PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2009

KEMAMPUAN 03 UNTUK MENURUNKAN POLUT AN B3INDUSTRI TEKSTIL

Sri Sukmajaya, Y Wasito, Bambang EHBI'uslek Akseleralor dan Proses Bahan - BATAN Yogtakarla

ABSTRAK

KEMAMPUAN 03 UNTUK MENURUNKAN POLUTAN B3 INDUSTRI TEKSTIL.Telah dilakukan percobaan penurunan polutan 83 dengan ozonasi menggunakanozoniser 100 watt, variasi waktu. Tujuan penelitian untuk menegaskan kemampuanoksidator kimia ozon tidak hanya dominan pada absorbsi bau (H2S dan mercaptans)dan warna, tetapi juga menurunkan Iimbah 83 industri texti! (Pb, Cd, Cry. Dari hasilpercobaal1 yang dilakukan maka terjadi penurunan polutan 83, baik untuk Iimbahtekstil PRIMATEX maupun APAC. Pb dari 0,18 ppm menjadi 0,001 ppm pada t = 5menit. Cd dari 0,2 ppm menjadi 0,012 ppm pada t = 45 menit. Cr dari 0,030 ppmmenjadi 0,004 ppm pada t = 15 menit. Cu dari 0,05 ppm menjadi 0,007 ppm pada t =5 menit. Fe dari 0,94 ppm menjadi 0,304 ppm pada t = 5 menit, sedang Mn relatiftetap. Pada Iimbah APAC penurunan: Pb dari 0, 18 ppm menjadi 0,072 ppm pada t = 5menit. Cd dari 0,200 ppm menjadi 0,017 ppm pada t = 5 menit. Cr dari 0,24 ppmmenjadi 0,009 ppm pada t = 5 menit. Cu dari 0,05 ppm menjadi 0,002 ppm pada t = 5menit. Fe dari 3,24 ppm menjadi 0,717 ppm pada t = 5 menit.

ABSTRACT

THE 03 CAPABILITIES FOR DEGRADATION OF TOXIC HEAW METALSPOLLUTANT INDUSTRY. The ozone degradation of toxic heavy metals by 100 wattozone generator in time parameter has been done. These research target for exactly ifozone chemistry oxidator due capable in smell and colour absorbtion (H2S andmercaptans), and toxic heavy metals pollutant of textile industry (Pb,Cd and Crydegradation. The output experiments was indicated toxic heavy metals pollutantdegradation of PRIMA TEX and APAC INTI Corporation wastes. Pb from 0.18 ppm to0.001 ppm in 5 minutes. Cd from 0.2 ppm to 0.012 ppm in 45 minutes. Cr from 0.030ppm to 0.004 ppm in 15 minutes. Cu from 0.05 ppm to 0.007 ppm in 5 minutes. Fefrom 0.94 ppm to 0.304 ppm in 5 minutes, and Mn keep in its concentration. In APACwastes Pb degradation from 0.18 ppm to 0.072 ppm in 5 minutes. Cd from 0.2 ppm to0.017 ppm in 5 minutes. Cr from 0.24 ppm to 0.009 ppm in 5 minutes. Cu from 0.05ppm to 0.002 ppm in 5 minutes. Fe from 3.24 ppm to 0.717 ppm in 5 minutes.

PENDAHULUAN

Setelah ditanda tanganinya Ratifikasi Agenda 2]di Rio de Jainero pada bulan Januari 1992,dimana Indonesia terlibat di dalamnya, makapelaksanaan pembangunan berkelanjutan harus

mempertimbangkan aspek lingkungan hidup danmanusia, dengan pengelolaan limbah padat, cair dangas.

Industri tekstil dalam produksinyamenggunakan bahan kimia yang menghasilkanlimbah cair dengan komposisi beragam, daripertenunan sampai pemlltihan dan penceillpan.

Ozon termasuk disinfektan yang efektifuntuk pengolahan air limbah. Menurut E.P.A., ozonefektif dalam pengolahan senyawa komplek,senyawa kimia beracun diantaranya adalah hidrogencyanida, metil etil keton, acetone, propylene glycol,

benzyl alkohol, xylene, ammonium persulfate,propane, acetic acid, formaldehyde, isopropylalkohol, n butyl acatate, dan yang lain juga untukdeterjen non ion. Ozon mempunyai beberapapengaruh signifikan menghadapi tantanganpermasalahan yang ada pada limbah cair dan dapatdilakukan sebagai alternatif pengolahan secara

<IS ISSN 1410 - 8178 Sri Sukmajaya, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

kimia. Ozon adalah salah satu senyawa yang palingaktif, cepat dan dapat menjadi senyawa yang dapatmengoksidasi, ozon secara cepat terdekomposisimenjadi oksigen dan tidak meninggalkan bekas atauefek kimia setelahnya, reaksi yang terjadi tidakmenghasilkan racun senyawa halogen, ozonbereaksi cepat dan lebih sempurna hasilnya daripada disinfektan pada umumnya, dan juga bereaksicepat dan gesit serta efektif untuk merusak semuastrain virus.

