STUDI PENURUNAN KADAR BESI (Fe), TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb) PADA AIR LINDI (LEACHATE) DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI MENGGUNAKAN ELEKTRODA BESI (Fe)

(1)

STUDI PENURUNAN KADAR BESI (Fe), TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb) PADA AIR LINDI (LEACHATE) DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI MENGGUNAKAN ELEKTRODA BESI (Fe)

TUGAS AKHIR

Oleh

ANZOIS KIFO TAMBUNAN 160407029

Ir. Netti Herlina, MT Ronald Leonardo Siregar,ST.,MT Pembimbing I Pembimbing II

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2020

TA/TL-USU/2020/193

Universitas Sumatera Utara

(2)

STUDI PENURUNAN KADAR BESI (Fe), TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb) PADA AIR LINDI (LEACHATE) DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI MENGGUNAKAN ELEKTRODA BESI (Fe)

TUGAS AKHIR

Oleh

ANZOIS KIFO TAMBUNAN 160407029

TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2020

(3)

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir dengan judul:

STUDI PENURUNAN KADAR BESI (Fe), TEMBAGA (Cu) DAN TIMBAL (Pb) PADA AIR LINDI (LEACHATE) DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI MENGGUNAKAN ELEKTRODA BESI (Fe)

Dibuat untuk melengkapi prasyaratan menjadi Sarjana Teknik pada program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan ini dibuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi dengan aturan yang berlaku.

Medan, Desember 2020

ANZOIS KIFO TAMBUNAN NIM. 160407029

(4)

(5)

i KATA PENGANTAR

Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yaang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir “

Studi Penurunan Kadar Besi (Fe), Tembaga (Cu) Dan Timbal (Pb) Pada Air Lindi (Leachate) Dengan Metode Elektrokoagulasi Menggunakan Elektroda Besi (Fe)

”.

Penyusunan Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat kelulusan sarjana di Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Ibu Ir. Netti Herlina, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan sekaligus Pembimbing I.

2. Bapak Ronald Leonardo Siregar, S.T, M.T. selaku Pembimbing II.

3. Ibu Isra’ Suryati, S.T., M. Si. selaku Koordinator Tugas Akhir.

4. Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS selaku Penguji I.

5. Ibu Novrida Harpah Hasibuan, S.Si, MT selaku Penguji II.

6. Seluruh jajaran Dosen Prodi dan Pegawai Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik USU.

Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak.

Medan, November 2020

Penulis

(6)

ii DEDIKASI

Ucapan terimakasih dan hormat yang sebesar-sebesarnya saya ucapkan kepada pihak- pihak yang membantu penulis dalam penyusunan Tugas Akhir “

Studi Penurunan Kadar Besi (Fe), Tembaga (Cu) Dan Timbal (Pb) Pada Air Lindi (Leachate) Dengan Metode Elektrokoagulasi Menggunakan Elektroda Besi (Fe)

”.

Penulis mendedikasikan Tugas Akhir ini kepada:

1. Kedua orang tua penulis, Bapak Anggiat Tambunan dan Kosta Efelina Purba yang selalu memberikan dukungan berupa doa, semangat dan materil, yang tiada henti hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir.

2. Sindy Yolanda Tambunan, David Refael Tambunan, Desna Tambunan, Saudara Lewes Tambunan selaku adik penulis yang selalu memberikan dukungan dan semangat.

3. Ami Santika Kurniati selaku partner Tugas Akhir yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama menyelesaikan Tugas Akhir.

4. Drs. R. Purba, Aston Purba, Prana Jaya Purba, Pratiwi Purba, Yanri Bili Purba Martua Dungo Purba yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis selama perkuliahan.

5. Yeremia Togar Pelita Pakpahan, Gideon Nehemia Napitupulu dan Ika Sri Meliani Sembiring selaku rekan seperbimbingan Tugas Akhir yang selalu memberikan semangat.

6. Saryulis Aulia Hadi dan Mhd. Zikri Abrar yang telah memberikan dukungan, semangat dan turut membantu penulis saat penelitian laboratorium.

7. Teman-teman seperjuangan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara angkatan 2016 sebagai tempat berbagi dan bertukar ilmu.

(7)

iii ABSTRAK

Air lindi merupakan suatu cairan hasil dekomposisi sampah juga hasil infiltrasi air hujan di TPA.

Dalam pengolahan air lindi telah dilakukan berbagai proses pengolahan secara biologi, akan tetapi diperlukan pengolahan dalam menurunkan kandungan anorganik seperti logam berat pada air lindi.

