Daftar Isi REDUKSI KADMIUM DALAM LlMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN CAIR DENGAN MEMBRAN OSMOSIS BALIK
2
Laela Novita " Yudhie Suchyadi', Rifaid M. Nul""' , Jurusan Kimia Universitas Pakuan Bogor Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN,
Serpong
ABSTRAK REDUKSI KADMUM DALAM LlMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN CAIR DENGAN MEMBRAN OSMOSIS BALIK. Telah dilakukan percobaan untuk mereduksi unsur kadmium yang terdapat dalam limbah bahan berbahaya dan beracun cair dengan menggunakan membran osmosis balik modul spiral wound. Limbah bahan berbahaya dan beracun yang digunakan adalah limbah simulasi dengan kadar kadmium dari 96,7 ppm sampai 419,4 ppm dan penambahan koagulan sebelum dilewatkan pada sistem membran. Hasil percobaan menunjukkan bahwa membran osmosis balik dapat menurunkan kadar kadmium dalam contoh hingga 96,44% pada keada:m tanpa penombahan koagulan dan 99,96% dengan penambahan kalium ferosianida scbagai koagulan. Kadar kadmiurn dalarn air hasil olahan dapat mencapai 0,02 ppm, lebih rendah dari syarat yang diizinkan untuk dibuang ke lingkungan. Kata kunci : Membran Osmosis Balik, Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun.
ABSTRACT REDUCING CADMIUM CONCENTRA nON IN A LIQUID HAZARDOUS WASTE BY I,JSING REVERSE OSMOSIS MEMBRANE. Experiment on reducing tile cadmium element in liquid hazardous waste has been done by using spiral wound modul of reverse osmosis memrbane. A liquid hazardous waste used in this experiment was a simutation waste containing cadmium element with concentrations varied from 96,7 ppm to 419,4 ppm, and by adding some coagulant before passing throught the membrane. The experiment result shows that the reverse osmosis membrane can reduce the concentration of cadmium in the simulated waste up to 96,44% without adding any coagulant and up to 99,98% with adding potassium ferrocyanide as coagulant. The concentration of cadmium in the permeate was 0,02 ppm, lower then the concentration allowed for disposal to the environment. Key Words: Reverse Osmosis Membrane, Hazardous Waste.
PENDAHULUAN Perkembangan industri di Indonesia yang demikian pesatnya, telah memberikan dampak positif terhadap perkembangan perekonomian nasional maupun regional, tetapi perkembangan industri tersebut jika tidak ditata dengan baik dapat menimbulkan masalah lingkungan yang sangat serius. Industri akan menghasilkan limbah, antara lain bersifat padatan, gas, warna, bau dan radioaktif. Air buangan industri yang mengandung zat pencemar dapat mengurangi kualitas dan kegunaan air, untuk
reduksi volume dilakukan dengan cara membran yang akan menghasilkan dua jenis material yaitu concentrate dan permeate. Dimana konsentrasi Cd yang ada di dalam permeate harus lebih kecil atau sama dengan 0,05 ppm sesuai dengan PP No. 18 tahun 1999 untuk dibuang ke lingkungan. Sedangkan konsentratnya akan disolidifikasi dengan cara sementasi, polimer dan vitrifikasi. Pad a umumnya proses solidifikasi dilakukan dengan cara sementasi, sedangkan cara polimer dan vitrifikasi jarang digunakan karena biaya operasional yang
itu aebelum dibuang ke alam, harus diolah
moho!, Sctclah proses solidifikasi limboh
terlebih dahulu. Air limbah yang mencemari lingkungan dapat mengganggu kesehatan. Pengolahan limbah secara konvensional kurang memberikan hasil yang memuaskan. Tetapi dengan digunakannya membran yang berfungsi sebagai penyaring, logam yang terdapat dalam limbah industri dapat tertahan pad a membran, sehingga logam tersebut dapat dipisahkan. Pad a umumnya limbah cair diolah dengan mereduksi volume limbah tersebut yaitu dengan cara evaporasi atau destilasi berdasarkan perbedaan titik didih dan dengan cara membran. Pada penelitian ini
dapat disimpan di dalam landfill atau dibuang ke tempat pembuangan akhir (TPA). Teknologi membran telah berkembang pesat dalam beberapa dasawarsa terakhir ini baik dalam skala laboratorium maupun skala komersial. Kelebihan dari pemisahan menggunakan membran adalah tidak mengubah struktur molekul zat yang dipisahkan dan tidak ada penambahan zat kimia selama proses pemisahan. Keunggulan lain adalah dapat dioperasikan pada temperatur ruang atau temperatur yang lebih rendah. Oleh karena itu membran dapat
