BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Limbah Cair Tekstil

Limbah cair merupakan air bekas yang sudah tidak terpakai lagi sebagai hasil

dari berbagai kegiatan manusia sehari-hari. Air buangan industri tekstil yang

menggunakan bahan-bahan kimia banyak mengandung zat pencemar/racun yang

dapat mengakibatkan gangguan terhadap lingkungan, kehidupan manusia,

binatang maupun tumbuh-tumbuhan. Zat warna dapat mengakibatkan penyakit

kulit dan yang sangat membahayakan adalah dapat mengakibatkan kanker kulit

(Sugiharto, 1987). Dengan banyaknya zat pencemar yang ada di dalam limbah,

akan menyebabkan kadar oksigen yang terlarut dalam air menurun. Hal ini

mengakibatkan ikan dan mikroba di dalam air akan mati, juga dapat menimbulkan

kerusakan pada tanaman atau tumbuhan air, sehingga proses self purification yang

seharusnya dapat terjadi pada air limbah menjadi terhambat (Sugiharto, 1987).

Karakteristik air limbah dapat dibagi menjadi tiga yaitu:

1.Karakteristik Fisika

Karakteristik fisika ini terdiri dari beberapa parameter, diantaranya :

a. Total Solid (TS)

Merupakan padatan didalam air yang terdiri dari bahan organik maupun

anorganik yang larut, mengendap, atau tersuspensi dalam air.

6

7

b. Total Suspended Solid (TSS)

Merupakan jumlah berat dalam mg/l kering lumpur yang ada didalam air

limbah setelah mengalami penyaringan dengan membrane berukuran 0,45

mikron (Sugiharto, 1987).

c. Warna.

Pada dasarnya air bersih tidak berwarna, tetapi seiring dengan waktu dan

menigkatnya kondisi anaerob, warna limbah berubah dari yang abu-abu menjadi

kehitaman.

d. Kekeruhan

Kekeuhan disebabkan oleh zat padat tersuspensi, baik yang bersifat organik

maupun anorganik.

e. Temperatur

Merupakan parameter yang sangat penting dikarenakan efeknya terhadap reaksi

kimia, laju reaksi, kehidupan organisme air dan penggunaan air untuk berbagai

aktivitas sehari-hari.

f. Bau

Disebabkan oleh udara yang dihasilkan pada proses dekomposisi materi atau

penambahan substansi pada limbah. Pengendalian bau sangat penting karena

terkait dengan masalah estetika.

Kekeruhan pada dasarnya disebabkan oleh adanya zat-zat koloid yaitu zat yang

terapung, serta terurai secara halus, jasad-jasad renik atau benda lain yang tidak

mengendap segera. Warna air berkaitan erat dengan zat-zat koloid yang

tersuspensi di dalamnya. Masalah warna dan bau dapat dilacak dari bermacam-

8

macam zat pencemar, misalnya zat kimia pembersih maupun zat kimia terlarut

mengandung bau (Hardisubroto, 1989).

2. Karakteristik kimia

Chemical Oxygen Demand (COD)

Adalah banyaknya oksigen yang di butuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan

organik secara kimia.

Reaksi:

+ 95% terurai Zat Organik + O2 CO2 + H2O

(Hanum, 2002).

Chemical Oxygen Demand merupakan ukuran yang baik, karena memberikan petunjuk

tentang jumlah materi yang terdegradasi oleh makhluk hidup dan materi yang bersifat

racun atau toksik (Hardisubroto, 1989). COD dinyatakan dalam ppm (part per

milion) atau ml O2/ liter (Alaerts & Santika, 1984).