Oksidator kimia pada ciri perlakuan Iimbahcair memakai 03, H202, Mn04, C102, Ch, HOCI, O2yang mengubah komposisi kimia senyawa polutanmenjadi senyawa yang lebih sederhana. Beberapaaplikasi penting oksidasi kimia didalam manajemenlimbah cair, secara konvensional mempunyai tujuansebagai reduksi konsentrasi residu organik, kontrolbau, penghi!angan amonia, reduksi bakteri danvirus. Oksidasi kimia ozon terutama efektif untuk

pengurangan senyawa penimbul bau (sulfida danmercaptans). Perkembangan kini oksidasi kimiamaju dipakai untuk kemampuan treatment senyawaorganik yang tak dapat didegradasi zat bio(refractory), dan untuk menekan efek penghalangsenyawa organik dan anorganik tertentu untukpertumbuhan mikrobia dan flora aquatil. Ozonmempunyai kecenderungan menurunkan limbah B3meskipun kecil, agar lebih optimal pemakaian ozondibantu dengan bahan koagulan.

Bentuk utama skema mekanismepengikatan B3 :

I. Radikal oksigen singlet (0-) daridekomposisi 03 mengandung langkahinisiasi, propagasi dan terminasi

2. Keberadaan material organik dan anorganikdapat menginisiasi, promosi, dan prohibidreaksi radikal berantai.

3. Radikal O2-sangat selektif, yang selanjutnyaakan mendominasi katalisasi dekomposisimolekul ozon.

4. Semua radikal OH- bereaksi dengan padatansebelum radikal tersebut beraksi denganradikallain.

Radikal radikal ini bersinergi dengankomponen organik limbah cair, fotosintetis humataquatic dan aerasi udara ambient akan mampumendekomposisi dan mendegradasi poJutan kation133 (Pb, Cd, Cr).

TAT A KERJA

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan adalah HN03,

bahan standar Cu, Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, Mg, Ca Na,K, Mn dan Zn, bahan kalibrasi KI, 12, KH2P04,.

Alat yang dipakai adalah peralatan gelas, pH meter,spektronik 20, AAS, generator ozon 100 watt.

Metoda

Kalibrasi ozonizerDilakukan kalibrasi alat ozonizer 100 watt

dengan mengalirkan gas ozon ke larutan standariodium hingga diperoleh data absorbansi vs m112'

Perlakuan LimbahLimbah cair pabrik tekstiJ APAC dan

Primatex diambil 50 ml dan dialiri ozon variasiwaktu, dari 5, 15, 30, 45, dan 60 menit. Setelahozonasi, larutan didiamkan selama 24 jam,kemudian disaring dan dianalisis dengan AAS.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, makadiperoleh hasil sebagai berikut :

Kalibrasi Ozoniser

Tabel 1. Standar Kecil h

ml,h Absorbansi0,2

0,2150,3

0,3400,4

0,4200,5

0,4950,7

0,5800,9

0,6801,0

0,690

Tabel 2. Standar Besar 12

ml,12 Absorbansi2

0,2603

0,4004

0,5305

0,6206

0,7007

0,7908

0,8759

0,95010

1,000

t, menAbsorbansi

I0,380

20,465

30,845

40,920

61,300

Data kalibrasi 12 besar digunakan karenaproses oksidasi ozon terhadap larutan 12

berlangsung hingga membentuk ion iodat (103- ke104-).

Reaksi dasar yang menjadi prinsip analisisini adalah :

(1)

Sri Sukmajaya, dkk. ISSN 1410 - 8178 49

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan

VOQvakarta, 29 Agustus 2009

Komplikasi reaksi menghasilkan 2 mol ionhidroksid per ozon yang dikonsumsi. Meskipunozon adalah salah satu bahan oksidator terkuat yangdiketahui di dalam larutan asam.

03(gas)+2H-(aquaeus)+2e- ~02(gas)+H20(liquid) (2)

Eo = + 2,07 volt

03(gas)+H20(liquid)+2e- ~02(gas)+20H-(aquaeus) (3)

Eo = + 1,24 volt

Dekomposisi ini berlanjut sampaipenurunan yang tajam di dalam larutan-Iarutanalkali. Di dalam prinsip larutan iodine menhasilkanion hypoiodite mengikuti reaksi :

12+ 20H- ~ I- + 10-+ H20 (4)

Reaksi berlangsung cepat, kemudian timbulkomplikasi oleh kecenderungan hypoiodite kebentuk iodat dan ion ion iodit.