77
menjalankan proses untuk zat-zat yang rentan terhadap suhu tinggi[1l. Osmosis balik (Reverse Osmosis/RO) adalah suatu metode pemurnian melalui membran semipermeabel pada suatu tekanan tinggi (50-60 psi). Tekanan tinggi tersebut akan mendorong air melewati proses osmosis balik dari cairan yang memiliki kepekatan tinggi rDenuju cairan dengan kepekatan rendah. Selama proses RO terjadi, kotoran dan bahan yang berbahaya akan dibuang sebagai air tercemar (concentrate), sedangkan molekul air dan bahan mikro yang berukuran lebih kecil dari pori-pori RO akan melewati poripori membran sehingga dihasilkan air yang murni (permeate)[2J• Pada awalnya, membran RO digunakan hanya untuk proses desalinasi. Akan tetapi dengan teknologi yang modem, proses membran RO mulai dikembangkan untuk berbagai kegiatan seperti pengolahan limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) dan perhurnian enzim. Percobaan ini dilakukan untuk mempelajari kemungkinan penggunaan membran osmosis balik modul spiral wound untuk meminimalkan kadar kadmium dalam limbah B3, sehingga memenuhi syarat untuk dibuang ke lingkungan.
pada sistem membran osmosis balik selama selang waktu tertentu. Kadar kadmium sebelum dan sesudah melewati membran dianalisis dengan alat spektrofotometer serapan atom. Faktor rejeksi (FR) dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini[3] :
FR = Co-Ct
Co
dimana : FR Faktor Rejeksi ('Yo) Co : Konsentrasi larutan awal (ppm) Ct : Konsentrasi larutan setelah melewati membran (ppm) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Penambahan Koagulan Terhadap Penurunan Cd Gambar 1 memperlihatkan pengaruh variasi TDS terhadap penurunan Cd dalam limbah simulasi dengan proses RO. Di mana perbandingan konsentrasi Cd dan ~[Fe(CNM3H20 sama untuk semua sam pel. Dalam tabel dapat dilihat perbedaan yang sangat signifikan yaitu pada konsentrasi TDS 500 ppm. Pengaruh penambahan koagulan pada konsentrasi TDS 500 ppm ini tidak memberikan arti penting dalam menurunkan Cd. Kenaikkan nilai ini disebabkan oleh naiknya kandungan Cd dalam TDS 500 ppm tersebut. Akan tetapi pada konsentrasi TDS 700, 900, 1100 dan 1300 ppm kandungan Cd dalam simulasi itu kembali menurun dengan terjadinya flokulasi dan koagulasi, sehingga untuk mendapatkan Cd yang tidak larut harus dilakukan variasi TDS di atas 500 ppm. Pada umumnya kenaikkan konsentrasi TDS akan memberikan kenaikkan pula pada konsentrasi Cd2+ dalam permeate. Karena
TAT A KERJA
Bahan dan Alat Bahan kimia yang digunakan untuk simulasi limbah cair Cd adalah CdCI2.H20. Kt[Fe(CN}&].3H20 & NH~I(S04h·12H20, NaOH, HN03 semua bahan dalam keadaan pure analisis (p.a.) dan Aquadest. Dibuat larutan simulasi kadmium pada konsentrasi Total Disolved Solid (TDS) dimulai dari 300 ppm sampai dengan 1300 ppm dengan penambahan koagulan. Untuk mengukur kea5aman darl larutan dalam proses RO ini digunakan pH rheter mer!<. HANNA Instruments 8417 dan alat osmosis balik yang digunakan adalah RO buatan Water Systems Inc. Untuk menganalisa kandungan logam Cd yang terdapat dalam limbah cair simulasi sesudah melewati membran osmosis balik digunakan alat Spektrometer Serapan Atom Merk. Varian seri SpectraAA 200 FS. Metode Masing-masing larutan konsentari yang telah dibuat,
xIOO%
konsentrasi TDS memiliki hubunj1an yang linier dengan konsentrasi Cd + dalam permeate. Hubungan linieritas ini tidak tercapai karena proses koagulasi kurang berjalan baik terutama pada konsentrasi TDS 500 ppm. Flokulasi yang terjadi pada konsentrasi TDS 500 ppm kurang baik, hal ini terjadi karena penambahan koagulan tidak optimum sehingga proses koagulasi tidak tercapai dengan baik. Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa penambahan koagulan yang optimum terjadi pada konsentrasi TDS 700 ppm.
