Penggunaan Konsep Redoks Pada Pengolahan Air Kotor (Aerobik dan Anaerobik) Latar Belakang Bertambahnya jumlah penduduk juga berakibat pada meningkatnya tingkat pencemaran, terutama pada sungai. Sungai yang dulunya dulunya bersih dan enak di pandang, pandang, kini terlihat keruh dan berbau tidak sedap. Air harus diolah terlebih dahulu sebelum dialirkan ke sungai, sehingga sungainya tetap bersih dan enak di pandang. Para ilmuwan, dengan kemajuan ilmu pengetahuan, dapat menemukan cara untuk mengatasi permasalahan-permasalahan permasalahan-permasalah an lingkungan yang dapat mengganggu kesejahteraan manusia, salah satunya dengan cabang ilmu pengetahuan Kimia. Dalam Kimia, terdapat Konsep Redoks yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan semacam pengolahan air kotor, dll. Diharapkan dengan tulisan ini, pembaca dapat termotivasi untuk menemukan inovasi-inovasi baru lainnya.
Tujuan
Memahami apa itu konsep redoks
Memberi informasi kepada pembaca tentang fungsi redoks untuk menjaga lingkungan
Mengajak pembaca memakai redoks untuk memecahkan suatu masalah
Dasar Teori PENGERTIAN REAKSI REDOKS (REDUKSI-OKSIDASI) Berdasarkan Pengikatan dan Pelepasan Oksigen:
Reduksi adalah reaksi pelepasan oksigen dari suatu senyawa
Oksidasi adalah reaksi pengikatan (penggabungan) oksigen oleh suatu zat
Berdasarkan pengikatan dan pelepasan elektron:
Reduksi adalah reaksi pengikatan elektron
Oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron
Berdasarkan pertambahan dan penurunan bilangan oksidasi:
PENGERTIAN LIMBAH Secara umum yang disebut limbah adalah bahan sisa yang dihasilkan dari suatu kegiatan dan proses produksi, baik pada skala rumah tangga, industri, pertambangan, dan sebagainya. Bentuk limbah tersebut dapat berupagas dan debu, cair atau padat. D i antara berbagai jenis limbah ini ada yang bersifat beracun atau berbahaya dan dikenal sebagai limbah Bahan Berbahaya dan Beracun ( Limbah B3). Definisi dari limbah B3 berdasarkan BAPEDAL (1995) ialah setiap bahan sisa (limbah) suatu kegiatan proses roduksi yang mengandung mengandung bahan berbahaya dan beracun (B3) karena sifat (beracun, mudah terbakar, reaktifitas, dan bersifat menghancurkan) serta konsentrasi atau jumlahnya yang baik secara langsung maupun tidak langsung dapat merusak, mencemarkan lingkungan, atau membahayakan kesehatan manusia. Berdasarkan sifatnya limbah dapat dibedakan menjadi : 1. Limbah padat adalah hasil buangan industri industri yang berupa berupa padatan, lumpur, bubur bubur yang berasal dari sisa kegiatan dan atau proses pengolahan. Contohnya : limbah dari pabrik tapioka yang berupa onggok, limbah dari pabrik gula berupa bagase, limbah dari pabrik pengalengan jamur, limbah dari industri pengolahan unggas, dan lain-lain. Limbah padat dibagi 2, yaitu : a. dapat didegradasi, contohnya sampah bahan organik, onggok, . b. tidak dapat didegradasi contoh plastik, kaca, tekstil, potongan logam. 2.
Limbah Cair adalah sisa dari proses usaha usaha dan/atau kegiatan yang yang berwujud berwujud cair. cair. Contohnya antara lain : Limbah dari pabrik tahu dan tempe yang banyak mengandung protein, limbah dari industri pengolahan susu.
3.