Pembentukan ion iodat mengikuti reaksikuantitatif:

3 12+ 6 OH- ~ 5 I- + 103- + 3 H20 (6)

Reaksi [2 dengan 03 menuju penyusutanbesar di dalam energi bebas :

12+ 5 03 + H20 ~ 5 02 + 2 103- + 2 H+ (7)

Delta G = -841 kj/mol12

Kalibrasi keluaran ozon dianggap ekivalendengan oksidator [2, meskipun didalam reaksi lanjutakan terbentuk [odit dan [odat.

Dari Tabel 1 dan 2 diperoleh persamaan Y= 0,942 + 4,119 X dengan r = 0,9996 dan Y = 1,025+ 1,025 X dengan r = 0,9993. dari persamaantersebut dengan menggunakan rumus:

ppm,03 = Ilmol 03 x 4,45 / VsJlmol 03 = Ilmol 03 ditentukan dan kurva

kalibrasi24,45 = volume molar 03 (Illlllmo[) pada 25

°C dan 760 TorrVs = volume sample udara dalam 1 liter

pada 25°C dan 760 Torr.Dari perhitungan dengan menggunakan

persamaan di atas diperoleh keluaran ozon sebesar7,2 ppm atau 1,17 mg/jam (standar kecil) dan 41,9ppm atau 5,39 mg/jam (standar besar).

Reduksi azo dyes (senyawa pencelupankain) memicu pemecahan ikatan azo (-N=N-), yangmembayangi fragmentasi molekul azo dye ke dalamsenyawa 2 amino (RNH2). Reaksi Reduksimenjelaskan reduksi berkala (pemucatan warna)dari dye, yang diinduksi oleh radikal ketyl ataukarboksil. Reaksi degradasi ini menghasilkananiline yang menyengat.

Tabel3. Hasil ozonasi limbah Primatex.

Tabel4. Hasil ozonasi limbah APAC.

Aniline

produk sederhana

(C02, H:O)

~ mol menengah ~

diok sigena si

Acid Red I

Mol organ k

(BOD)

T, mntKadar, ppm

NaMgCaPbFeCdCrCu

Blanko26805,27622,9340,1803,2400,2000,2400,050

526165,11018,4200,0720,7170,0170,0090,002

1524365,10418,7000,0610,6100,0140,0130,003

3026344,97418,7800,0510,5030,0090,0130,021

4524605,14433,0080,0570,2650,0070,0080,006

6025047,48819,6800,0380,4460,0110,0070,002

T, mnt

Kadar, ppm

K

NaMgCaPbFeCdCrCuMn

Sianko

36,715490,2807,150,0180,9400,2000,0300,0500,021

534,916610,2636,750,0010,3040,0160,0210,0070,018

1535,616200,5717,530,0230,2920,0140,0040,0080,019

3035,916220,6629,300,0110,3470,0140,0040,0080,018

4532,915230,9829,58-0,2910,012-0,0060,015

6033,715050,84115,81-0,3480,0140,0050,0090,021

Reaksi Reduksi :

Zat warna Acid Red 1 (maupun methyleneblue) akan direduksi oleh donor elektronmembentuk gugus NH2. Sedang oksigen singletakan bersinergi dengan produk degradasi organiksederhana (C02 dan H20), membentuk radikal OWReaksi lanjut ini yang memungkinkan polutan B3dapat diikat oleh garam organik yang dapatdipisahkan sebagai flok.

Keseluruhan reaksi untuk oksidasi molekul

organik termasuk BOD, yang bersinergimenurunkan polutan B3 (termasuk fenol danmetilen biru) sebagai contoh aplikasi ozon :

03 03

Oksidasi kimia terhadap senyawa organikyang tak dapat didegradasi oleh zat bio memerlukandosis khusus 03• Dosis bertambah sesuai tingkatperlakuan, dengan indikasi senyawa organik yangtinggal sesudah perlakuan biologi, yaitu dengancara dicampurkan pada senyawa organik polar beratmolekul ringan dan senyawa organik komplek yangmuncul di sekitar struktur cincin benzene. Karenakompleksitas yang berhubungan dengan komposisilimbah cair, maka dosis ozon untuk penghilangan

Perlakuan Limbah

(5)310-~ 21-+ 103-

50 ISSN 1410 - 8178 Sri Sukmajaya, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

NH, NIl, NIl, NH

I .H,O I ~ I .RO. IOR-C~O + OR. -> No-C.' -> Pb-C-OO.No -> No-Pb~OI , (Pb) I ISO,No SO, so, so,

senyawa organik refractory (sui it ditreatment)menjadi tak dapat diturunkan dari stoikiometrikimia.

