HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan
4.5 Analisis Efisiensi Penyisihan Logam Besi (Fe)
Besi (Fe) adalah salah satu logam berat esensial yang mana keberadaannya sangat diperlukan oleh organisme hidup dalam jumlah tertentu, akan tetapi juga akan menjadi berbahaya apabila berlebih. Menurut Partington, 1975 dalam Armin, 2013 besi merupakan komponen kerak bumi yang persentasenya berkisar 5%, di alam besi tidak ditemukan dalam bentuk murni melainkan dalam bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti Hematin (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), dan Pyrit (FeS2). Kandungan logam besi dalam air dapat bersumber dari tanah, selain itu dapat pula bersumber dari aktivitas manusia berupa sampah yng mengandung unsur besi (Fathirizki, dkk, 2018)
Pada air besi memiliki sifat redoks, pembentukan kompleks dan metabolism oleh mikroorganisme. Pada umumnya besi dengan bilangan oksidasi rendah yakni Fe (II) ditemukan dalam air tanah dibandingkan dengan Fe (III) karena air tanah tidak berhubungan dengan oksigen pada atmosfer. Untuk logam Fe (II) dalam kondisi tidak ada oksigen akan tampak jernih, dan Ketika terjadi oksidasi oksigen dari atmosfer ion ferro akan menjadi ferri yang tampak keruh. Besi terlarut juga dapat berupa senyawa tersuspensi seperti Fe(OH)3, FeO, dan Fe2O3 (Arba. H N, 2017). Ketika konsentrasi besi dalam air melebihi batas akan menyebabkan masalah seperti gangguan teknis berupa endapan korosif, gangguan fisik berupa timbulnya warna, bau, dan rasa yang tidak enak serta juga dapat mengakibatkan gangguan Kesehatan pada manusia (Firmansyaf, dkk, 2013).
Dalam penelitian ini analisa kandungan Fe pada air lindi dilakukan sesuai SNI 6989.4-2009 yaitu secara spektrofotometri serapan Atom (SSA). Hasil analisa tersebut diplot kedalam bentuk grafik.
Pada tegangan 4 volt dan waktu kontak 15 menit menunjukkan efisiensi paling rendah yakni sebesar 45,62%, sedangkan efisiensi tertinggi pada perlakuan tegangan 4 volt dengan waktu kontak 45 menit sebesar 55,56%. Kemudian pada tegangan 8 volt dengan waktu kontak 15 menit terjadi penurunan efisiensi, dimana diperoleh sebesar 52,38%, yang kemudian mengalami peningkatan kembaliuntuk perlakuan tegangan 8 volt dengan waktu 30 dan 45
IV-10 menit yaitu masing-masing sebesar 59,28% dan 66,32%. Penurunan efisiensi tersebut dapat ditimbulkan oleh lapisan yang terbentuk pada katoda yang menutupi elektroda disebut sebagai lapisan impermeabel. Lapisan ini dapat mengurangi transfer ion antara anoda dan katoda, menghambat peluruhan logam dan juga secara tidak langsung bisa menghalangi proses pembentukan hidroksida logam yang merupakan dasar terjadinya proses elektrokoagulasi (Arega and Chavan, 2018 dalam Febrian, 2018). Kemudian pada perlakuan tegangan 12 volt mengalami peningkatan efisiensi untuk waktu kontak 15, 30, dan 45 menit masing-masing sebesar 75,14%, 81,13% dan 83,31%. Dari penelitian ini bisa dilihat Efisiensi penurunan konsentrasi logam Fe dengan elektroda Fe yang paling besar adalah pada perlakuan tegangan 12 volt dengan waktu kontak 45 menit yaitu sebesar 83,31%. Pada penelitian terdahulu oleh Pusfitasari dkk (2018), diperoleh pencapaian efisiensi optimum sebesar 99,791% untuk penurunan konsentrasi logam Fe dengan menggunakan elektroda Fe.
Hal ini menunjukkan bahwa penelitian ini belum mencapai nilai optimum untuk penurunan konsentrasi logam Fe.
Grafik 4.7 Analisa perlakuan waktu dan tegangan terhadap efisiensi penyisihan Fe.
