bak reaktor dapat diperhatikan gambar 2.
Gambar 22. Lembaran fiber dan bak reaktor Sumber listrik berfungsi untuk membantu reaksi kimia yang dilewatkan dalam larutan elektrolit. Pada perancangan ini sumber listrik menggunakan Sumber AC 220V yang diubah dengan menggunakan alat adaptor menjadi DC 15V. Power adaptor yang berfungsi menurunka menurunkann voltase dilengkapi dengan diode sebagai penyeimbang arus karena meningkatnya Amphere. Power adaptor dirancang dengan kemampuan daya listrik 5000 50005000-7000Watt. Rangkaian adaptor dengan dioda juga dilengkapi dengan panel. Panel ini berfungsi untuk mengatur wa waktu proses pengolahan,
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 60
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
flok yang mengapung diatas cairan dengan cairan setelah proses dan mengatur proses pemisahan padatan atau flok flok-flok selesai. Perangkaian power adaptor dapat diperhatikan gambar 3.
Gambar 3. Perakitan Power Adaptor
Metode Perancangan UPAL-RE RE dirancang dengan volume 250 liter dan diletakkan diatas alat pengangkut gerobak agar mudah dipindahkan. Adapun hasil perakitan UPAL UPAL-RE dapat diperhatikan gambar 4.
Gambar 4. Perakitan UPAL-RE
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perancangan Hasil perakitan dengan menggabungkan semua komponen menghasilkan sebuah rancangan Unit Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL (UPAL-RE). RE). Unit ini dirancang agar dapat dioperasikan dengan mudah dan bisa dipindahkan sesuai kebutuhan. H Hasil rancangan UPAL-RE RE dapat diperhatikan gambar 5, sedang spesifikasi UPAL-RE RE hasil rancangan dapat diperhatikan tabel 1 sebagai berikut:
Volume pengolahan (liter) 250
Tabel 1. Spesifikasi UPAL-RE Waktu operasi Voltase (menit) (Volt) 40 15
Daya listrik (Watt) 5000-7000
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24 24-26 Oktober 2013
L - 61
$"$ $&" # '! & " ! # %# '! %$ ' ) ( ( %&!"#$ %
Gambar 5. Hasil Perakitan UPAL-RE
Pembahasan a.
b.
c.
d.
e.
Kinerja hasil perancangan UPAL-RE diuji beberapa kali percobaan dengan menggunakan zat cair. Uji coba dimulai dengan air bersih, selanjutnya menggunakan air limbah cucian batik. Hasil uji coba dengan air bersih muncul gelembung-gelembung gas putih yang sebagian besar mengapung dipermukaan cairan. Sedang pada percobaan air limbah berwarna muncul gelembung dipermukaan dengan warna sesuai warna air limbah yang digunakan. Hasil uji coba zat cair dapat diperhatikan gambar 6. Data-data hasil pengamatan terhadap instalasi dan power adaptor, ditemukan munculnya suhu yang hangat pada percobaan dengan air bersih, dan suhu meningkat siring kepekatan air limbah yang digunakan. Semakin pekat zat cair yang diproses, semakin tinggi daya hantar listrinya. Maka kebutuhan daya juga akan meningkat, sehingga apabila daya melampaui kapasitas adaptor yang dirancang maka sistem kelistrikan akan panas dan dapat terbakar Flok merupakan gumpalan hasil reaksi elektrokimia yang mengapung ke atas permukaan zat cair yang diolah. Arus listrik yang mengalir ke elektroda akan menimbulkan proses koagulasi flokulasi. Zat pengotor seperti zat warna yang terdapat pada cairan mengalami destabilisasi muatan. Hal ini disebabkan oleh elktroda melepaskan dan menerima elektron yang berupa kation dari katoda dan anion dari anoda. Terjadinya penggabungan antara dua partikel yang berbeda muatan akan terbentuk flok yang lebih besar dan semakin membesar hingga batas tertantu. Hasil uji coba pengolahan air limbah batik, terlihat flok-flok yang terbentuk terus menebal diatas air. Hasil flok pada uji coba yang dilakukan dapat diperhatikan gambar 7. Kinerja UPAL-RE dapat diketahui dengan pengujian air Sampel sebelum diolah dan air sampel sesudah melalui proses pengolahan. Hasil uji air sampel dengan parameter fisik perubahan warna dapat diperhatikan gambar 8 sedang hasil iji air sampel dengan parameter kimia COD dan zat warna dapat diperhatikan gambar 9. Efisiensi penyisihan UPAL-RE terhadap perubahan parameter kimia COD dan zat warna berturut-turut adalah 85% dan 79%, hal ini sesusi efisiensi yang terjadi hasil percobaan skala laboraturium. Dengan demikian kinerja UPAL-RE dapat dinilai cukup baik.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 62
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
#$ & !
