elektrokoagulasi

Petunjuk Praktikum Pengolahan “Air “Air Buangan/Limbah” Buangan/Limbah”

ELEKTROKOAGULATOR

1.

Tujuan Percobaan

Mahasi Mahasiswa swa mampu mampu memaha memahami mi koagul koagulasi asi beserta beserta factor-f factor-fakt aktor or yang yang mempengaruhi pada pengolahan limbah (logam) dengan metode elektrolisa

2.

Alat dan bahan Alat : •

Beaker glass 1 liter (2 liter)

2 buah

•

Plat aluminiun, aluminiun, karbon, dan atau platina (5 x 15 cm) minimal 2 buah

•

Seperangkat alat listik (jepitan, kabel, dll)

•

Power supply

1 buah

•

Corong gelas kecil

1 buah

•

Kertas saring

•

Gelas sample

•

Pipet ukur 25 ml

10 buah

Bahan : •

Limbah logam (elektroplating)

•

Limbah elektroplating buatan yaitu 4,5 gr NiSO 4.6H2O per liter, 1 gr NiCl per liter dan 0,7 asam borat per liter

3.

Teori

Limbah cair beberapa limbah industri sangat berpotensi menjadi sumber pencemaran logam berat. Logam Cd, Ni, Cu, Pb dan Cn merupakan kelompok logam berat yang bersifat larut yang dapat terakumulasi secara biologis dan berbahaya bagi makhluk hidup dan organisme dalam jumlah kecil. Industri electroplating salah satu limbahnya adalah air bilasan yang

48

Petunjuk Praktikum Pengolahan “Air Buangan/Limbah”

dibuang dan larutan pembersih maupun larutan plating yang telah kotor. Limbah dapat diubah dalam bentuk yang sesuai dan mengikuti peraturan yang ada. Logam dalam bentuk hidroksida sulit mengendap maka perlu dibentuk flok kemudian diendapkan dan disaring dan dibuang dengan baik. Dalam hal ini dicoba untuk mengolah air limbah (logam) dengan system elektrokoagulator sehingga ion-ion logam dapat terurai menjadi logam hidrokdsida

yang berupa

gelatin

yang diikuti

flokulasi

kemudian

pengendapan dan selanjutnya penyaringan sehingga diperoleh air hasil pengolahan yang dapat dipakai kembali dalam proses produksi serta air yang memenuhi baku mutu air limbah. Para peniliti telah memperoleh metode pengolahan limbah (penjernihan air ) dengan metode elektrolisa dengan memanfaatkan listrik. Alat ini disebut elektroflokulator atau eletrokoagulator. Desain alat ini terus disempurnakan dan cukup menjanjikan akan lebih efektif dibanding secara kimiawi. Dibanding metode kimiawi dan metode konvensional lainnya, alat ini memiliki beberapa keunggulan antara lain membutuhkan waktu yang singkat, tanpa unit koagulasi, prosesnya tidak tergantung pH, cepat membentuk flok (gumpalan), floknya bersifat padat. (Abdullah hasan, 1988) Proses ini sebenarnya merupakan salah satu penerapan prinsip proses elektrolisa. Elektrolisa adalah peristiwa yang terjadi bila aliran listrik searah dijalankan melalui suatu larutan elektrolit atau melalui suatu elektrolit dalam keaadaan cair. Selama reaksi sel berlangsung dalam rangkaian luar terjadi perpindahan electron dari anoda ke katoda yaitu menunjukkan bahwa anoda dan kaotoda ada selisih potensial listrik yang disebut potensial sel E 0 sel yang berkaitan dengan perbedaan antara kemampuan oksidasi dan reduksi pada anoda dan katoda. Berlangsung dan tidaknya proses elektreolisa tergantung dari GGL (gaya gerak listrik) sel standar (E 0 sel). Bila GGL berharga positif (+) maka reaksi berlangsung spontan dan jika GGL berlangsung negative (-) reksi tidak spontan. Cara lain mengetahui spontan dan tidaknya proses elektrolisa dipakai persamaan energi bebas Gibbs standart, yaitu 49


dengan

∆Gº

= - n FE0 E0 sel …. ………………………(1)

∆Gº

= energi bebas Gibbs standart, J/gr mol

n

= valensi kation

F

= Tetapan Farady

E0 sel = GGL sel standart, volt

Dari persamaan

(1), jika E0 positif nilai ∆Gº negative maka reksi

spontan, dan untuk E 0 negatif nilai ∆Gº positif maka reaksi tidak spontan. Pada proses elektrolisa yang berlangsung tidak spontan agar proses dapat berjalan harus diberi sumber daya dari luar. Proses dengan pelat elektroda yang sama (misalnya Al) yaitu E0 sel = 0 (kemampuan oksidasi pada anoda sama dengan reduksi pada katoda sehingga tidak menghasilkan reaksi) maka dengan pemberian beda potensial luar yang kecil sudah cukupuntuk mengawali aliran arus litrik (Hartomo dkk, 1995). Proses elektrolis dapat digambarkan sebagai berikut

+

-

2a

+

-

2b

A+

4

B-

H+

H3 1

Gambar 1. Proses elektrolisa (Reaktor Elektrokoagulator) 1.