dengan dilewatkan
78
--
0.03 0.06 0.02 0.01 0.040 0.05
..."'=
U
300
500
7()O
<)()O I I ()()
I JOU
[TDS] Gambar 1. Grafik Hubungan [Cd2+] dengan Variasi Penambahan Koagulan K4[Fe(CN)s].3H20
pengaruh Gambar 2 memperlihatkan variasi koagulan ~[Fe(CN)s].3H20 terhadap penurunan Cd pada konsentrasi feed yang tetap (100 ppm). Dalam gambar dapat dilihat penurunan konsentrasi Cd yang signifikan yaitu pada konsentrasi TDS 500 ppm. Hal ini menunjukkan bahwa pada konsentrasi 500 ppm koagulasi mulai terjadi. Dengan bertambahnya koagulan, proses koagulasi
TDS
pada
akan semakin bertambah sampai mencapai titik optimum (dalam hal ini pada konsentrasi 700 ppm sampai1000 ppm). Akan tetapi setelah titik optimum dilewati, Cd dalam permeate akan naik kembali. Hal ini disebabkan oleh titik jenuh dari larutan kompleks Cd telah terlampaui dan kelarutan Cd akan bertambah, sehingga Cd dalam permeate akan bertambah[4J•
0.1 200 600 0.16 1000 1<00 1200 400 1400
", O.OX toooo;I (),O(1
JIll
U 0 0.]2 0.140 0.04 --- 0.02 ")
ITDSI Gambar 2.
Grafik Penurunan [Cd2+] dengan 2+ ~[Fe(CN)s].3H20 pada [Cd ]Feed tetap
79
Penambahan
Gambar 4 memperlihatkan penurunan Cd2+ dengan Penambahan konsentrasi NH~I(S04h.12H20. Dapat kita lihat semakin bertambah koagulan konsentrasi Cd semakin berkurang. Akan tetapi penambahan NH~I(S04h.12H20 berbeda dengan pada penambahan K4[Fe(CN)s].3H20. Pada penambahan NH4AI(S04h.12H20 tidak dicapai titik optimum, karena koagulasi tidak berjalan dengan baik. Hal ini disebabkan oleh ukuran kompleks yang dibentuk oleh NH4AI(S04h.12H20 lebih kecil dibandingkan dengan ukuran molekul pada penambahan ~[Fe(CNM3H20. Molekul kompleks yang dibentuk oleh ligan NH3 akan berukuran lebih kecil dibandingkan dengan ukuran molekul kompleks yang dibentuk oleh ligan CN. Sifat ini ditentukan oleh kekuatan ligan dalam membentuk molekul kompleks juga dipengaruhi oleh jari-jari atom dari masingmasing senyawa ligan di atasl5]
Seperti halnya pada penambahan koagulan dengan ~[Fe(CNM3H20, penambahan NH4AI(S04h.12H20 dimaksudkan agar koagulasi dapat berjalan dengan baik, sehingga diperoleh flok-flok yang ukurannya besar dan dapat tertahan pad a membran. Akan tetapi pada penambahan NH4AI(S04h.12H20 ini, kenaikkan TDS memberik<;1n kenaikkan kandungan Cd dalam permeate atau hasil penyaringan membran RO yang tinggi dibandingkan dengan penambahan koagulan ~[Fe(CNM3H20. Pada Gambar 3 terlihat kenaikan kandungan Cd dalam permeate dengan naiknya konsentrasi TDS. Hal ini membuktikan bahwa NH~I(S04h.12H20 kurang efisien digunakan sebagai koagulan untuk menurunkan Cd dibandingkan dengan ~[Fe(CN)6].3H20. Hubungan linieritas yang terbentuk dari konsentrasi Cd permeate dengan konsentrasi TDS sangat baik, hal ini menunjukkan bahwa flokulasi pada penambahan tawas berjalan baik. Akan tetapi karena kompleks yang dibentuk oleh NH~I(S04h.12H20 kurang stabil dibandingkan dengan penambahan ~[Fe(CNM3H20. Maka jumlah logam Cd yang terdapat dalam permeate dengan penambahan NH4AI(S04h.12H20 masih memiJiki nilai yang tinggi(5]
Pengaruh pH Terhadap Kelarutan Cd Nilai pH pada proses koagulasi sangat penting dan merupakan faktor pendukung dalam pembentukan flok-flok. Pengaturan pH dapat memberikan hasil koagulasi yang baik dan pada umumnya, pengendapan untuk ion logam berat yang optimal adalah berkisar antara 6 sampai 9.