2.2 Elektrokoagulasi

Proses elektrokoagulasi merupakan gabungan dari proses elektrokimia dan

proses koagulasi flokulasi. Sel elektrokimia adalah sel yang menghasilkan transfer

bentuk energi listrik menjadi energi kimia atau sebaliknya, melalui saling interaksi

antara arus listrik dan reaksi redoks. Kajian yang mempelajari perubahan kimia

oleh sebab adanya transfer elektron disebut elektrokimia, dan proses koagulasi

dengan menggunakan koagulan yaitu suatu proses destabilisasi dan penggabungan

dari partikel-partikel koloid dan halus yang tersuspensi dengan menggunakan

bahan koagulan. Koagulan yang banyak digunakan adalah kapur, tawas, dan

9

kaporit. Pertimbangan pemberiannya adalah karena garam-garam Ca, Fe, dan

lainya yang bersifat tidak larut dalam air akan mengendap bila bertemu dengan

sisa-sisa basa (Kusnaedi, 1995).

Proses elektrokoagulasi memiliki kelebihan dan kekurangan dalam mengolah

limbah cair.

a. Kelebihan Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi dalam pengolohan limbah sudah dilakukan sejak ratusan

tahun yang lalu, tetapi pada abad 20 ini telah ditemukan berbagai pengembangan

teknologi tentang elektrokoagulasi, berikut ini kelebihan dari elektrokoagulasi :

1. Elektrokoagulasi memerlukan peralatan sederhana dan mudah untuk

dioperasikan.

2. Flok yang dihasilkan elektrokoagulasi ini sama dengan flok yang dihasilkan

koagulasi biasa.

3. Keuntungan dari elektrokoagulasi ini lebih cepat mereduksi kandungan

koloid/partikel yang paling kecil, hal ini disebabkan pengaplikasian listrik

kedalam air akan mempercepat pergerakan mereka didalam air dengan

demikian akan memudahkan proses.

4. Gelembung-gelembung gas yang dihasilkan pada proses elektrokoagulasi ini

dapat membawa polutan ke atas air sehingga dapat dengan mudah dihilangkan.

5. Dapat memberikan efisiensi proses yang cukup tinggi untuk berbagai kondisi,

dikarenakan tidak dipengaruhi temperatur.

6. Tidak diperlukan pengaturan pH.

7. Tanpa menggunakan bahan kimia tambahan.

10

b. Kelemahan Elektrokoagulasi

Ada beberapa kekurangan elektrokoagulasi ini, berikut ini kekurangan dari

proses elektrokoagulasi :

1. Tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah cair yang mempunyai sifat

elektrolit cukup tinggi dikarenakan akan terjadi hubungan singkat antar

elektroda.

2. Besarnya reduksi logam berat dalam limbah cair dipengaruhi oleh besar

kecilnya arus voltase listrik searah pada elektroda, luas sempitnya bidang

kontak elektroda dan jarak antar elektroda.

3. Penggunaan listrik yang mungkin mahal.

Proses elektrokoagulasi melibatkan peristiwa elektrolisis, yaitu peristiwa

dimana energi listrik dengan arus searah digunakan untuk menginduksi reaksi

redoks yang tidak spontan sehingga terjadi dekomposisi material elektroda

(anoda) dan elektrolit (Suaib, 1994). Reaksi yang terjadi pada sistem ini yaitu:

Anoda (+) :

1. Logam anoda akan teroksidasi menjadi kation logam: M → M+n + n e

2. Ion OH- dari suatu basa akan mengalami oksidasi membentuk gas oksigen

(O2):

4 OH-(aq) → 2 H2O(l) + O2 (g) + 4 e

3. Anion-anion lain (SO4-2, SO3-) tidak dapat dioksidasi dari larutan, yang akan

mengalami oksidasi adalah H2O membentuk gas oksigen (O2) pada anoda:

2 H2O(l) → 4 H+(aq) + O2 (g) + 4 e

11

Katoda (-) :

1. Ion-ion logam yang terdapat dalam larutan akan mengalami reduksi:

M+n + n e → M

2. Jika larutan mengandung ion-ion logam alkali dan alkali tanah, maka ion-ion

ini tidak dapat direduksi dan yang mengalami reduksi adalah air, dan terbentuk

gas hidrogen (H2) pada katoda:

2 H2O(l) + 2 e → 2 OH-(aq) + H2 (g)

3. Ion H+ dari suatu asam akan direduksi menjadi gas hidrogen yang akan bebas

sebagai gelembung-gelembung gas:

