Remediasi Tanah Terkontaminasi Logam Berat Krom (Cr) dengan Teknik Remediasi Elektrokinetik

Luqman, dkk, Remediasi Tanah Terkontaminasi Logam Berat Krom (Cr) ...

18

Remediasi Tanah Terkontaminasi Logam Berat Krom (Cr) dengan Teknik Remediasi Elektrokinetik 1

Luqman Hakim1, Sismanto2 , Siti Fatimah3 Staf Pengajar Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-UII 2 Staf Pengajar Jurusan Kimia-FMIPA-UGM 3 Alumni Jurusan Teknik LingkunganFTSP-UII Abstract

This research was conducted on the laboratory scale. The research methode of electrokinetic remediation with type of 2-D hexagonal electrode configuration are use voltage 40 Volt and 0.2 A of DC electric. Soil contaminated with Cr heavy metal was made by kaolinit soil from Godean distric in which that soil have initial concentration Cr 9.52 µg/g, and then the soil are contaminated by Cr2O3 500 µg/g solution, soil weight 150 kg then homogenized on the reactor with 1 m x 1 m x 1 m dimentions. In electrokinetic remediation, electrodes are implanted in the soil, and direct current imposed between the electrodes then running for 12 hours. The electrodes are made from graphite and placed with hexagonal configuration which spacing of electrodes on between 15 cm. The result of research was shown that the avarege of soil pH before remediated in the condition strong acid i.e 2.4 while soil pH remediated within the range 8.4 to 10.2 in the serounding cathode. Mean while, in the serounding anode on the condition strong acid that are about pH 3 to 5.4. It means there are chemical reactions called electrolysis. That Electrolysis reaction are oxidation reaction of the water from anode resulted acid conditions and also base condition in the cathode caused by reduction reaction of the water. The removal of Cr concentration having remediate for 12 hours in the site I to III are avarege 111.46 to 281.22 mg/g, in the other wards the removal efficiency of electrokinetic remediation are about 64.90 to 78.13%. It was shown that there are Cr3+ ion migrations phenomena moved to cathode. That ion migration was influnced by electrical current. Electrical current flowing in the soil had been caused ion migration to counter electrode. As finally, Cr3+ ion that formed from Cr2O3 contaminant will reduce to elemental and then attached to cathode. Keywords: Cromium (Cr), electrokinetic remediation, electrolysis, electromigration Latar Belakang Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY) telah dikenal sebagai pengahasil kerajinan kulit dengan kualitas ekspor. Berkembangnya industri kulit ini tentunya akan lebih