Elektrokoagulasi merupakan alternatif pengolahan limbah yang menggunakan prinsip elektrolisis, koagulasi dan flokulasi. Proses ini menggunakan reaksi redoks dimana ion besi yang terbentuk di anoda akan berikatan dengan ion OH^- yang terbentuk oleh katoda sehingga membentuk suatu koagulan berupa Fe(OH)2 sebagai pengikat kontaminan dalam air. Pada penelitian ini dilihat bagaimana pengaruh tegangan listrik dan waktu kontak terhadap penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada air lindi, kemudian menghitung efisiensi penurunan logam Fe, Cu dan Pb dari setiap perlakuan. Perlakuan tegangan listrik yang diberikan pada penelitian ini yaitu 4 volt, 8 volt dan 12 volt dengan waktu kontak 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Hasil penelitian menunjukkan penyisihan logam mencapai 0,953 mg/L, 0,007 mg/L dan 0,010 mg/L dan dengan efisiensi sebesar 83,31%, 99,36% dan 98,21% untuk masing-masing parameter Fe, Cu dan Pb pada saat perlakuan tegangan dan waktu kontak sebesar 12 volt selama 45 menit. Besar pengaruh tegangan dan waktu kontak jika dihitung secara parsial dengan uji kolerasi Spearman adalah sebesar 51,8% pengaruh tegangan dan 16,9% pengaruh waktu kontak terhadap penurunan kandungan logam pada air lindi. Hasil ini menunjukkan bahwa proses pengolahan air lindi dengan pengolahan secara elektrokoagulasi memiliki efisiensi yang besar.

Kata kunci: Air lindi, Elektrokoagulasi, Elektroda Besi, Logam berat, Tegangan listrik dan waktu kontak, Uji Kolerasi Spearman.

(8)

iv ABSTRACT

Leachate is a liquid resulting from waste decomposition and also the final filtrate of the rain in TPA. It has been done in processing Leachate as biology process, but it needs the reduction of unorganic prcessing such as solid metal in leachate. Electrocoagulation is a waste alternative processing which using elektrolisis tenet, koagulasi, and flokulasi. This processing is using redoks reduction which is the ion iron that formed in anoda will be tied with ion OH^- that formed by katoda with the result that formed coagulan as Fe (OH)2 contaminant as binding agent in the water. In this research cn be seen how the effect of electric strains and time zone contact for reduction concentration iron Fe, Cu, Pb, of leachate, then counting the reduction efficiency iron Fe, Cu, Pb, of the treatment. The electricity strains treatment which supplied for this research is 4 Volt, 8 Volt, and 12 Volt with time zone contact is 15 minutes, 30 minutes, and 45 minutes. The result of this research shows iron isolation reach 0,953 mg/L, 0,07 mg/L and 0,010 mg/L with efficiency in the amount of 83,31 %, 99,36%, and 98,21% with each parameter Fe, Cu, Pb, in the treatment strains and time zone contact as big as 12 volt as long as 45 minutes. The effect of the scale strainsand time zone contact if counted as partial with Spearman test correlation is a mount of 51,8% theeffect strains and 16,9%, the effect of time zone contact for the reduction iron contents of Leachate. This result shows that the Leachate is processing with electrocoagulation have a big efficiency.

Key Words: Leachate, Electrocoagulation, Iron Electrodes, Heavy Metal, Electrical Voltage and Contact Time, Spearman Correlation Test.

(9)

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DEDIKASI ... ii

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR GRAFIK ... ix

DAFTAR TABEL ... x BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1. Latar Belakang ... I-1 1.2. Rumusan Masalah ... I-3 1.3. Tujuan Penelitian ... I-3 1.4. Ruang Lingkup ... I-3 1.5. Manfaat Penelitian ... I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-5 2.1 Air Lindi (Leachate) ... II-1 2.2 Logam Berat ... II-1 2.2.1 Logam Besi (Fe) ... II-2 2.2.2 Timbal (Pb) ... II-2 2.2.3 Tembaga (Cu)... II-2 2.3 Baku Mutu Limbah Tambang Emas ... II-3 2.4 Pengolahan Limbah Industri Berbasis Logam... II-3 2.4.1 Elektrokimia ... II-3 2.4.2 Elektrokoagulasi ... II-5 2.4.3 Flotasi ... II-5 2.5 Elektrokoagulasi ... II-6 2.5.1 Prinsip Kerja Elektrokoagulasi ... II-7 2.5.2 Kelebihan dan Kekurangan Elektrokoagulasi ... II-8 2.5.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Elektrokoagulasi ... II-9