Reactor elektrokoagulator

2.

a. Elektroda Aluminium (anoda) b. Elektroda Aluminium (katoda)

3.

Larutan limbah logan (elektroplating) 50


4.

Power supply.

Dalam elektrolisa digunakan elektroda yang terbuat dari logam atau karbon. Ada elektroda positif (anoda) dan elektroda negative (katoda). Sebagai sumber tenaga diambil arus listrik searah. Dalam elektrolisa molekul-molekul dari elektrolit akan akan terurai menjadi ion-ion positif (kation) dan ion-ion negative (anion). Ion-ion positif akan bergerak ke anoda dan ion-ion negative akan bergerak ke anoda. Pada anoda akan terjadi oksidasi, pada katoda berlangsung reduksi. Dengan peristiwa ini maka arus lisrik bias berjalan. Bila listrik mengalir antar jenis konduktor umumnya disertai reaksi kimia sehingga pada batas antara elektroda dan elektrolit terjadi reaksi kimia. Jumlah muatan listrik yang melawati sel adalah sama dengan jumlah muatan dari kation yang tereduksi di katoda, karena proses reduksi ini adalah proses perpindahan muatan negative dari elektroda ke badan larutan untuk dilanjutkan secara elektrolistrik ke anoda. Pada elektrolisa larutan elektrolit dalam air ion-ion H+ dan ion-ion logam bergerak ke katoda dan ion-ion OH - dan sisa asam bergerak menuju anoda. Larutan lektrolit AB akan terionisasi menjadi AB == A+ + B-. Jika larutan ini dielektrolisa ion masing-masing akan mengendap pada katoda menurut aturan tertentu. Misalnya, pada katoda belum tentu dinetralkan ion-ion A + maupun ion H +, mungkin A + atau hanya H +. reaksi penguraian air pada katoda (reaksi reduksi), 2H2O + 2e

2OH- + H+

dan pada anoda terjadi reaksi oksidasi hidroksida pada air, 2H2O

4H+ + O2 + 4 e

Pengolahan Limbah Logam Berat

Pengolahan air limbah yang menggunakan prinsip elektrolisa ini tidak untuk menghancurkan limbah, melainkan mengubah limbah tersebut ke dalam bentuk yang sesuai. Misalnya dalam bentuk ionic cair menjadi endapan padat yang kemudian dapat disaring selanjutnya dibuang secara baik.

Mengatasi limbah logam berat biasanya dengan pengendapan 51


hidroksidanya. Hiddroksida logam biasanya berupa sel, sulit mkengendap dan sukar disaring (bentuk seperti gelatin) maka perlu dilakukan perlakuan untuk menanggulangi dengan proses yang memadai. Misalnya limbah larutan nikel yang berasal dari limbah industri electroplating nilai nikelnya dapat diubah dalam bentuk nikel hidroksida pada umumnya pengolahan air limbah dari pabrik menghasilkan barang-barang dari limbah logam tidak banyak berbeda dengan pengolahan air limbah dari industri lain yaitu pengendapan dan

penggumpalan selain menghilangkan sifat racun yang

merupakan problem utama, sedang pengolahan BOD kurang menjadi perhatian.

Proses Penjernihan Air (Pengolahan Limbah) dengan Elektrolisa.

Proses elektrolisa digunakan untuk mengolah air limbah ini akan dihasilkan flokulasi sesuai dengan proses sebagai berikut, pertama medan listrik yang diciptakan antara elektroda meningkatkan tumbukan antar muatan – muatan yang ada, kedua membebaskan dengan mengorbankan anoda yang melarut, membentuk hidroksida yang berbentuk flok (gumpalan) padat. Proses yang terjadi di atas pada elekrtokoagualtor dibagi dalam tiga tahap: •

Terbentuk oksigen karena terjadinya proses elektrolisa air. Oksigen ini sangat reaktif dan pengoksidasi kuat, sehingga ion-ion akan terurai menjadi logam hidroksida.