Dari grafik 4.7 ditunjukkan bahwa terjadi peningkatan efisiensi penurunan konsentrasi logam besi seiring dinaikkannya tegangan. Menurut Subramayan, 2009 dalam Pusfitasari dkk, 2018, semakin besarnya tegangan yang diberikan pada plat elektroda, maka pembentukan ion hidroksil yang kemudian akan bereaksi dengan Fe2+ akan semakin bertambah dimana dari reaksi tersebut akan dihasilkan koagulan berupa Fe(OH)2. Semakin
0
0 15 menit 30 menit 45 menit
Efisiensi (%)
Waktu Kontak
Fe (Besi)
4 Volt 8 Volt 12 Volt
Universitas Sumatera Utara
IV-11 besar tegangan yang diberikan saat proses elektrokoagulasi akan memperbesar nilai reduksi dan kecepatan reduksi kadar pencemar dalam air. Peningkatan tegangan berbanding lurus dengan jumlah dan massa flok yang yang dihasilkan dalam mengikat kontaminan dalam air (Setianingrum et al., 2016). Berdasarkan Grafik 4.1 juga bisa dilihat semakin lama waktu kontak akan semakin meningkatkan efisiensi penurunan kadar logam Fe. Menurut Yunitasari et al., 2017, Waktu kontak berbanding lurus dengan tegangan listrik, dimana semakin lama waktu pengolahan dan semakin besarnya tegangan yang diberikan pada proses elektrokoagulasi akan meningkatkan nilai efisiensi penyisihan kadar pencemar dalam air, dimana akan semakin banyak ion yang terbentuk untuk pengikatan kontaminan di dalam air.
(a)
IV-12 (b)
Gambar 4.1 Pembentukan flok yang terangkat ke atas permukaan (a) 4 Volt dengan waktu kontak 15 menit, (b) 12 Volt dengan waktu kontak 45 menit.
Pada Gambar 4.1 ditunjukkan bahwa terjadinya pembentukan flok pada reaktor disekitaran elektroda. Dapat dilihat pada Gambar (a) untuk perlakuan tegangan 4 volt dan waktu kontak 15 masih belum terbentuk banyak flok disekitar elektroda, sedangkan untuk Gambar (b) untuk perlakuan tegangan 12 volt dan waktu kontak 45 menit dapat dilihat terbentuk flok hitam yang terangkat keatas disekitar elektroda dan sebagian mengendap ke permukaan reaktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak dan semakin besar tegangan akan semakin mempercepat pembentukan flok, dimana terjadinya reaksi antara ion Fe2+ yang dilepas dari anoda dengan ion OH- dari katoda sehingga terbentuk flok berupa Fe(OH)2 yang kemudian mengendap kedasar dari reaktor, kemudian H2 yang terbentuk dari reduksi H2O oleh katoda akan mangangkat partikel kecil ke permukaan dari air yang diolah.
Mekanisme penyisihan logam Fe yang terjadi selama proses elektrokoagulasi adalah sebagai berikut:
Reaksi katoda : 2H2O(l) + 2e-(aq) → H2(g) + 2OH-(aq)
Reaksi anoda : Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e
-Pembentukan Flok : Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe(OH)2(s)
Pengendapan : Fe(OH)2(s) + Fe2+(aq) → Fe(OH)2Fe(s)
Universitas Sumatera Utara
IV-13 4.6 Analisis Efisiensi Penyisihan Logam Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) merupakan elemen mikro yang juga termasuk kedalam logam esensial sama halnya seperti Fe, dimana sangat dibutuhkan oleh mikroorganisme baik darat maupun perairan , akan tetapi hanya dalam jumlah tertentu. Apabila ditemukan dalam jumlah yang berlebih akan bersifat toksik bagi mikroorganisme sekitar. Konsentrasi logam berat Cu dalam air yang diperlukan mikroorganisme adalah dibawah 0,1 ppm (Cahyani dkk., 2012;
Yuki, 2013 dalam Prasetio, 2016). Menurut Palar (2012) dalam Permata dkk (2018) Sumber alami dari logam berat tembaga (Cu) antara lain adalah dari pengikisan batuan mineral dan dari debu-debu yang mengandung partikulat Cu di udara. Logam berat tembaga (Cu) juga dapat bersumber dari aktivitas manusia baik industri maupun rumah tangga. Konsentrasi tembaga pada air lindi adalah sebesar 1,1 mg/L, dan untuk kadar maksimum logam berat tembaga dalam air limbah adalah sebesar 2,0 mg/L sebagai mana ditetapkan dalam Permen LH No.5/2014 tentang baku mutu limbah yang belum ditentukan.