Limbah gas/asap adalah sisa sisa dari proses usaha usaha dan/atau dan/atau kegiatan yang berwujud berwujud gas/asap. Contohnya : limbah dari pabrik semen
Bioremediasi Bioremediasi merupakan penggunaan penggunaan mikroorganisme untuk untuk mengurangi polutan di lingkungan.
Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut disebu t biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun. Sejak tahun 1900an, orang-orang sudah menggunakan mikroorganisme untuk untuk mengolah air pada saluran air. Saat S aat ini, bioremediasi telah berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa (senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Yang termasuk dalam polutan-polutan polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat, berat , petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mengguna kan mikroorganisme untuk untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini t elah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh m ikroorganisme, identifikasi jenis-jenis jenis-jenis mikroba yang yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi bioremediasi melalui
Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat lebih efisien dalam mengurangi polutan. Mikroorganisme rekombinan yang diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalah adalah bakteri "pemakan "p emakan minyak". Bakteri ini dapat mengoksidasi men goksidasi senyawa hidrokarbon yang yang umumnya ditemukan pada minyak bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan. Akan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponen-komponen molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan.
Jenis-jenis Bioremediasi Jenis-jenis bioremediasi adalah sebagai berikut: Biostimulasi Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan aktivitas bakteri remediasi remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut.
Bioaugmentasi Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan kontaminan tertentu ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar. Cara ini yang paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. Namun ada beberapa hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan. Sangat sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar aga r mikroorganisme dapat berkembang dengan optimal. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing k emungkinan sulit untuk beradaptasi.
Bioremediasi Intrinsik Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar. Di masa yang akan datang, mikroorganisme rekombinan rekombinan dapat menyediakan cara yang efektif untuk mengurangi senyawa-senyawa kimiawi yang berbahaya di lingkungan kita. Bagaimanapun, pendekatan itu membutuhkan penelitian yang hati-hati berkaitan dengan mikroorganisme rekombinan tersebut, apakah efektif dalam mengurangi polutan, dan apakah aman saat mikroorganisme itu dilepaskan ke lingkungan.
Konsep Pengolahan Dalam usaha pengolahan air kotor/limbah, dapat digunakan dengan dua cara, yang pertama secara AEROBIK dan ANAEROBIK.
Secara Aerobik Prinsip pengolahan secara aerobik adalah menguraikan secara sempurna senyawa organik yang berasal dari buangan di dalam periode waktu yang relatif singkat. Penguraian dilakukan terutama dilakukan oleh bakteri dan hal ini dipengaruhi oleh : 1. jumlah sumber nutrien 2. jumlah oksigen
Contoh dari proses pengolahan limbah secara aerobik antara lain :
Lumpur aktif (Activated Sludge) Lumpur adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi (oxygen-demanding materials). Salah satu contoh diagram alur pengolahan air limbah dengan cara lumpur aktif diberikan pada gambar 6.8. Bakteri aerob mengubah sampah organik dalam air limbah menjadi bio massa dan gas CO 2 . Sementara nitrogen organik diubah menjadi amonium dan nitrat, fosforus organik diubah menjadi fosfat.
Biomassa hasil degradasi tetap berada dalam tangki aerasi hingga bakteri melewati masa pertumbuhan cepatnya ( log phase). Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap. Dari tangki pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam tangki aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasitinggi dan lapar (dalam lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor), memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai
Bahan dan Metode Penelitian Bahan yang digunakan penelitian ini adalah limbah cair industri Batik Lawean Solo, untuk proses aerob digunakan lumpur aktif dari PT. Rimba Partikel Indonesia (RPI) dan untuk anaerob digunakan Effective Microorganisms type 4 (EM 4). Sebagai nutrien digunakan pupuk NPK.