LOGIKA, Vol. 2, No. 2, Juli 2005

ISSN: 1410-2315


19

mengangkat citra DIY sebagai kota wisata. Disisi lain, dengan adanya industri kulit ini tentunya akan menghasilkan limbah baik itu berupa limbah cair maupun padat sebagai hasil sisa kegiatan produksi. Apabila limbah ini tidak diolah ataupun dikelola dengan baik, maka akan menimbulkan dampak bagi kesehatan dan lingkungan. Hal ini tentunya dapat mempengaruhi minat para wisatawan untuk datang ke DIY. Pemerintah Propinsi DIY telah memfasilitasi pengolahan limbah cair industri kulit secara terpadu di Desa Sitimulyo Kabupaten Bantul, namun demikian hasil pengolahan limbah cair tersebut mengahasilkan lumpur padat (sludge). Pengolahan sludge sampai saat ini belum dilakukan dan umumnya sludge tersebut langsung dibuang ke dalam tanah. Pemanfaatan bahan kimia berupa Khrom (Cr) sebagai bahan perontok bulu pada kulit, pada satu sisi akan menghasilkan limbah berupa Krom Heksavalen (Cr6+) baik berupa limbah cair maupun padat. Limbah logam berat Cr6+ adalah termasuk dalam kategori limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) karena sifatnya yang toksik. Untuk mengatasi permasalahan lingkungan tersebut di atas khususnya pada pencemaran tanah perlu dilakukan upaya pengolahan dan pengelolaan. Salah satunya yaitu melalui pemulihan (remediasi) tanah yang sudah terkontaminasi. Pemulihan tanah secara elektrokinetik merupakan salah satu upaya pemulihan tanah yang terkontaminasi oleh logam berat dan kontaminan organik lainnya secara in situ. Tujuan penelitian ini yaitu a) Mempelajari fenomena remediasi elektrokinetik pada tanah terkontaminasi logam berat Cr2O3 dan b) Mengetahui effisiensi penurunan konsentrasi logam berat Cr2O3 pada tanah yang telah terkontaminasi. Tinjauan Pustaka Penelitian tentang remediasi elektrokinetik pada tanah terkontaminasi sudah banyak dilakukan oleh para peneliti sebelumnya; antara lain oleh Acar dan Alshawabkeh, 1993; Chan dan Lynch 2002; Alshawabkeh, et. Al., 1999; dan Pamukcu, 1997. Remediasi tanah (soil remediation) adalah pemulihan tanah yang terkontaminasi oleh zat-zat pencemar seperti logam berat dan atau senyawa organik untuk mengembalikan fungsi tanah sehingga dapat dimanfaatkan kembali dan tidak menimbulkan masalah bagi lingkungan. Menurut Cynthia (1997), teknologi remediasi secara umum dapat dilakukan dengan isolasi, immobilisasi, reduksi toksisitas, pemisahan fisis dan ekstraksi. Teknologi secara ekstraksi untuk remediasi tanah antara lain: soil washing, phyrometallurgical, in situ soil flushing dan electrokinetic treatment. Remediasi Elektrokinetik Remediasi secara elektrokinetik merupakan teknologi pemulihan tanah terkontaminasi logam berat dan senyawa-senyawa organik melalui proses secara insitu dengan menggunakan tegangan listrik rendah dan arus DC (direct current) pada potongan melintang area antara elektroda yang diletakkan pada tanah dengan susunan aliran terbuka. Tekanan aliran pada umumnya digolongkan dalam miliampere per sentimeter kuadrat (mA/cm2) atau beda potensial tegangan listrik volt per sentimeter. Dengan penerapan teknologi tersebut diharapkan kontaminan logam berat dalam tanah dapat dipindahkan/digerakkan, dipadatkan/dipekatkan oleh elektroda serta diekstraksikan dari tanah, yang secara skematik dapat dilihat pada Gambar 1 (Alshawabkeh, 2001).

ISSN: 1410-2315


20


Gambar 1. Prinsip Dasar Remediasi Elektrokinetik (Alshawabkeh, 2001) Pada teknologi ini, elektroda ditempatkan pada tanah secara vertikal maupun horizontal. Ketika arus DC digunakan pada elektroda, dihasilkan tanah yang terpengaruh medan listrik oleh katoda dan anoda. Penggunaan sistem tersebut pada tanah mempunyai beberapa efek yaitu : electromigration, electroosmosis, perubahan pH, dan electrophoresis. Electromigration, yaitu pergerakan kation dan anion karena pengaruh sifat listrik yang ditimbulkan sistem tersebut pada tanah. Kation (ion bermuatan +) cenderung untuk berpindah ke arah katoda bermuatan negatif, dan anion ( ion bermuatan -) berpindah ke arah anoda bermuatan positif. Pada penyelesaiannya, ion-ion yang dipekatkan/dipadatkan tersebut akan mendekati elektroda atau mengalami reaksi pada elektroda, dimana logam-logam pencemar tersebut naik ke arah elektroda atau melepaskan komponen berbentuk gas. Perubahan pH karena pengaruh arus merupakan reaksi elektrolisis pada elektroda. Terjadi oksidasi air pada anoda dan menghasilkan ion-ion hidrogen (H+ ). Ion-ion H+ tersebut membangkitkan asam untuk berpindah menuju katoda. Sebaliknya, penurunan air terjadi pada katoda dan menghasilkan ion-ion hidroxyl (OH-) yang kemudian berpindah sebagai dasar ke arah anoda (Acar et.al, 1990). Transport pada ion-ion H+ diperkirakan 2 kali lebih cepat daripada ion-ion OH-. Dengan demikian, gerakan asam rata-rata lebih besar daripada basa. Electroosmosis adalah proses transport air dalam jumlah besar yang terus mengalir pada tanah. Electrophoresis merupakan pergerakan partikel-partikel karena pengaruh medan listrik (Acar dan Alshawabkeh, 1993). Hasil yang didapatkan dari bench-scale laboratory dan percobaan skala lapangan mengindikasikan bahwa teknologi elektrokinetik ini dapat sukses diaplikasikan pada clayey (lempungan) sampai tanah fine sandy (pasiran halus). Hal ini menunjukkan bahwa tipe tanah bukan merupakan batasan yang signifikan. Bagaimanapun, kecepatan transport kontaminan dan efisiensinya tergantung pada tipe tanah dan variabel lingkungan. Tanah dengan aktifitas tinggi, seperti illite, montmorillonite dan kaolinit menunjukkan tingginya buffer asam/basa dan memerlukan asam berlebih dan perantara peningkat untuk desorb dan pelarutan kontaminan sorbed pada permukaan partikel tanah sebelum mereka dapat mentransportkan keluar subsurfase (bawah permukaan) dan removal. Teknologi ini dapat diaplikasikan untuk mengolah lapisan tanah heterogenous secara efektif (Alshawabkeh,1999).


