Karakterisasi Limbah Cair Elektroplating Optimasi Kombinasi Elektroda

38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian yang berjudul “Optimasi Kondisi Proses Elektrokoagulasi Ion Logam Tembaga II dalam Limbah Cair Elekt roplating” bertujuan untuk menge- tahui karakter limbah cair elektroplating serta mendapatkan kondisi optimum pengurangan ion logam tembaga II menggunakan metode elektrokoagulasi dengan memvariasi beberapa parameter seperti kombinasi elektroda, waktu elektrokoagulasi, pH, dan rapat arus dengan melihat persen efisiensi dalam limbah cair elektroplating. Limbah cair elektroplating yang diambil dari salah satu kerajinan perak di Kotagede, Yogyakarta berwarna biru agak kehijauan dan limbah tidak berbau.

A. Karakterisasi Limbah Cair Elektroplating

Karakterisasi limbah cair elektroplating ini dilakukan guna mengetahui kondisi limbah secara fisika dan kimia serta untuk mengetahui kadar awal ion logam tembaga II dalam limbah. Karakterisasi dilakukan di Balai Laboratorium Kesehatan Yogyakarta. Limbah yang didapat dari pengrajin perak ditampung dalam 2 wadah berukuran 25 L dan telah dihomogenkan. Sebanyak 1,5 L sampel yang telah dihomogenkan diambil dan ditaruh dalam wadah berukuran 2 liter untuk dibawa ke Balai Laboraotirum Kesehatan Yogyakarta. Parameter yang diuji berupa sifat fisika seperti bau, kekeruhan, warna, suhu dan sifat kimia seperti kandungan anion, logam-logam berat, DO, pH. Limbah cair elektroplating mengandung logam-logam berbahaya seperti Cu, Cd, Cr, Pb, Zn, Al, Fe, Mn. Logam yang melebihi ambang batas yang diperbolehkan sesuai dengan standar Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri 39 Pelapisan Logam Peraturan Gubernur Propinsi DIY No 7: Tahun 2010 adalah Cd, Pb, Zn, Cu. Kondisi limbah secara fisik yaitu tidak berbau, tidak keruh dan berwarna biru. Dari hasil krakterisasi, kadar awal ion logam tembaga II dalam limbah adalah 11,3455 ppm dan 14,196 ppm. Kadar awal ion logam tembaga II dilakukan 2 kali pengujian di Balai Laboratorium Kesehatan Yogyakarta pada tanggal 19 Maret 2016 dan 26 Juli 2016. Hasil pengujian pertama sebesar 11, 3455 ppm dan digunakan sebagai kadar awal untuk optimasi kombinasi elektroda kemudian sampel yang digunakan diuji kembali kadar ion logam tembaga II dan didapatkan kadar awal yang berbeda.