%# %& ! (#
%# %& ! "&%
%# %& ! (#
Gambar 6. Hasil uji coba UPAL-RE dengan air
! % "& & %& #
#"#!$$ %# %& ! %
Gambar 7. Flok hasil uji coba UPAL-RE
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 63
(# #$ " $$& " !
(# #$ " $ & " !
%# %& & " $$&" !
Gambar 8. Perbedaan warna hasil uji coba UPAL-RE
& &%&#$# "# "#!" % ! %
!
/3
(#
"9!
$ $&" # , (".",
#%-%")-%
!
(*75*
Gambar 9. Data hasil uji parameter kimia sampel air limbah
4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil kegiatan perancangan Unit Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL-RE) skala lapangan ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: a. Terwujudnya unit pengolahan air limbah skala lapangan dengan kinerja cukup baik, karena efisiensi penyisihannya sesuai dengan hasil uji skala laboratorium. b. Produk ini akan disosialisasikan kepada masyarakat industri, kususnya home industry batik. c. UPAL-RE akan dapat dapat dijadikan sebagai produk komersial yang terjual dan mendapatkan pendapatan bagi perguruan tinggi. d. UPAL-RE dapat membantu meningkatkan kwalitas air limbah dari buangan industri batik yang dibuang ke badan air. e. UPAL-RE dapat membantu meningkatkan kwalitas lingkungan badan air. f. UPAL-RE dapat diajukan untuk mendapatkan Hak Kekayaan Intelektual (HAKI)
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
L - 64
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Lingkungan
Saran a. b. c.
Diperlukan penyempurnaan desain UPAL-RE agar fleksibel terhadap fluktuasi mutu air limbah yang dihasilkan. Diperlukan penyempurnaan bahan elektroda yang lebih murah, dan hasil oksidasinya tidak menghasilkan ion logam yang berbahaya. Diusulkan riset UPAL-RE yang dilengkapi dengan pengadukan untuk menyempurnakan pembentukan flok pada aliran kontinyu
UCAPAN TERIMAKASIH Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan berkah dan hidayah-Nya sehingga tim pengabdian kepada masyarakat dapat menyelesaikan laporan pengabdian kepada masyarakat dengan judul “Perancangan Unit Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor Elektrokimia (UPAL-RE) untuk melayani Home Industry Batik”. Pada kesempatan ini tim penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada lembaga penelitian dan pengabdian kepada Masyarakat Universitas Sebelas Maret yang telah mendanai pengabdian ini, tanpa bantuan sumber dana ini sangat sulit bagi kami untuk dapat menyelenggarakan kegiatan pengabdian. Tim penulis telah berusaha untuk menyempurnakan tulisan ini, namun sebagai manusia kami pun menyadari akan keterbatasan maupun kehilafan dan kesalahan yang tanpa kami sadari. Oleh karena itu, saran dan kritik untuk perbaikan laporan akhir ini akan sangat dinantikan.
DAFTAR PUSTAKA Fauzi, Ahmad. N. 2000. Pengaruh Perubahan Konsentrasi Larutan Elektrolit dan perubahan tegangan terhadap penambahan berat Fe setelah terlapis Cu pada proses pelapisan Fe dengan Cu.makalah. Semarang : UNNES. Musyawaroh dkk, 2009, Merancang Sistem Pengolahan Air Limbah Produksi Batik Rumah Tangga Di Kauman Surakarta, Laporan Hasil Penelitian Hibah Bersaing, UNS Sudarsono & Beny Syahputra, 2008, Pengolahan air limbah batik dengan kombinasi elektro kimia, filtrasi dan adsorbsi, makalah FT. jurusan Teknik Lingkungan, Unissula, Semarang.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
L - 65