Variabel tetap : Jenis limbah cair industri batik Lawean Solo, range pH sekitar 7 – 8, waktu koagulasi 10 detik, waktu flokulasi 10 menit, dan jenis koagulan yang digunakan adalah tawas (Al 2(SO4)3.18H2O)4
Saringan Trickling (Trickling Filter) Merupakan suatu bejana yang tersusun oleh lapisan materi kasar, keras dan kedap air. Kegunaannya untuk mengolah air buangan dengan mekanisme aliran air yang jatuh dan m engalir perlahan-lahan melalui lapisan batu untuk kemudian disaring. Saringan trickling memiliki 3 sistem utama yaitu: 1. Distributor 2. Pengolahan 3. Pengumpul
Kolam oksidasi/stabilisasi (Oxidation Ponds) Kolam ini tidak memerlukan biaya yang mahal. Terdapat beberapa kolam yang utama digunakan yaitu kolam fakultatif, kolam maturasi, dan kolam anaerob.
Kelebihan kolam ini:
Beban BOD pada kadar rendah dapat menghasilkan kualitas efluen sehingga 97 %.
Alga yang hidup dalam kolam mempunyai potensi sebagai sumber protein yang tinggi dan dapat digunakan untuk perikanan. Ikan dapat dibiakkan dalam kolam maturasi.
Kolam pengoksidaan juga dapat digunakan untuk mengolah air sisa industri dan air yang mengandung logam berat.
Pengoperasiannya mudah. Kebutuhan pengoperasiannya pengoperasiannya minimum. m inimum.
Kekurangan kolam pengoksidaan seperti berikut:
Kolam pengoksidaan ini untuk mengalirkan efluen dengan kepekatan suspended solis (SS) dan BOD yang tinggi.
Pengeluaran bau yang busuk mengganggu penduduk penduduk yang tinggal di sekitar kolam ini. Hal ini terjadi jika tidak ada cahaya matahari (ketika hujan dan waktu malam).
Untuk membuat kolam pengoksidaan diperlukan kawasan yang luas jika dibandingkan dengan sistem konvensional yang lain. Sehingga tidak sesuai jika dibuat di kawasan yang tanahnya mahal.
Lain-lain: Pencernaan aerobik Parit oksidasi (Oxidation Ditch) Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, axidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih tinggi (90%-95%).
Karusel Perabukan Cairan Merupakan suatu proses penanganan limbah organik yang pekat secara aerobik dimana energi yang berasal dari oksidasi l imbah dilakukan oleh mikroorganisme dihasilkan pada suhu operasi yang dinaikkan. Naiknya suhu akan menyebabkan : kekentalan padatan total tertinggi menurun (di bawah kondisi aerob), meningkatkan laju reaksi o leh mikroorganisme dan membantu menghasilkan stabilitas bahan organik yang cepat dan detuksi patogen. Keberhasilan proses perabukan cairan ditentukan oleh aerob yang dapat memindahkan oksigen yang cukup untuk memnuhi kebutuhan oksigen dari campuran cairan yang pekat. Proses ini digunakan pada rabuk sapi, babi dan susu.
Kontraktor biologik berputar (rotating biological contractor) Analog dengan rotating trickling filter/penyaring menetes berputar. Digunakan antara lain untuk menangani limbah kota, air limbah yang berasal dari industri pengemasan daging, susu dan keju, minuman keras dan anggur, produksi babi dan unggas, pengolahan sayuran dan indutri perekat dan kertas.