ISSN: 1410-2315


21

Material, Konfigurasi dan Spasi Elektroda Material Elektroda, Bahan kimia yang tidak bereaksi dan bahan yang bisa menghantarkan listrik seperti grafit, coated titanium atau platinum bisa digunakan sebagai anoda untuk menahan dissolusi elektroda dan berlangsungnya pengkaratan dalam kondisi asam. Hipotesis Berdasarkan tinjauan pustaka dan landasan teori tentang remediasi elektrokinetik, maka dapat dirumuskan hipotesis sebagai berikut : 1. Teknik remediasi elektrokinetik dapat dipergunakan untuk memulihkan tanah yang telah terkontaminasi oleh logam berat Cr2O3 2. Teknik Remediasi elektrokinetik efektif untuk menurunkan konsentrasi logam berat Cr2O3 dalam tanah. Metode Penelitian Tahap penelitian dilakukan melalui dua tahapan yaitu: 1. Tahap pra penelitian : pemilihan tanah, analisis karakteristik dan jenis tanah, persiapan kontaminan, persiapan elektroda dan power supply. 2. Tahap penelitian. Running teknologi remediasi elektrokinetik pada tanah terkontaminasi oleh Cr2O3 (khrom trioksida). 3. Parameter yang dianalisis: pH, Resitivitas, Konduktivitas, dan Cr2O3, 4. Desain Teknologi Remediasi Elektrokinetik a. Kebutuhan Elektroda Konfigurasi elektroda hexagonal terdiri dari beberapa sel, masing masing berisi satu katoda yang dikelilingi oleh 6 kutub positif (anoda), lihat gambar 2. b. Reaktor Volume tanah = pxlxt = 1 m x 0,95 m x 0,13 m = 0,12 m3 = 120 l Berat tanah = Bj tanah x volume tanah = 1,25 kg/l x 120 l = 150 kg

Gambar 2. Teknologi Remediasi Elektrokinetik

ISSN: 1410-2315



22

Analisis Data Untuk menentukan tingkat effisiensi penurunan konsentrasi Cr2O3 (khrom trioksida) pada tanah setelah dilakukan remediasi secara elektrokinetik adalah dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

E=

Cawal − Cakhir x100% Cawal

E = Effisiensi (%) C = Konsentrasi Hasil dan Pembahasasn Media yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah lempung kaolinit dari Godean dengan konsentrasi Cr awal sebelum dikontaminasikan 9,3 µg/g (ppm) dan pH awal 5,8 cenderung memiliki kondisi asam. Tanah tersebut kemudian dikontaminasikan dengan limbah simulasi Cr2O3 (khrom trioksida) dengan konsentrasi 500 µg/g. Hasil Analisis pH pada Area Efektif Pada penelitian ini, pengambilan sampel tanah dilakukan di dalam reaktor percobaan yang dibagi menjadi 4 area yaitu: a)area I: 15 cm dari katoda, b) area II: 10 cm dari katoda, c) area III: 5 cm dari katoda, d) area tidak efektif: terletak 15 cm diluar anoda. Area I, II dan III merupakan area efektif sedangkan area tidak efektif merupakan area yang berada di luar daerah elektroda. Selain pada area anoda dan katoda, pengukuran pH juga dilakukan diantara anoda dan katoda yaitu area yang letaknya 10 cm dari anoda dan katoda. Hasil pengukuran pH sebagaimana terlihat pada Gambar 3 menunjukkan adanya peningkatan pH di setiap area. Pada waktu jam ke-0 di setiap area memiliki pH terendah dengan nilai rata-rata 2, kemudian pada waktu jam ke-3 pH di area I dan area II mengalami kenaikan namun di area III atau area sekitar katoda kenaikan pH sangat tajam, yaitu mencapai 8,4. Pada waktu jam ke-6 pH di area I dan area II masingmasing sebesar 3,7 dan 5,0. Sedangkan pH di area III semakin meningkat sebesar 9,2 sampai pada waktu jam ke-12, pH maksimum di area III sebesar 10,2 dan di area I dan II yaitu masing-masing sebesar 4,2 dan 5,4. 12 10

w aktu ke-0

w aktu ke-3

w aktu ke-6

w aktu ke- 9

w aktu ke-12

8 pH 6

4 2 0 5

(III)