Limbah B3 seperti Pb, Cd, Cr didalamindustri tekstil umumnya berasal dari.penambahanbahan anorganik didalam utilitas proses, daripemintalan, pencerahan warna, kelenturan danpengawetan. Sebagian kecil limbah B3 juga berasaldari senyawa organik zat pewarna dan zat aditiflainnya.

P~SO¥ + N>tN0,

Reaksi Oksidasi lanjut dari azo dye acid red1 oleh radikal hidroksil dan oksigen, yang berasaldari hasil dekomposisi ozon.

Pengamatan B3 yang diwakili Pb,Cd,Crmerupakan logam berat berbahaya. Sedang Ca danMg mengindikasikan telah dilakukan pemberiansusu kapur/treatment awal pada fasilitas IPALpabrik. Kation- kation Fe, Mn, Cu,Ni adalah bahanreduktor/oksidator selama proses alir tekstil. Jadieksplorasi pengamatan dilakukan secara matrik dankomprehensip untuk menggambarkan kompleksitaskomposisi Iimbah, efek radikal ion dan penghalangozonasi.

'!!z0 co!+PbSOr NH/+ Nil'

NH, NO,I .H,O I ~C=O .. ' OK. -> Na-C. + -">I ISO,Na so,

N~ NO,

P~-t-OO.No OJ. I-.-Na -> c~t+I Iso, SO,

ppm pada t = 5 menit. Fe dari 3,24 ppm menjadi0,717 ppm pada t = 5 menit.

DAFT AR PUST AKA

1. METCALF and EDDY., " WastewaterEngineering Treatment and Reuse"., FourthEdition, Me Graw Hill, New York (2003).

2. HOEBEN, WILHELM US FREDERIKLAURENS MARIA,. " Pulsed Corona ­Induced Degradation of Organic Materials inWater", Technische Universiteit Eindhoven,Proefschrift, ISBN 90-386- I549-3,NUGI 812.(2000)

3. KOGELSSCHA TZ., Ozon generation fromOxygen and air., Discharge Phystis AndMechanism. Ozon & Engineering, vol 10.(1999)

4. COOPER., The Textile Industry Noyes DateCorporatin., Park Ridge., NJ (1978)

5. POTTER. C.dkk., Limbah Cair BerbagaiIndustri di Indonesia., EMDI-BAPEDAL,Jakarta. (1994).

6. SUGIARTO., Dasar-dasar Pengolahan airLimbah., UI Press. Jakarta. (1997)

7. USADA WIDDI. dkk., Konstruksi SumberDaya Generator Ozon., Prosiding P3TMBATAN. Yogyakarta, (2001)

8. (http://www.finewaterimports.com/water .imports/artic1es/43/) diakses tanggal 25 Juni 2008

9. (http://www.spartanwatertreatment.com/reaction.html) diakses tanggal 25 Juni 2008

TANYA JAWAB

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan yang telah dilakukanmaka dapat disimpulkan bahwa oksidator kimia 03cenderung menurunkan polutan dari limbahPrimatex yaitu Pb dari 0,18 ppm menjadi 0,001ppm pada t = 5 menit. Cd turun dari 0,2 ppmmenjadi 0,0 I2 ppm pada t = 45 menit. Cr turun dari0,030 ppm menjadi 0,004 ppm pada t = 15 menit.Cu turun dari 0,05 ppm menjadi 0,007 ppm pada t =5 menit. Fe turun dari 0,94 ppm menjadi 0,304 ppmpada t = 5 men it, sedang Mn relatif tetap. Padalimbah APAC terjadi penurunan sebagai berikut :Pb dari 0,18 ppm menjadi 0,072 ppm pada t = 5menit. Cd dari 0,200 ppm menjadi 0,017 ppm pada t= 5 menit. Cr dari 0,24 ppm menjadi 0,009 ppmpada t = 5 menit. Cu dari 0,05 ppm menjadi 0,002

Suparno:~ Apayang dimaksud propagasi Pb? Apakah

berlaku terhadap Cd dan Cr?~ Mengapa penurunan B3 tidak optimal sampai

batas ambang B3 yang dijinkan?

Sri Sukmajaya:~ Propagasi Pb adalah destabilisasi kation dari

ikatan garamnya oleh oksidasi ozon, radikalhidroksil, oksigen singlet dan oksidan radikal.Propagasi artinya meperbanyak kationdestabil (Pb' 'j untuk mengikat polwanorganik.

~ Untuk optimal harus digabung dengan UV­H202 dalam bentuk sistem proses oksidasimaju.

Sri Sukmajaya, dkk. ISSN 1410 - 8178 51