Secara Anaerobik Proses pengolahan secara anaerobik terjadi disebabkan oleh adanya aktivitas mikroorganisme pada saat tidak ada oksigen bebas. Senyawa berbentuk anorganik atau organik pekat yang umumnya berasal dari industri sukar atau lambat sekali untuk diolah secara aerobik, maka pengolahan dilakukan secara anaerobik. Hasil akhir pengolahan secara anaerobik adalah CO2 dan CH4. Tahapan yang terjadi dalam proses anaerobik adalah : 1. fermentasi dalam stadia asam 2. regressi dalam stadia asam 3. fermentasi dalam stadia basa
Prinsip proses pengolahan secara anaerobik adalah menghilangkan atau mendegradasi bahan karbon organik dalam limbah cair atau sludge. Keuntungan proses secara anaerobik adalah tidak membutuhkan energi untuk aerasi, lumpur atau sludge yang dihasilkan sedikit, polutan yang berupa bahan organik (misalnya : polisakarida, protein dan lemak) hampir semuanya dikonversi ke bentuk gas metan (biogas) yang memiliki nilai kalor cukup tinggi. Sedangkan kelemahan proses pengolahan cara anaerobik adalah pada kemampuan pertumbuhan bakteri metan yang sangat rendah, sehingga membutuhkan waktu yang lebih panjang antara dua sampai lima hari untuk penggandaannya, penggandaannya, sehingga diperlukan reaktor yang bervolume cukup besar.
Proses degradasi dalam pengolahan secara anaerobik tersebut dibagi dalam beberapa tahap : •
Hidrolisi molekul organik polimer .
•
Fermentasi gula dan asam amino.
•
B – oksidasi anaerobik asam lemak rantai panjang dan alkohol.
•
Oksidasi anaerobik produk antara seperti asam lemak (kecuali asam asetat).
•
Dekarboksilasi asam asetat menjadi metan.
•
Oksidasi hidrogen menjadi metan.
Kecepatan degradasi biopolimer tergantung pada jumlah jenis bakteri yang ada dalam reaktor, efisiensi dalam mengubah substrat dengan kondisi-kondisi waktu tinggal substrat di dalam reaktor, kecepatan alir efluen, temperatur dan pH di dalam bioreaktor. Jika substrat yang mudah larut dominan, reaksi substrat dengan kondisi seperti waktu tinggal substrat di dalam reaktor, kecepatan alir efluen, temperatur dan pH yang terjadi di dalam bioreaktor maka reaksi kecepatan terbatas, akan cenderung membentuk metan dari asam asetat dan dari asam lemak dengan kondisi stabil atau steady state. Faktor lain yang mempengaruhi proses antara lain waktu tinggal atau lamanya substrat berada dalam suatu reaktor sebelum dikeluarkan sebagai sebagai supernatan atau digested sludge (efluen). Minimum waktu tinggal harus lebih besar dari waktu generasi metan sendiri, supaya mikroorganisme didalam reaktor tidak keluar dari r eaktor atau wash out. Penanganan limbah secara anaerobik ada 4 jenis proses, yaitu : - Cara Konvensional - Proses Dua Tahap - Proses Dua Tahap dengan Daur Ulang Padatan - Proses Menggunakan Saringan Anaerobik (Loehr, 1977)
Contoh pengolahan secara aerobik antara lain : lagun anaerobik, digester dan filter anaerobik.
Bioremediasi Bioremediasi merupakan suatu teknologi inovatif pengolahan limbah, yang dapat menjadi teknologi alternatif dalam menangani pencemaran yang diakibatkan oleh kegiatan pertambangan di Indonesia. Bioremediasi ini teknik penanganan limbah atau pemulihan lingkungan, dengan biaya operasi yang relatif murah, serta ramah dan aman bagi lingkungan. Bioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan menggunakan mikroorganisme (jamur, bakteri) . Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air) .
Ada dua jenis bioremediasi, yaitu: in-situ (atau on-site) dan ex-situ (atau off-site). Pembersihan onsite adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting (injeksi), dan bioremediasi. Sementara bioremediasi ex-situ atau pembersihan off-side dilakukan dengan cara tanah yang tercemar digali dan dipindahkan ke dalam penampungan yang lebih terkontrol, kemudian diberi perlakuan khusus dengan menggunakan mikroba. Bioremediasi ex-situ dapat berlangsung lebih cepat, mampu me-remediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam, dan lebih mudah dikontrol dibanding dengan bioremediasi in-situ. Bioremediasi ex-situ meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman. Setelah itu di daerah aman, tanah tersebut dibersihkan dari zat pencemar.
Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam praktikum ini antara lain: bak plastik, aer asi, buret, statif, gelas ukur, erlenmeyer, pipet tetes, botol sampel dan aerator. Bahan yang digunakan dalam praktrikum ini antara lain: EM 4, starbio, MnSO4, KOH-KI, amilum, Na2S2O3, H2SO4, air kolam, dan air limbah.
Caranya yaitu, tanah tersebut disimpan di bak/tanki yang kedap, kem udian zat pembersih dipompakan ke bak/tangki tersebut. Selanjutnya zat pencemar dipompakan keluar dari bak yang kemudian diolah dengan instalasi pengolah air limbah. Kelemahan bioremediasi ex-situ ini jauh lebih mahal dan rumit. Sedangkan keunggulannya antara lain proses bisa lebih cepat dan mudah untuk dikontrol, mampu meremediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam. Proses bioremediasi harus memperhatikan antara lain temperatur tanah, derajat keasaman tanah, kelembaban tanah, sifat dan struktur geologis lapisan tanah, lokasi sumber pencemar, ketersediaan air, nutrien (N, P, K), perbandingan C : N kurang dari 30:1, dan ketersediaan oksigen. Bak plastik diisi air sebanyak 10 liter yang terdiri dari 8 liter air kolam dan 2 liter air limbah. Persiapan limbah cair dilakukan 2-3 hari sebelum praktikum. Kemudian diukur kandungan oksigen terlarut dan BOD5 pada awal (0 hari) yaitu sebelum perlakuan, dan 7 hari setelah perlakuan. Perlakuan yang diberikan adalah pemberian starbio dengan aerasi, starbio dengan non aerasi, EM4 dengan aerasi, EM4 dengan non aerasi, aerasi saja dan non aerasi
Proses bioremediasi Contoh bioremediasi bagi lingkungan yang ter cemar minyak bumi. Yang pertama dilakukan adalah mengaktifkan bakteri alami pengurai minyak bumi yang ada di dalam tanah yang mengalami pencemaran tersebut. Bakteri ini kemudian akan menguraikan limbah minyak bumi yang telah dikondisikan sedemikian rupa sehingga sesuai dengan kebutuhan hidup bakter i tersebut. Dalam waktu yang cukup singkat kandungan minyak akan berkurang dan akhirnya hilang, inilah yang disebut sistem bioremediasi.
Kesimpulan 1. Konsep Redoks Redoks dapat digunakan dalam proses proses pemecahan pemecahan masalah lingkungan dan kehidupan sehari-hari. 2. Salah satu penerapan Konsep Redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah. limbah. 3. Pengolahan limbah dibagi menjadi dua, yaitu secara Aerobik dan Anaerobik, yang dibagi lagi menjadi beberapa cara. 4. Tidak hanya hanya pengolahan pengolahan air kotor, Konsep Redoks dapat digunakan digunakan untuk untuk mengatasi permasalahan-permasalahan permasalahan-permasalah an lainnya, salah satunya pengolahan logam.
Daftar Pustaka:
Ebook Memahami Kimia
Ebook Praktis Belajar Belajar Kimia Kimia
Ebook Mudah dan aktif Belajar Kimia Kimia
Ebook Aktif Belajar Kimia
Ebook Panduan Pembelajaran Kimia
http://id.wikipedia.org/wiki/limbah
http://id.wikipedia.org/wiki/Bioremediasi
http://en.wikipedia.org/wiki/Sewage_treatment
http://www.scribd.com/doc/84299364/Pengolahan-Sampah-Secara-Anaerobic
http://www.scribd.com/doc/84299532/Konsep-Redoks-Pengolahan-Air-Kotor
http://bumibersenyum.blogspot.com/2008/02/pengolahan-air-kotor.html
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/limbah-industri/proses-lumpur-aktifactivated-sludge-process/
Tugas Kimia Peran Redoks Terhadap Lingkungan
X-2