10

(II)

15 (I)

Jarak (cm ) (Area)

Gambar 3. Grafik Hubungan pH terhadap Jarak (Area) Dari perubahan pH tersebut dapat diartikan bahwa telah terjadi reaksi-reaksi kimia di setiap area titik sampling. Salah satunya telah terjadi proses electrolysis, yaitu reaksi oksidasi air pada kutub positif (anoda) disebut sebagai area I yang menghasilkan kondisi asam, sementara pada kutub negatif (katoda) disebut sebagai area III terjadi reduksi air yang menghasilkan kondisi basa. Reaksi-reaksi yang terjadi tersebut yaitu :


ISSN: 1410-2315


23

1.

Pada Area Katoda (III) Reduksi air : 2 H2O (l) + 2 e ? H2 (g) + 2OH- (aq) Reaksi di atas menjelaskan terjadi reduksi air pada area III (katoda) yaitu pengambilan elektron sebanyak 2e yang kemudian menghasilkan ion OH- sehingga berarti bahwa pada area III (katoda) mengalami kondisi basa.

2.

Pada Area Anoda (I) Oksidasi air : 2 H2O (l) ? 4 H+(aq) + O2 (g) + 4e Reaksi di atas menjelaskan reaksi oksidasi air pada area anoda (I) dimana terjadi pelepasan elektron sebanyak 4e dan menghasilkan ion H+ yang berarti bahwa pada area I mengalami kondisi asam. Ion-ion dari zat terlarut dan ion-ion hidrogen maupun hidroksil (OH-), berlombalomba untuk melepaskan muatan mereka pada elektroda dan ion yang berhasil adalah ion yang memerlukan energi paling sedikit untuk melepaskan muatan. Dengan memakai istilah elektrokimia, dapat dikatakan bahwa pada keadaan tertentu, ion yang memerlukan tegangan elektroda negatif yang lebih rendah akan terlebih dulu melepaskan muatannya pada katoda, sedangkan ion-ion yang memerlukan tegangan elektroda positif yang lebih rendah, akan terlebih dulu melepaskan muatannya pada anoda. Pelepasan ion-ion hidroksil pada anoda mengakibatkan terbentuknya gas oksigen : 4OH? 2H2O + O2 (g) + 4e Sedangkan reaksi yang terjadi pada katoda adalah bahwa ion-ion hidrogen bermigrasi ke arah katoda dengan membentuk molekul-molekul hidrogen, yang dilepaskan dalam bentuk gas hidrogen : (Setiono,1990) 2 H+ + 2 e ? H2 Pada area II yaitu area di antara anoda dan katoda pada penelitian ini mengalami kondisi asam namun memiliki nilai pH yang lebih tinggi dibanding dengan area I. Area II memiliki pH rata-rata 5, sehingga dimungkinkan di area II tersebut lebih dominan terpengaruh oleh area anoda sehingga pada area II cenderung mengalami kondisi asam. Daya hantar larutan pada proses electrolysis ini disebabkan karena adanya ion-ion (partikel bermuatan) yang apabila dialirkan listrik akan bermigrasi ke arah elektroda yang muatannya berlawanan, karena gaya elektrostatik. Tidak hanya area elektroda (anoda dan katoda) saja yang berpengaruh terhadap perubahan pH, faktor waktu juga berpengaruh terhadap kenaikan pH. Berikut ini grafik hubungan pH terhadap waktu di tiap-tiap area efektif, Gambar 4.