2 H+(aq) + 2 e → H2 (g)

Ketika arus searah dialirkan, maka elektron yang mengalir melalui anoda akan

diterima oleh material anoda, dan untuk mengalirkan elektron tersebut agar

sampai kekatoda, maka material anoda akan teroksidasi dengan melepaskan

sejumlah elektron (Suaib, 1994; Andrianto, dkk., 2001). Elektron-elektron

tersebut mengalir melalui fase elektrolit (air) dan diterima oleh katoda, sehingga

dikatoda terjadi reduksi yaitu penyerapan elektron oleh elektrolit dan kontaminan

logam. Elektolit pada proses elektrokoagulasi adalah air yang akan

terdekomposisi mengalami reduksi dan oksidasi.

Pelarutan dari anoda logam bertujuan untuk memproduksi terus menerus ion-

ion logam. Kation logam M+ yang dihasilkan selanjutnya akan bergabung dengan

ion OH- yang dihasilkan dari reduksi H2O maupun dari suatu basa, sehingga

terjadi koagulasi membentuk endapan M(OH)n. Bila larutan tersebut mengandung

koloid maka reaksi pembentukan flok akan segera terjadi. Koloid-koloid

12

umumnya bermuatan negatif. Flok M(OH)n yang mengandung muatan positif

selanjutnya akan mendestabilisasi dan menurunkan gaya tolak menolak antar

partikel koloid. Lapisan difusi akan mengecil dan memungkinkan bekerjanya gaya

tarik menarik antar partikel koloid dengan ion-ion dari elektrolit yang muatannya

berlawanan. Diharapkan muatan ini dapat dinetralkan, sehingga terjadi

penggumpalan partikel-pertikel polutan yang akhirnya dapat diendapkan. Dari

reaksi di tersebut, akan dihasilkan gas H2 pada katoda dan O2 pada anoda, dan flok

M(OH)n. Adanya gelembung-gelembung gas tersebut menyebabkan flok kotoran

yang lebih ringan terangkat ke permukaan. Selanjutnya apabila di dalam limbah

terdapat ion-ion logam, maka pada daerah katoda akan terjadi reduksi dari kation

menjadi bentuk logam netral yang akan terikat secara fisik dengan flok-flok

M(OH)n, sehingga ketika flok-flok tersebut telah mencapai berat tertentu untuk

dapat mengendap, maka akan mengendap bersama logam-logam dan partikel-

pertikel polutan lainnya dengan kecepatan pengendapan tertentu, dan buih akan

terpisahkan pada unit filtrasi. Oleh sebab itulah proses ini bisa menurunkan

padatan tersuspensi, kekeruhan dan kadar kontaminan lainnya.

Gambar 2.2 Proses Pengikatan Polutan Pada Teknik Elektrokoagulasi

(Holt,P. 2006).

13

Interaksi yang terjadi dalam larutan pada gambar 2.1 yaitu :

1. Migrasi menuju muatan elektroda yang berlawanan (elektroporesis) dan

netralisasi muatan.

2. Kation atau ion hidroksil membentuk sebuah endapan dengan pengotor.

3 .Interaksi kation logam dengan OH- membentuk sebuah hidroksida, dengan sifat

adsorpsi yang tinggi selanjutnya berikatan dengan pollutan (bridge

coagulation).

4. Senyawa hidroksida yang terbentuk membentuk gumpalan (flok) yang lebih

besar 5. Oksidasi pollutan sehingga sifat toksiknya berkurang.

6. Sesudah flok terjadi,gas H2 membantu Flotasi dengan membawa pollutan

kelapisan buih flok di permukaan cairan.

2.3 Oksidasi Elektrokimiawi yang Termediasi

Oksidasi elektrokimiawi yang termediasi merupakan salah satu proses yang

dapat digunakan untuk mendekstruksi polutan organik dan telah dilakukan untuk

reaksi mineralisasi polutan organik melalui sejumlah penelitian. Dalam oksidasi

elektrokimiawi yang termediasi dapat menunjukkan perilaku redoks dari ion

logam yang dioksidasi melalui sel elektrokimia dan juga digunakan sebagai

oksidan untuk mineralisasi polutan organik yang beracun kedalam bentuk CO2

dan air (Matheswaran et al., 2006).