B. Optimasi Kombinasi Elektroda

Pada optimasi kombinasi elektroda diharapkan hasil yang optimum dalam proses pengurangan kadar ion logam tembaga II pada limbah cair elektroplating. Variasi yang diberikan adalah Al-Al, Al-Fe, Fe-Fe, Fe-Al sebagai katoda-anoda, sedangkan kondisi yang dikontrol dalam sistem adalah volum limbah 500 mL, pH 2,5, potensial 1 Volt, rapat arus 1,25 mAcm 2 , waktu elektrokoagulasi 60 menit, kecepatan pengadukan 200 rpm, suhu 28 C, jarak elektroda 1cm. Setelah proses elektrokoagulasi maka akan didapatkan kadar akhir ion logam tembaga II. Data kadar awal dan akhir digunakan dalam perhitungan persen. Kombinasi elektroda optimum adalah Al-Fe sebagai katoda-anoda. Elektroda Al dan Fe digunakan karena elektroda ini sudah diteliti oleh banyak peneliti dalam elektrokoagulasi dan cukup efektif untuk menghilangkan polutan, seperti pada penelitian yang dilakukan Heidmann 2010, Akbal 2011, Nariyan 2017, Adhoum 2004. Dengan 40 demikian, elektroda Fe berperan sebagai anoda, maka reaksi yang terjadi pada anoda adalah pelarutan besi menghasilkan ion Fe 2+ dan atau Fe 3+ . FeS → Fe n+ aq + ne - 9 Koagulan yang berperan berasal dari hidroksida Fe. Ion Fe Fe 2+ Fe 3+ akan bereaksi dengan ion hidroksida OH - yang berasal dari elektrolisis air pada katoda membentuk hidroksida FeOH 2 atau FeOH 3 . Fe terlarut menghasilkan 80 Fe 2+ . Dengan demikian, jumlah Fe 3+ sangatlah sedikit Ben Sasson: 2009. Hidroksida dari Fe 2+ memiliki performa lebih rendah dibanding dengan Fe 3+ sebagai koagulan karena solubilitas hidroksida Fe 2+ lebih tinggi dan kurang bermuatan positif Vepsäläinen, 2012. Persen efisiensi yang didapat sangat rendah dikarenakan kecepatan oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ berkurang. Kecepatan oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ dipengaruhi oleh pH. Dalam media asam Fe 2+ teroksidasi sangat lambat, sedangkan dalam pH netral dan mendekati alkali, oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ lebih cepat Nepo, 2016. Ben Sasson dalam 2009 mempelajari oksidasi Fe 2+ , menurut hasil studi mereka, pada pH 5 tidak terjadi oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ yang signifikan, pada pH 6 oksidasi meningkat dibanding pH 5 dan pada pH 7-9 oksidasi Fe sangatlah cepat. Sampel limbah cair elektroplating pada penelitian ini pada optimasi kombinasi elektroda memiliki pH di bawah 3, maka oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ sangat lambat. Menurut Gnanaprakash 2007 endapan FeOH 2 mulai terbentuk pada pH di atas 7, sedangkan pada pH 2 endapan FeIII sudah terbentuk Inagaki: 2009. Fe 3+ bereaksi dengan ion OH - yang terbentuk dari elektrolisis air pada katoda membentuk FeOH 3 pada pH dibawah 3 karena harga Ksp FeOH 3 sebesar 2,6 x 41 10 -39 sedangkan FeOH 2 dengan harga Ksp FeOH 2 sebesar 4,9 x 10 -17 dan AlOH 3 dengan harga Ksp sebesar 1,9 x 10 -33 tidak mampu membentuk endapan hidroksida pada pH dibawah 3. Oleh karena itu, koagulan yang berperan pada optimasi kombinasi elektroda berasal dari hidroksida FeIII. Selain itu, warna endapan yang terbentuk pada optimasi elektroda adalah merah kecoklatan seperti yang ditunjukkan Gambar 7. Menurut Moreno 2009 warna dari FeOH 3 adalah merah-coklat sehingga kedua hal ini dapat membuktikan bahwa koagulan yang terbentuk pada optimasi kombinasi elektroda hanyalah hidroksida dari FeIII yang pada pH asam berjumlah sedikit. Mekanisme yang terjadi adalah adsorpsi karena koagulan FeOH 3 pada optimasi kombinasi elektroda bermuatan positif. Inagaki 2009 mengatakan bahwa muatan pada permukaan hidroksida bergantung pada pH lingkungan. Jika pH lingkungan di atas titik isoelektriknya maka muatan pada permukaan hidroksida adalah bermuatan negatif. Titik isoelektrik FeOH 3 adalah pH 8,5 dan pH limbah 2,5 sehingga muatan pada koagulan FeOH 3 adalah positif dimana koagulan ini efektif untuk mengadsoprsi polutan bermuatan negatif. Limbah tembaga dalam limbah cair elektroplating berbentuk koloid bermuatan negatif karena pada umumnya polutan pada air berbentuk partikel koloid Vepsäläinen: 2012. Mekanisme pengurangan kadar ion logam tembaga II pada optimasi kombinasi elektroda bukanlah pembentukan hidroksida presipitasi tembaga karena Cu yang memiliki Ksp = 4,8x10 -20 akan membentuk endapan CuOH 2 pada pH 7,5-12,3 dengan konsentrasi lebih dari 10 -8 M, sesuai dengan data solubilitas tembaga pada Gambar 8. pH pada optimasi elektroda naik karena produksi OH - 42 pada katoda, namun kenaikan pH ini tidak cukup untuk membentuk endapan CuOH 2 karena pH sistem masih sangat asam. Gambar 8. Spesiasi Tembaga pada pH dan Konsentrasi Tertentu Gambar 8 diambil dari Albrecht 2011. Pada optimasi kombinasi elektroda, gelembung pada katoda terjadi pada menit pertama. Gelembung pada elektroda Al tersebut adalah gelembung dari gas hidrogen sesuai dengan persamaan 5. Gelembung gas yang terbentuk akan mengangkat polutan yang sudah terakumulasi membentuk flok ke permukaan limbah. Pada menit ke-31 limbah yang semula berwarna biru seperti yang ditunjukkan Gambar 3. menjadi tak berwarna seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.

C. Optimasi Waktu Elektrokoagulasi