14 Area I Area II Area III

12 10 pH

8 6 4 2 0 0

3

6

9

12

Waktu ke-(jam )

Gambar 4. Hubungan pH terhadap waktu di area efektif

ISSN: 1410-2315



24

Fenomena atau kecenderungan yang terjadi dari hubungan pH terhadap waktu oleh garis exponensial di masing-masing area. Perbedaan posisi antara garis exponensial dengan sebaran data pada setiap grafik di atas kemungkinan diakibatkan adanya kesalahan pengukuran pH, kadar air yang tidak homogen sehingga proses electrolysis tidak merata atau faktor lainnya. Alshawabkeh (1999): Perubahan pH pada tanah terkontaminasi tergantung pada jenis bahan kimia, kadar air dalam tanah, proses electrolysis ,waktu treatment dan potensial elektrokimia. Arus listrik yang mengalir melalui elektroda juga mempengaruhi proses elektrolisis di elektroda. Oksidasi air di kutub positif (anoda) menghasilkan kondisi asam sementara pada kutub negatif (katoda) terjadi reduksi (pengurangan) yang menghasilkan kondisi basa dalam tanah. Saat asam dihasilkan di kutub positif (anoda), melalui tanah dapat sampai ke arah katoda dibantu oleh migrasi ion dan elektroosmosis, basa yang dihasilkan di katoda dapat bergerak menuju ke anoda dibantu secara difusi dan migrasi ion Hasil Analisis Konsentrasi Cr pada Area Efektif Analisis konsentrasi Cr dalam tanah kaolinit menggunakan metode APN menunjukkan bahwa konsentrasi Cr awal Ao di setiap area adalah adalah sebesar 509,524 mg/g. Setelah dilakukan remediasi terjadi penurunan konsentrasi Cr yang berbeda di setiap area sampling, dengan interval waktu remediasi masing-masing area adalah tiap 3 jam Gambar 5. 600 Waktu ke-3 Waktu ke-6 Waktu ke-9 Waktu ke-12

Ao 500 400 C 300 (ppm) 200 100 0 0

5 (III)

10

(II)

15 (I)

20

Jarak dari katoda (cm) (Area)

Gambar 5. Hubungan Konsentrasi Cr terhadap Jarak Elektroda pada area efektif Penurunan konsentrasi Cr rata-rata setiap 3 jam pada area I (anoda) mengalami penurunan yang cukup besar dengan konsentrasi Cr terendah saat waktu ke 12 jam yaitu sebesar 88,653 mg/g. Penurunan konsentrasi yang sangat tajam terjadi pada area II yaitu sebesar 78,527 mg/g. Pada area III terjadi penurunan konsentrasi Cr yang tidak terlalu besar yaitu 89,203 mg/g. Penurunan konsentrasi pada setiap area tersebut karena adanya pergerakan ion-ion Cr3+ menuju katoda sehingga dari konsentrasi Cr awal yaitu di titik 509 µg/g setelah mengalami remediasi mengalami penurunan konsentrasi di tiap titik area selama 12 jam. Migrasi ion Cr 3+ menuju katoda pada area II tersebut tersebut lebih banyak dibanding area lainnya. Banyaknya jumlah ion Cr3+ yang bermigrasi salah satunya ditentukan oleh cepatnya gerakan antar ion Cr3+ bermigrasi menuju katoda, sehingga jarak sangat berpengaruh terhadap pergerakan ion-ion Cr3+ tersebut. Area III adalah yang berada di sekitar katoda dengan jarak 5 cm dari katoda, dari garis polynomial


ISSN: 1410-2315


25

yang terlihat konsentrasi Cr terendah di area III tersebut lebih tinggi dibanding area lainnya, dimungkinkan ion-ion Cr3+ yang bermigrasi menuju katoda terakumulasi di area sekitar katoda tersebut, sehingga walaupun terjadi penurunan konsentrasi Cr di area III namun tidak terlalu besar karena terus terjadi penambahan ion Cr3+ yang berasal dari area lainnya. Pergerakan ion-ion Cr3+ karena adanya aliran listrik sehingga kation terebut bermigrasi menuju katoda. Tanah yang mengandung ion Cr3+ yang berasal dari kontaminan Cr2O3, pada katoda direduksi menjadi logamnya sendiri dan logam yang terbentuk itu kemudian diendapkan dan menempel pada permukaan batang katoda (Petrucci, 1993). Sesuai dengan reaksi berikut ini : Cr3+ + 3e ? Cr0 (logam) 3+ Ion-ion Cr pada area I dan area II bergerak menuju katoda di bawah pengaruh medan listrik, sehingga pada area I dan area II tersebut terjadi penurunan konsentrasi Cr. Pada area III (katoda) penurunan konsentrasi yang terjadi tidak terlalu besar dibanding pada area I dan II, ini dikarenakan area III merupakan area terletaknya katoda, sehingga ion-ion Cr3+ dari area I dan area II yang bergerak menuju katoda cenderung terakumulasi pada area katoda sedangkan ion-ion tersebut tidak langsung dapat menempel dan mengendap pada katoda yang mengakibatkan pada area III terjadi penambahan konsentrasi Cr yang berasal dari area I dan II. Walaupun demikian pada area III tetap terjadi penurunan konsentrasi Cr, karena ion-ion Cr3+ terus bergerak menuju katoda dan menempel pada permukaan batang katoda, seperti dijelaskan pada Gambar 6. Cr 3+ --- > Cr0