r-------------------·--:: • I 12
------------·-------·---1
Y = O,0484x - 1,9449
II
~O·
I
'\,u 8 -
I
........ 6 4 2
I II
a 300
500
700
900
1100
I
[TDS] .._~.-_ J -_._------§--_._-------------_ ... _--_._-----_.-------_. Gambar 3.
Grafik Hubungan [Cd2+] dengan Variasi Penambahan Koagulan H4AI(S04h.12H20
80
TDS
pada
------.----.-.-.--.----.-.---
2.5 .;."0
!:2.1 0 20 0.5
.... -- ..-------.--.-.!
i
,......5
I
200
400
600
XOO
1000
1200
1400
(TDS( Gambar 4.
Grafik Penurunan [CdZ] NH4AI(S04h·12HzO pada [Cd
Dalam gambar 5 diperlihatkan pengaruh pH terhadap penurunan kandungan Cd pada penambahan ~[Fe(CNM3H20. Diperoleh pH optimum antara 7 dan 8 untuk mengendapkan logam Cd. Pad a pH tersebut, kelarutan Cd terus berkurang hingga akhirnya terbentuk endapan. Reaksi : Cd2+ + 20H· ~
dengan tetap
Penambahan
+]Feed
Akan tetapi jika pH terus dinaikkan, maka akan terbentuk kompleks [Cd(OHhr sehingga kelarutan Cd akan bertambah dan akan lolos dari membran. Reaksi[6J: Cd2+ + OH' ~ [Cd(OH)t [Cd(OH)t + OH' _ ' [Cd(OHh} [Cd(OHhJ + OH' " [Cd(OHhr
- Cd(OHh
5 4.5 4
3.5
•.•.• 3
~
"C
~
2.5 2 1.5 1
0.5 o o
Gambar 5.
2
4 pH
6
Grafik Pengaruh pH Terhadap penambahan K4[Fe(CN)6].3HzO
81
8
10
[CdClz.H20]
dengan
Sama halnya seperti pad a pengaturan pH dengan penambahan ~[Fe(CNM3H20, pengaturan pH pad a penambahan NH~I(S04h. 12H20 bertujuan untuk meng optimalkan proses koagulasi. Dapat dilihat pada Gambar 6 pH optimum untuk menurunkan kandungan Cd dengan penambahan NH4AI(S04h.12H20 diperoleh pada pH 6 sal\lpai 8. Pada pengaturan pH ini, penambahan koagulan ~[Fe(CNM3H20 maupun NH~I(S04h.12H20 memberikan nilai pH optimum yang sama, karena kedua koagulan tersebut memiliki sifat basa. Gugus N pada masing-masing ligan (NH3 dan CN), memiliki sifat yang stabil dalam kondisi basa, sehingga kinerja gugus N yang terdapat dalam ligan akan be~alan baik pada kondisi basa[7]
Pada Tabel 1 dan 2 di atas dapat dilihat nilai FR dari membran RO dengan penambahan koagulan ~[Fe(CN)6]' 3H20 memberikan nilai rata-rata yang tinggi yaitu 99,98 %, sedangkan pada penambahc;!n koagulan NH4AI(S04h.12H20 nilai rataratanya 93,41 % dan tanpa penambahan koagulan sebesar 96,44 %. Nilai FR ini menggambarkan efisiensi kerja dari membran. Pada hasil yang diperoleh, K4[Fe(CN)6]' 3H20 merupakan koagulan untuk mengolah limbah yang mengandung Cd paling baik dibandingkan dengan NH4AI(S04h.12H20. Karena koagulan ~[Fe(CNM3H20 memberikan ukuran molekul Cd yang lebih besar daripada koagulan NH4AI(S04h.12H20 dan muatan ligan dari CN memberikan kestabilan pada kompleks yang terbentuk. Karena kompleks [Cd(CN)4f lebih stabil dibandingkan dengan kompleks [Cd(NH3)4]2+ sehingga molekul Cd yang membentuk kompleks dengan koagulan ~[Fe(CNM3H20 dapat tertahan pada membran. Perubahan atau pengaturan pH pad a proses pemisahan, dapat pula mempengaruhi nilai FR seperti ditunjukkan pada Tabel 3.