(10)

vi

2.5.4 Reaksi Pada Elektrokoagulasi ... II-11

2.6 Menghitung Efisiensi ... II-11

BAB III METODE PENELITIAN ... III-1

3.1 Umum ... III-1

3.2 Lokasi Penelitian ... III-1

3.3 Metode Pengambilan Sampel ... III-1

3.4 Waktu Penelitian ... III-1

3.5 Objek Penelitian ... III-1

3.6 Hipotesis Penelitian ... III-1

3.7 Jenis Penelitian ... III-1

3.8 Variabel Penelitian ... III-2

3.9 Kerangka Penelitian ... III-2

3.10 Pengumpulan Data ... III-4

3.11 Alat dan Bahan ... III-4

3.11.1 Alat ... III-4

3.11.2 Bahan ... III-4

3.12 Langkah Penelitian ... III-4

3.12.1 Tahap Persiapan ... III-4

3.12.2 Desain penelitian ... III-4

3.13 Cara Kerja ... III-5

3.13.1 Proses Penelitian ... III-5

3.13.2 Pengujian Sampel ... III-6

3.14 Analisa Data ... III-6

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... IV-1

4.1 Pendahuluan ... IV-1

4.2 Karakteristik Air Lindi (Leachate) ... IV-1

4.3 Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penurunan Kadar Logam Fe, Cu Dan Pb ... IV-2

4.4 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Penurunan Kadar Logam Fe, Cu Dan Pb ... IV-5

4.5 Analisis Efisiensi Penyisihan Logam Besi (Fe) ... IV-9

(11)

vii

4.6 Analisis Efisiensi Penyisihan Logam Tembaga (Cu) ... IV-13 4.7 Analisis Efisiensi Penyisihan Logam Timbal (Pb) ... IV-15 4.8 Perhitungan Biaya Saat Proses Pengolahan ... IV-17 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ... V-1 5.1 Kesimpulan ... V-1 5.2 Saran ... V-2 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(12)

viii

DAFTAR GAMBAR

2.1 Rangkaian Sel Volta Dengan Jembatan Garam ... II-4 2.2 Proses Sederhana Sel Elektrolisis ... II-5 2.3 Reaksi Elektrolisis Dan Reaksi Keseluruhan Elektrokoagulasi ... II-7 2.4 Skema Proses elektrokoagulasi ... II-8 3.1 Diagram Alir Penelitian ... III-3 3.2 Rangkaian Alat ... III-5 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 ... IV-12

(13)

ix

DAFTAR GRAFIK

4.1 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 15 Menit ... IV-3 4.2 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 30 Menit ... IV-3 4.3 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 45 Menit ... IV-4 4.4 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 4 Volt ... IV-6 4.5 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 8 Volt ... IV-7 4.6 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 12 Volt ... IV-8 4.7 Analisa Perlakuan Waktu Dan Tegangan Terhadap Efisiensi Penyisihan Fe ... IV-10 4.8 Analisa Perlakuan Waktu Dan Tegangan Terhadap Efisiensi Penyisihan Cu ... IV-14 4.9 Analisa Perlakuan Waktu Dan Tegangan Terhadap Efisiensi Penyisihan Pb ... IV-17

(14)

x

DAFTAR TABEL

2.1 Baku Mutu Air Limbah ... II-3

4.1 Karakteristik Air Lindi ... IV-1

(15)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Sampah merupakan suatu permasalahan yang sering terjadi di setiap wilayah Indonesia.

Sampah dihasilkan dari kegiatan masyarakat umum berupa padatan baik yang mudah membusuk maupun yang tidak mudah membusuk (Larasati. A.I, Dkk. 2016). Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) merupakan suatu sarana untuk berlangsungnya upaya pengolahan dan pengelolaan akhir dari limbah padat (Sampah), dimana tempat penimbunan sampah pada TPA mengalami dekomposisi limbah padat yang akan menghasilkan gas-gas dan limbah cair berupa lindi (Leachate). Air lindi berpotensi menyebabkan terjadinya pencemaran tanah dan air tanah disekitar TPA. Pencemaran lingkungan akibat lindi dari TPA harus menjadi perhatian, ssehingga dibutuhkan unit-unit pengolahan berupa instalasi pengolahan air lindi (Andesgur I, et al, 2014)