(+)

(- ) Area I Cr

3+

Cr

3+

Area II Cr

Area III

K+

3+

Cr 3+ Cr

3+

Cr 3+

Cr

3+

Cr Cr

3+

Cr

Cr

3+

3+

3+

Ca 2+

5 cm

Asam

5 cm

5 cm

Basa

Gambar 6. Arah proses migrasi ion pada anoda dan katoda Dari Gambar 6 tersebut terlihat bahwa pada saat terjadi elektromigrasi atau migrasi ion, ion-ion bermuatan positif (kation) akan saling berebutan menuju katoda. Sehingga konsentrasi ion-ion bermuatan positif akan terakumulasi pada area katoda. Selain hal-hal tersebut di atas, lamanya waktu remediasi juga berpengaruh terhadap penurunan konsentrasi ion-ion Cr3+. Penurunan konsentrasi ion-ion tersebut diakibatkan adanya pergerakan ion-ion tersebut menuju kutub negatif (katoda) dalam interval waktu 12 jam. Dari data yang didapat pada penelitian ini mengindikasikan bahwa semakin lama waktu remediasi, maka konsentrasi ion-ion Cr3+ semakin menurun. Seperti yang dikatakan oleh Pamukcu (1994), bahwa penurunan ion-ion

ISSN: 1410-2315



26

tergantung pada spasi elektroda, konfigurasi elektroda, waktu dan reaksi geokimia. Gambar 7 berikut ini menunjukkan fenomena yang terjadi dalam hubungan konsentrasi Cr terhadap waktu remediasi pada masing-masing area efektif : 600 Area I Area II Area III

500 400 C 300 (ppm) 200 100 0 0

3

6

9

12

Waktu ke - (jam)

Gambar 7. Grafik Hubungan Konsentrsi Cr terhadap Waktu di Area efektif Garis-garis exponensial pada Gambar 9 menunjukkan fenomena hubungan konsentrasi terhadap waktu. Semakin lama waktu remediasi, konsentrasi Cr dalam tanah semakin menurun sampai pada saat dimana ion-ion tidak dapat bermigrasi lagi. Konsentrasi Cr terendah berada pada area II yaitu sebesar 78,52 µg/g dengan waktu remediasi selama 12 jam. Hasil Analisis pada Arus dan Resistensi Grafik pada Gambar 8 menunjukkan bahwa terjadi peningkatan resistensi pada variasi waktu setiap 3 jam sedangkan arus yang terjadi mengalami nilai konstan yaitu 0,2 A, karena berkurangnya jumlah ion-ion penghantar maka hambatan (resistensi) yang terjadi dalam tanah semakin meningkat. 8000000

I = 0 ,2 A

7000000 6000000 5000000

R (O h m s ) 4 0 0 0 0 0 0 3000000 2000000 1000000 0 0 I

L o g . ( I)

3

6

9

12

w a k tu k e (ja m )

Gambar 8. Grafik Hubungan Resistensi, Waktu dan Arus Selain itu, karena adanya penumpukan kation pada katoda mengakibatkan luas penampang katoda menjadi kecil sehingga hambatan yang dialami arus listrik


ISSN: 1410-2315


27

akan semakin besar, teori tersebut sesuai dengan persamaan bahwa resistensi akan berbanding terbalik dengan luas penampang (Bueche,1989). Maka kenaikan resistensi yang terjadi pada penelitian ini disebabkan karena adanya penurunan konsentrasi ion-ion logam muatan positif sehingga menyebabkan kenaikan resistensi yang cukup signifikan. Hubungan Konsentrasi, pH dan Waktu di Area Efektif Dimungkinkan variabel konsentrasi Cr, pH dan waktu memiliki hubungan yang saling ketergantungan satu sama lain (lihat Gambar 9). Dari Gambar 9 menunjukkan penurunan konsentrasi Cr terjadi bersamaan dengan perubahan pH di setiap area efektif dalam interval tiap 3 jam. Namun penurunan konsentrasi terendah terjadi pada area II, area yang terletak di antara katoda dan anoda yaitu sebesar 78,54 mg/g. 600 A r ea I A r ea II