Faktor Rejeksi dari Membran RO Untuk konsentrasi TDS 700 ppm tanpa penambahan koagulan didapatkan konseritrasi Cd Feed sebesar 390,82 ppm dan konsentrasi Cd dalam Permeate sebesar 13,93 ppm. Sehingga Faktor Rejeksi untuk konsentrasi TDS 700 ppm adalah 96,44 %.
"g
pH
......
U 01246
N •...•
10 8426
02 8 10
Gambar 6. Grafik Pengaruh pH Tcrhadap penambahan NH~I(S04h.12H20
82
[CdCI2.H20] dengan
Tabel1. (ppm) (ppm) 1
[TDS] 1100 1300 900 48 5 126.07 0.243 300 700 500 6 7pH CdClz.HzO 700 Faktor Rejeksi 0,0490 0,0036 53,94 290,30 0,0250 99,98 354,80 198,09 0,0240 99,99 96,66 153,8 92,33 85,87 93,11 102,26 8,28 154,60 11,93 4,572 96,37 99,81 225,80 161,30 96,70 0,0020 126,07 90,06 Membran RO den 162,08 0,0170 419,40 .243,16 92,3 51,53 1,72 6,56 215,4 276,9 92,28 338,5 188,99 92,62 13,94 0,703 99,44 0,357 99,72 126,07 0,238 99,95 (ppm (ppm)
No. No.
[TDS] 4734 85pH 4 6 7 FR 700karena Pengaruh pH pada penambahan 97,52 91,84 96,68 93,96 3,998 7,258 9,810 215,4 120,26 96,06 2,976 CdCIz.HzO [Cd2+]o Tabel 4. Nilai FR [Cd
Nllt:li rat.a*ratg FR dtlri Ttl bl:l I a adaltlh 99,03 % dan nilai rata-rata FR dari Tabel 4 adalah 95,21 %.
a,
KESIMPULAN 4.
Kesimpulan yang dapat diambil dari peneliltian ini yaitu : 1. Nilai pH optimum untuk menurunkan Cd dicapai pada pH 6 sampai 8. 2. Dengan membran RO Cd dapat menu run hingga 99,98 % dengan penambahan kalium ferrosianida, 93,41 % dengan penambahan tawas dan 96,44 % tanpa penambahan koagulan.
83
koagulan
NH4AI(SO4h.12HzO
KonsantrQsi Cd2+ dalam permoate dari percobaan dengan penambahan K4[Fe(CNM3H20 pada TDS 300 sampai 1300 ppm memiliki nilai dibawah 0,05 ppm (yang sangat memenuhi syarat untuk dibuang ke lingkungan). Konsentrasi Cd dalam permeate dari percobaan dengan penambahan NH4AI(S04)z.12H20 adalah diatas 2 ppm (melebihi batas ambang yang diperbolehkan untuk dibuang ke lingkungan)
DAFTAR PUSTAKA 1. RADiMAN, CHYNTIA L., 1995, "Pembuatan Membran Komposit Untuk Proses Osmosis Balik", Bandung. 2. NUR, RM., "Status Pengembangan Sains dan TeknologiMembran di Indonesia", Buletin Limbah, 7 (1), 26-33 (2002). 3. NUR, RM., Yohan & Hendro, "Karakteristik Permeasi Air pada Membran Osmosis Balik: Pengaruh Suhu dan pH", HasH penelitian PTPLR BATAN, 1995/1996, him: 62-71. 4. HARJADI, W., 1993, "lImu Kimia analitik Dasar", Penerbit PT. Gramedia Utama, Jakarta, Him: 240-246.
5.
SVEHLA, G., Vogel, 1965, "Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro", Edisi ke lima, Penerbit PT. Kalman Media Pusaka, Jakarta. 6. COTTON, F. ALBERT, & YANTI RH.K., 1989, "Kimia Anorganik Dasar", Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, Him: 161-162 & 229. 7. MORGAN, JAMES J. & WERNER . STUMM, "Aquatic Chemistry", Chemical Equalibria and rates in Natural Water, Third edition, John Wiley and son, Inc., New York, 1996, P: 852-857.
Daftar Isi
84
