elektrokoagulasi

Petunjuk Praktikum Pengolahan “Air Buangan/Limbah”

ELEKTROKOAGULATOR

1. Tujuan Percobaan

Mahasiswa mampu memahami koagulasi beserta factor-faktor yang

mempengaruhi pada pengolahan limbah (logam) dengan metode elektrolisa

2. Alat dan bahan

Alat :

Beaker glass 1 liter (2 liter) 2 buah

Plat 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 10 buah

Pipet ukur 25 ml

Bahan :

Limbah logam (elektroplating)

Limbah elektroplating buatan yaitu 4,5 gr NiSO4.6H2O 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

dibuang dan larutan pembersih maupun larutan plating yang telah kotor.

48


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 E0 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 (E0 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


∆Gº = - n FE0 E0 sel …. ………………………(1)

dengan ∆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 E0 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+ H-

3

1

Gambar 1. Proses elektrolisa (Reaktor Elektrokoagulator)

1. Reactor elektrokoagulator

2. a. Elektroda Aluminium (anoda)

b. Elektroda Aluminium (katoda)

3. Larutan limbah logan (elektroplating)

4. Power supply.

50


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

hidroksidanya. Hiddroksida logam biasanya berupa sel, sulit mkengendap

51


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 ion-

ion 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 H2O + 2 e 2 OH- + H2

Reaksi dalam sel :

Al + 2 H2O Al3+ + H2 + 2 OH-

Reaksi dalam elektrolit :

A2+ + SO42- + Al3+ + 5 H2O Al(OH)2 + Al(OH)3 + H2SO4 + 4 H4

Gambar 2. Proses Pembentukan Flok.

Koagulasi (Penggumpalan)

Koagulasi adalah proses penambahan (dalam hal ini adalah

pembentukan) bahan kimia untuk menstabilisasi partikel koloid dan

53

Al(OH)3 Al(OH)3

A(OH)2Al(OH)3

Al(OH)3 A(OH)2

Al(OH)3


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, Al2(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)

Arus ( I ) (ampere)

10 20 30 40 50 60

1

3

7

LAPORAN RESMI

55


56

elektrokoagulasi

Documents

Transcript of elektrokoagulasi