500

A r ea III 400 C 300 (ppm ) 200 100 0 0

2

4

6

8

10

12

pH

Gambar 9. Hubungan Konsentrasi Cr dan pH di Area Efektif Sedangkan area yang memiliki konsentrasi Cr paling tinggi adalah pada area III yaitu area yang berada di sekitar katoda, konsentrasi Cr terendah pada area tersebut sebesar 89,2035 mg/g. Pada area di sekitar anoda (area I) mengalami kondisi asam dimana pH tertinggi yaitu sebesar 4,2. Area di sekitar katoda (area III) mengalami kondisi basa dengan pH tertinggi sebesar 10,2. Sedangkan area di antara katoda dan anoda (area II) memiliki pH tertinggi sebesar 5,4 yang berarti pada area II mengalami kondisi asam. pH rendah akan menyebabkan proses oksidasi menjadi tidak efisien sehingga dibutuhkan energi yang besar. Dari gambar 9 menunjukkan adanya reaksireaksi kimia akibat pengaruh medan listrik. Perubahan pH menunjukkan telah terjadinya proses electrolysis dan electromigration. Konsentrasi Cr yang menurun sebagai akibat dari adanya migrasi ion dan electrophoresis. Hasil Analisis Konsentrasi Cr pada Area Tidak Efektif Selain pada area efektif, analisis konsentrasi Cr dilakukan juga pada area tidak efektif, area yang terletak di luar area efektif. Pengambilan sampel dan data pada area tidak efektif ( Z ) ini adalah sebagai perbandingan dengan area efektif. Area tidak efektif merupakan area yang berada di luar daerah elektroda (anoda dan katoda). Pada penelitian ini, pengambilan sampel tanah yang telah diremediasi dilakukan pada waktu yang bersamaan dengan pengambilan sampel tanah pada area tidak efektif. Jarak pengambilan sampel tanah pada area tidak efektif sejauh 15 cm ke arah luar elektroda yaitu 15 cm dari arah anoda. Gambar 10 adalah hasil analisis

ISSN: 1410-2315



28

K o n s e n tra s i C r

pada area tidak efektif yang disesuaikan dengan waktu pengambilan sampel. Dari Gambar 10 tersebut didapat bahwa terjadi penurunan konsentrasi Cr pada area tidak efektif, sehingga dapat dimungkinkan bahwa pada area tersebut mendapat pengaruh dari medan listrik area efektif. Penurunan konsentrasi Cr pada area tidak efektif tidak sebesar penurunan konsentrasi Cr pada area efektif, walaupun sangat kecil telah terjadi pengaruh sistem elektroda area efektif terhadap area tidak efektif . 600 500 400 300 200 100 0 Ao

Z1

0

Z2

Z3

3

Z4

Z5

6

Z6

Z3 ,1

9

Z5,2

12 K o n s e n tr a s i C r r a ta - ra ta

W a k t u k e - ( ja m )

Gambar 10. Grafik Konsentrasi Cr terhadap Waktu pada Area tidak efektif Gambar 10 menunjukkan adanya penurunan konsentrasi Cr pada setiap interval waktu dengan konsentrasi minimum yaitu 233,780 mg/g. Konsentrasi Cr rata-rata pada area inefektif yaitu sebesar 281,2203 mg/g. Menurut Alshawabkeh (1999), distribusi medan listrik menunjukkan area inefektif beberapa sel berbentuk curvilinear triangle (segitiga sama kaki) dengan badan kaki merupakan jarak elektroda yang mempunyai polaritas sama. Secara umum, tujuan penerapan konfigurasi elektroda 2D adalah untuk mencapai aliran radial (axi-symetrical). Katoda ditempatkan di tengah untuk memberikan akumulasi kontaminan Cr pada zona yang lebih kecil di sekitar katoda sedangkan anoda ditempatkan pada batas pinggir untuk memaksimalkan penyebaran lingkungan asam yang dibangkitkan oleh anoda dan meminimalkan perluasan lingkungan basa yang dibangkitkan oleh katoda (Alshawbkeh, 1999). Pada Gambar 11 berikut ini dijelaskan konsentrasi Cr dan pH rata-rata pada seluruh titik sampling. Z4 C= 2 7 7 ppm