Oksidasi elektrokimiawi yang termediasi dikembangkan pertama kali di pusat

riset Chevron oleh Clark dan kawan-kawan. Oksidasi elektrokimiawi yang

Dari Sumber listrik

14

termediasi efektif untuk mendekstruksi senyawa organik. Oksidasi elektrokimiawi

yang termediasi adalah suatu proses yang meliputi suatu mediator redoks yang

dapat mengoksidasi senyawa organik yang larut dalam medium cair (Farmer &

Chiba, 1994).

Proses oksidasi elektrokimiawi yang termediasi, campuran limbah organik

yang berbahaya dapat didekstruksi pada suhu ambien ( kurang dari 100oC) dan

tekanan atmosfer. Dalam proses oksidasi elektrokimiawi yang termediasi, oksidan

mediator diperbaharui secara terus menerus oleh sel elektrokimia untuk

memperkecil produksi limbah sekunder (Matheswaran et al., 2006). Sistematika

reaksi mediator-substrat telah dimodifikasi oleh Andrieux dan Saveant pada tahun

1984, seperti pada Gambar 2.1

Gambar 2.3 Gambaran sistematik proses mediasi oksidasi elektrokimia yang terdiri dari mediator, asam sulfat sebagai medium, substrat, endapan mediator, termasuk gas hidrogen, gas evolusi, dan produk lain (Ibanez et al., 1997).

15

MED− MED+ + e (MED−

/ MED+: pasangan mediator )

MED+ + OM OM+ + MED− (OM/OM+: pasangan substrat)

Arti : MED− adalah bentuk mula-mula dari mediator

MED+ adalah bentuk aktif mediator yang dioksidasi

OM adalah jenis senyawa organik

OM+ adalah produk yang dioksidasi

(Ibanez et al., 1997).

Teknologi elektrokimia menawarkan alat yang ideal untuk masalah

lingkungan. Metode tersebut aman, tidak menambah zat baru, tidak menambah

volume limbah, berlangsung pada suhu rendah dan menghasilkan degradasi yang

dapat dimanfaatkan ke bentuk lain. Selain itu senyawa berbahaya dapat diubah

menjadi komponen yang tidak berbahaya seperti karbon dioksida, gas nitrogen, air

(gas buangan tidak beracun) dan tidak menimbulkan limbah sekunder.

2.4 Besi

Elektroda dalam proses elektrokoagulasi merupakan perangkat vital karena

selain untuk menghantarkan arus listrik ke dalam larutan agar terjadi suatu reaksi

perubahan kimia, juga sebagai agen koagulan (anoda). Elektroda tempat terjadi

reaksi reduksi disebut katoda, sedangkan tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut

anoda. Sebuah elektroda bipolar adalah sebuah elektroda yang berfungsi sebagai

anoda dari sebuah sel dan katoda bagi sel lainnya (Purwaningsih, 2008).

Sel elektrolisis secara umum elektroda yang digunakan bersifat inert, karena

tidak diinginkan terjadi reaksi pada elektroda, sehingga elektroda lebih tahan

16

lama. Namun bukan berarti logam-logam reaktif tidak dapat digunakan sebagai

elektroda (Andrianto, dkk., 2001). Dalam teknik elektrokoagulasi logam reaktif

digunakan sebagai elektroda terutama anoda, agar dihasilkan agen koagulan.