•

Pada elektroda yang berfungsi sebagai elektroda terbentuk hidrogen,

yang

berbentuk

gelembung

kecil-kecil

yang

mengakibatkan terbentuknya buih dipermukaan air. •

Elektroda yang berfungsi sebagai anoda (Al) melepaskan ionion Al3+ ion-ion ini membentuk hidroksida dengan adanya oksigen. Tahapan-tahapan ini menyebabakan terjadinya koagulasi, flokulasi dan pengendapan sehingga terjadi pengendapan logam terlarut dan tersuspensi. 52


Abdullah Hasan(1988) telah melakukan penelitian penjernihan air limbah dengan proses elektrolisis. Percobaan dilakukan dengan memakai alat yang terdiri dari tiga bagian. Pertama, tempat elektroda untuk melakukan proses elektrokoagulator. Kedua, berupa tangki penampung endapan dan bagian ketiga tangki penyaring pasir. Proses penjernihan air limbah tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Proses penggumpalan bahan pencemar yang terkandung dalam air limbah dilakukan dengan mengalirkan arus listrik searah (DC) dari katoda ke anoda. Pada anoda terbentuk oksigen, pH asam (H +) dan ion Al. dan pada katoda terbentuk gas hydrogen, pH basa (OH-) dan endapan logam pencemar (dalam bentuk lendir atau gelatin). Kedua elektroda akan menarik bahan pencemar menjadi flok (gumpalan) yaitu Al(OH)3 yang terbentuk bertindak sebagai penggumpal kotoran pencemar sehingga air limbah menjadi jernih. Besar arus listrik searah yang dipakai tergantung pada pekat atau tidaknya bahan pencemar. Reaksi yang terjadi pada tahapan dalam persamaan reksi sebagai berikut : Reksi pada anoda : 2 H2O

4 H + + O2 + 4 e

Al + O2 + H2O

Al(OH)3 + H+ + e

Reksi pada katoda : 2 OH- + H2

2 H2O + 2 e Reaksi dalam sel :

Al3+ + H2 + 2 OH-

Al + 2 H 2O Reaksi dalam elektrolit : A2+ + SO42- + Al3+ + 5 H2O Al(OH) 3

Al(OH)2 + Al(OH)3 + H2SO4 + 4 H4

Al(OH) 3

Al(OH)3 Gambar A(OH)232. Proses Pembentukan Flok. Al(OH)

A(OH)2 Al(OH)3

Koagulasi (Penggumpalan)

Koagulasi

adalah

proses

penambahan

(dalam

hal

ini

adalah

pembentukan) bahan kimia untuk menstabilisasi partikel koloid dan

53


selanjutnya menggumpalkan dan membentuk flog (gumpalan) dengan partikel tersuspensi lain untuk membentuk partikel besar yang mudah mengendap. Koagulasi digunakan untuk mengambil kotoran dalam bentuk suspensi atau koloid. Koloid adalah partikel dengan ukuran 1 nm (10 -7cm) sampai 0,1 nm (10-8). Partikel ini tidak dapat mengendap pada keadaan diam dan tidak dapat diambil dengan proses pengolahan fisik konvensional. Dengan ini maka koagulasi dapat digunakan untuk menjernihkan limbah indusrti yang mengandung koloid. Koagulasi umumnya dilakukan dengan penambahan bahan penggumpal misalnya alum, Al 2(SO4)3 jika dipakai elektroda aluminium. Aluminium hidroksid ini terbentuk flog yang lebih berat dari air dan mengendap secara grafitasi. Koloid (kotoran) ini terperangkap menjadi flok-flok selama pembentukannya dan selanjutnya mengendap bersama. Parameter elektrolisa •

Potensi elektroda

•

Bahan dan sruktur elektroda

•

Konsentrasi spesis elektroaktif (elektrolit)

•

Medium elektrolisis

•

Suhu dan tekanan

•

Regim dan perpindahan massa.

•

Design sel

4. Prosedur Percobaan.

a.

Persiapkan peralatan, sambungkan instalasi listrik dan kemudian masukkan air limbah sebanyak 2/3 volume beaker glass. Atur jarak antara elektroda (anoda dan katoda) kurang lebih 3 cm. lempengan elektroda 90% tercelup.

b.

Sebelumnya air

limbah dianalisa

padatan tersuspensi,

pH,

kekeruhan dan kadar logam. Jika kadar logam air limbah terlalu tinggi, encerkan terlebih dahulu sampai kadar dibawah 10.000 ppm. 54


c.

Lepaskan sambungan listrik ke elektroda set power supply pada arus tertentu (dengan avometer) selanjutnya sambungkan kembali aliran listrik ke elektroda.

d.

Amati perubahan yang terjadi jika timbul gelembung atau endapan (flok) yang terapung atau menempel pada elektroda gunakan batang gelas untuk mengaduk sehingga gelembung hilang dan flok menepi atau mengendap.

e.

Sampel diambil tiap-tiap 10 menit sampai 1 jam (60 menit) masing-masing sebanyak 10 ml dan dimasukkan kedalam botol sample dan ditutup. Selanjutnya untuk dianalisa. Air sampel sebelum dimasukkan kedalam botol sampel (sebelum dianalisa) harus disaring terlebih dahulu.

f.

Setelah selesai, aliran listrik dimatikan, lepas kabel dari elektroda dan elektroda untuk dibersihkan kembali.

g.

Ulangi percobaan dengan perbedaan arus (amper).

Data pengamatan Waktu (menit) 10

20

30

40

50

60

Arus ( I ) (ampere) 1 3 7

LAPORAN RESMI

55


56

elektrokoagulasi

Recommend Documents