D1 Z3

C = 3 2 2 ,8 ppm C = 20 7 ,8 2 ppm

D2

E1

D3

C1

E2 Z5

C2 E3

C3

C= 2 7 4,6 ppm C= 2 5 9,8 ppm

III C = 156 p p m F3

F2

B3

p H = 9,38

II C = 1 1 1 ppm

pH = 5 ,3 8

Z2 C= 2 3 1,5 ppm

B2

A3

F1

I C = 1 5 6 ppm

B1

pH = 3 ,7 A2

Z6 C = 2 7 4 ,6 ppm

A1 Z1 C = 3 85 ,5 7 2 ppm

Gambar 11. Konsentrasi Cr dan pH Rata-rata pada setiap Titik Sampling


ISSN: 1410-2315


29

Efisiensi Penurunan Konsentrasi Cr Dari analisis data di depan dapat diketahui nilai efisiensi penurunan konsentrasi Cr setelah dilakukan remediasi elektrokinetik yaitu: a) area I : 75,65%, b) area II : 78,13, c) area III : 69,40%, dan d) area inefektif 44,81%.

80 70 60 50

Efisiensi (%)

40 30 20 10 0 I

II

III

Inefektif

Area

Gambar 12. Tingkat Efisiensi Konsentrasi Cr di Setiap Area Dari Gambar 12 di atas dapat terlihat bahwa, nilai efisiensi terbesar terjadi pada area efektif II, dimana pada area II tersebut memiliki nilai efisiensi konsentrasi Cr sebesar 78,1 %. Sementara nilai efisiensi terendah terjadi pada area inefektif dengan nilai efisiensi rata-rata hanya 44,81 %. Hal tersebut di atas dikarenakan area efektif merupakan area yang dipengaruhi oleh medan listrik yang paling kuat sehingga pada area-area efektif terjadi proses elektromigrasi atau migrasi ion Cr3+ secara optimum. Sedangkan pada area inefektif merupakan area di luar sistem elektroda sehingga pengaruh medan listrik pada area tersebut sangat kecil. Pada area III, nilai efisiensi konsentrasi Cr hanya 69,4%, lebih rendah jika dibandingkan efisiensi pada area efektif lainnya, ini dikarenakan penurunan konsentrasi Cr pada area III tersebut tidak terlalu besar selain itu area III merupakan area tempat terakumulasinya ion-ion Cr3+ yang berasal dari area I dan II. Daftar Pustaka Acar, Y. B. and Alshawabkeh, A. N., 1993, Principles of Electrokinetic Remediation, Environmental Science and Technology, New Delhi, India. Acar, Y.B., Gale R. J., Putnam, G. A, Hamed, J. and Wong, R. L., 1990, Electrochemical processing of Soils, Betlehem. Alshawabkeh, A. N., 1999, Optimation of 2D Electrode Configuration for Electrokinetic Remediation, Juornal of Soil Contamination, USA. Alshawabkeh, A. N., 2000, Final In-Situ Electrokinetic Remediation of Metal Contaminated Soils. http//: www.US Army Environmental Center Alshawabkeh, A. N., 2001, Basic and Application of Electrokinetic Remediation, Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE-UFRJ).

ISSN: 1410-2315


30


Bueche, F. J., 1989, Theory and Problem of College Physics, MacGraw Hill, Inc. Chan, M. S. and Lynch, J. R., 2002, Two-Dimensional Electrokinetic Remediation of Soil, Cambridge University Engineering Departement, UK. Pamukcu, S., 1994, Electro-Chemical Technologies for In-Situ Restoration of Contaminaated Subsurface Soils, Departement of Civil and Environmental Engineering, Lehigh University, Betlehem, USA. Petrucci, R. H., 1993, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Gelora Aksara Pratama, Bogor. Setiono, L., Hadyana, A., 1990, Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimakro, (Terjemahan dari Vogel,1979), Kalman Media Pustaka, Jakarta.


ISSN: 1410-2315

Remediasi Tanah Terkontaminasi Logam Berat Krom (Cr) dengan Teknik Remediasi Elektrokinetik

Recommend Documents