Beberapa material elektroda yang pernah digunakan yaitu; aluminium, besi,

stainless steel dan platina. Dengan menggunakan elektroda besi, Fe(OH)n dengan

n = 2 atau 3 akan terbentuk pada anoda. Mekanisme oksidasi dan reduksi yang

terjadi secara simultan pada anoda dan katoda besi adalah (Gambar 2.3) (Mollah

et al., 2001; Daneshvar et al., 2003) :

Mekanisme 1 :

Anoda : Fe (s) → Fe+2 (aq) + 2 e-

4 OH- (aq)→ 2 H2O(l) + O2 (g) + 4 e

Katoda : 6 H2O(l) + 6 e- → 3 H2 (g) + 6 OH-(aq)

keseluruhan : Fe(s) + 4 H2O(l) → Fe(OH)2 (s) + 3 H2 (g) + O2 (g)

Mekanisme 2 :

Anoda : 2 Fe (s) → 2 Fe+3 (aq) + 6 e-

4 OH-(aq) → 2 H2O(l) + O2 (g) + 4 e

katoda : 10 H2O(l) + 10 e- → 5 H2 (g) + 10 OH- (aq)

keseluruhan : 2 Fe (s) + 8 H2O(l) → 2 Fe(OH)3 (s) + 5 H2 (g) + O2 (g)

17

Gambar 2.4. Proses Elektrokoagulasi dengan Elektroda Besi (Hari, 2010)

2.5 Mediator

Mediator merupakan zat yang berfungsi sebagai perantara dalam mendegradasi

Senyawa organik pada proses oksidasi elektrokimiawi yang termediasi. Syarat-

syarat zat yang dapat digunakan sebagai mediator, yaitu:

1.Tidak beracun

2.Cocok sebagai donor elektron

3. Mudah dioksidasi menjadi bentuk aktifnya dengan cepat

4. Dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama

(Farmer et al., 1994).

2.5.1 Besi (II) Sulfat Sebagai Mediator

Besi (II) sulfat diproduksi dalam bentuk kristal bewarna hijau atau butiran

dengan kandungan Besi (II) sulfat kira-kira 55 %. Biasanya digunakan bersama-

sama dengan kapur untuk menaikan pH sehingga ion besi (II) terendapkan dalam

18

bentuk besi (III) hidroksida (Fe(OH)3). Besi (II) sulfat kurang sesuai untuk

menghilangkan warna akan tetapi sangat baik untuk pengolahan air yang

mempunyai alkalinitas, kekeruhan dan DO (Dissolved Oxigen) yang tinggi.

Kondisi pH yang sesuai antara 9-11. Besi (II) sulfat lebih murah dibanding alum

tetapi pengolahan air dengan menggunakan besi (II) sulfat memperbesar

kesadahan air.

2.6 Hidrogen Peroksida Sebagai Pengoksidasi

Hidrogen peroksida dengan rumus H2O2 merupakan bahan kimia anorganik

yang memiliki sifat oksidator kuat, bahan baku pembuatan hidrogen peroksida

adalah gas hidrogen (H2) dan gas oksigen (O2). Hidrogen peroksida tidak

berwarna, berbau khas agak keasaman dan larut dengan baik dalam air. Dalam

kondisi normal (kondisi ambien), hidrogen peroksida sangat stabil dengan laju

dekomposisi kira-kira kurang dari 1% per tahun. Mayoritas penggunaan hidrogen

peroksida adalah dengan memanfaatkan reaksi dekomposisi yang menghasilkan

oksigen. Selain menghasilkan oksigen, reaksi dekomposisi hidrogen peroksida

juga menghasilkan air dan panas. Reaksi dekomposisi eksotermis yang terjadi

adalah sebagai berikut:

H2O2(aq) → H2O(l) + ½ O2(g)

Hidrogen peroksida dapat digunakan sebagai zat pengelantang atau bleaching

agent pada industri pulp, kertas, dan tekstil. Senyawa ini juga bisa dipakai peda

proses pengolahan limbah cair, industri kimia, pembuatan deterjen, makanan dan

minuman, medis, serta industri elektronika.

19

Salah satu keunggulan hidrogen peroksida dibandingkan oksidator yang lain

adalah sifatnya yang ramah lingkungan karena tidak meninggalkan residu yang

berbahaya. Kekuatan oksidatornya pun dapat diatur sesuai dengan kebutuhan

(Skuler, 2007).