Pada penelitian ini analisa kandungan Cu pada air lindi dilakukan sesuai SNI 6989.6-2009 yaitu secara spektrofotometri serapan Atom (SSA). Hasil analisa tersebut disajikan kedalam bentuk grafik.
Efisiensi penurunan logam Cu pada perlakuan tegangan 4 volt adalah nilai efisiensi paling rendah, dimana diperoleh nilai sebesar 50,27% dimana proses elektrokoagulasi berlangsung selama 15 menit. Untuk perlakuan tegangan 4 volt, nilai efisiensi penurunan logam Cu yang paling besar adalah 78,27% dengan waktu kontak selama 45 menit. Pada perlakuan tegangan 8 volt dan waktu kontak 15,30 dan 45 menit mengalami peningkatan efisiensi yang cukup signifikan masing-masing sebesar 80,82%, 83,00%, dan 91,55%. Dan untuk perlakuan tegangan 12 volt dengan waktu kontak 15, 30 dan 45 menit nilai efisiensi penurunan konsentrasi logam Cu sudah tidak mengalami peningkatan yang cukup besar seiring dengan peningkatan waktu kontak. Dimana diperoleh nilai efisiensi penurunan konsentrasi logam Cu masing-masing untuk waktu kontak 15, 30 dan 45 menit adalah sebesar 96,09%, 98,36%
dan 99,36%. Hal ini menunjukkan bahwa waktu proses elektrokoagulasi telah sudah memasuki batas waktu optimal sehingga efisiensi penurunan konsentrasi logam Cu tidak terlalu besar. Menurut Alaton et al (2013) dalam Hasibuan (2018) nilai efisiensi penyisihan pencemar akan naik dengan peningkatan waktu kontak, akan tetapi ketika waktu elektrolisis mencapai kondisi optimal, efiisiensi penurunan zat pencemar secara umum menjadi konstan
IV-14
0 15 menit 30 menit 45 menit
Efisiensi (%)
Waktu Kontak
Tembaga (Cu)
4 Volt 8 Volt 12 Volt
dan tidak meningkat dengan peningkatan waktu kontak. Pada penelitian terdahulu oleh Nofitasari R (2012) diperoleh nilai efisiensi penurunan logam Cu dengan menggunakan plat besi sebesar 94,14% dan oleh Veronika T, dkk (2018) dengan nilai efisiensi sebesar 92,068%.
Dari penelitian ini dapat dilihat pengaruh tegangan dan waktu kontak terhadap efisiensi penurunan kadar logam dalam air lindi. Dimana semakin lama proses elektrokoagulasi dan semakin besar tegangan listrik yang diberikan nilai efisiensi seakin meningkat. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan pada elektroda akan memberikan daya yang besar untuk elektroda melepaskan ion Fe2+ dari anoda oleh proses oksidasi yang akan berikatan dengan ion OH- dari proses reduksi air di katoda yang kemudian membentuk endapan berupa Fe(OH)2 yang mengendap pada dasar dari reaktor. Jadi, semakin bertambahnya tegangan listrik saat proses elektrokoagulasi akan banyak flok yang terbentuk dan menempel pada katoda, dimana dalam hal ini reaksi redoks yang terjadi pada elektroda berlangsung baik sehingga nilai efisiensi penurunan kadar pencemar meningkat (Veronika T, dkk., 2018).
Berdasarkan Grafik 4.8 dibawah dapat dilihat untuk efisiensi penurunan konsentrasi logam Cu mengalami peningkatan yang tidak terlalu signifikan. Dapat dilihat pula terjadinya peningkatan efisiensi seiring dengan peningkatan waktu kontak dan tegangan listrik.
Grafik 4.8 Analisa perlakuan waktu dan tegangan terhadap efisiensi penyisihan Cu.
Universitas Sumatera Utara
IV-15 Mekanisme penyisihan logam Cu yang terjadi selama proses elektrokoagulasi adalah sebagai berikut:
Reaksi katoda : 2H2O(l) + 2e-(aq) → H2(g) + 2OH-(aq)
Reaksi anoda : Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e
-Pembentukan Flok : Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe(OH)2(s)
Pengendapan : Fe(OH)2(s) + Cu2+(aq) → Fe(OH)2Cu (s)