Air lindi (Leachate) merupakan campuran dari berbagai polutan, seperti ammonia, senyawa organik, senyawa anorganik, organisme biologis, alami dan ligan sintetis, senyawa beracun dan logam berat. Sedangkan komposisi dari lindi itu sendiri bervariasi tergantung dengan kondisi hidrologi TPA, jenis limbah, komposisi sampah, iklim, dan usia dari landfill (Ahmed dan Lan, 2012 dalam Rani A, et al, 2019). Air lindi adalah cairan yang sangat kompleks dibandingkan dengan air limbah lainnya sehingga membuatnya sangat sulit untuk diolah (Welander et al., 1998 dalam Mohammadizaroun. M, et al., 2014). Faktor-faktor yang bertanggungjawab dari dihasilkannya air lindi (Leachate) TPA antara lain adalah faktor fisik, kimia, interaksi biokimia, kadar air yang tinggi pada limbah padat, perkolasi air hujan serta kontak dengan air limbah (Rani A, et al, 2019).

Dalam upaya penurunan kadar pencemar pada lindi (Leachate) di TPA telah dilakukan berbagai proses pengolahan secara biologis seperti anaerob, aerobik dan system aerasi (Reactor Batch) (Zamri, Et al, 2017 dalam Rani A, et al, 2019). Akan tetapi pengolahan secara konvensional tersebut masih tidak cukup dalam menyisihkan kadar logam pada lindi.

Pada umumnya, kandungan logam yang terkandung dalam air lindi (Leachate) berupa Hg, Cd, Pb, Co, Ni, Cu, Fe, Zn dan Cr.

(16)

I-2

Telah dilakukan beberapa penelitian dalam penyisihan kandungan logam pada air lindi dengan berbagai alternatif seperti penelitian oleh Agriani. S, Dkk (2020) dilakukan penelitian menggunakan instalasi pengolahan lindi compact (IPLC) yang dilakukan secara semi kontinu dengan kombinasi aerob dan anaerob selama waktu 31,33 jam untuk penyisihan logam didapatkan penyisihan logam mencapai 53,87% dari konsentrasi awal.

Kemudian, Larasati. A.I, Dkk (2016) melakukan penelitian dengan menggunakan proses adsorbsi dalam penyisihan logam berat pada air lindi menggunakan media karbon aktif, zeolit dan silika gel. Dari penelitian ini diperoleh efisiensi penyisihan untuk logam Fe dan Cr masing-masing mencapai 62,728% dan 42,028% dengan menggunakan media zeolite sebagai adsorben.

Menurut Mohammadizaroun. M (2014), salah satu alternatif yang tepat dalam pengolahan lindi adalah teknik elektrokoagulasi. Teknik elektrokoagulasi sudah digunakan dalam mengolah limbah industri dan lindi sebagai alternatif yang potensial. Elektrokoagulasi merupakan proses pembentukan flok hidroksida pada larutan, dimana pada prosesnya dihasilkan kation yang umumnya adalah besi dan aluminium dari anoda akibat oksidasi yang terjadi setelah dialirkan listrik. Kemudian pada katoda terjadi reduksi dimana dihasilkan gas H

2

dan OH

^-

(Aryono, et al., 2009 dalam Bhagawan. D, et al 2014). Menurut Niza. N.M, et al (2020) kation yang dihasilkan oleh oksidasi pada anoda merupakan suatu koagulan aktif yang akan mengikat polutan dalam larutan. Dibandingkan dengan alternatif lain seperti oksidasi, yang mana biaya operasional dan perawatan yang tinggi, dan penggunaan Teknik koagulasi kimia yang mana pada prosesnya membutuhkan waktu yang lama dan menghasilkan banyak lumpur.

Bhagawan. D, et al (2014) telah melakukan penelitian mengenai efisiensi penurunan kadar

logam berat Cr, Cu, Pb, Ni dan Zn dengan metode elektrokoagulasi. Pada penelitian ini

didapatkan efisiensi penghapusan maksimum logam seperti Cr, Ni, Zn, Cu, dan Pb

dilaporkan 96,2%, 96,4%, 99,9%, 98%, dan 99,5%. Kemudian Das. D, et al (2020)

melakukan pengolahan air pada pabrik penerima bijih besi dengan menggunakan proses

elektrokoagulasi. Pada penelitian tersebut, dilakukan pengolahan untuk penyisihan logam

berat Fe, Cr, Pb, Mn dan Cu. Dari hasil penelitian diperoleh besar efisiensi penyisihan

mencapai 99.95%, 99.46%, 99.33%, 97.99% dan 73.44% untuk masing-masing parameter

logam setelah waktu proses elektrokoagulasi selama 60 menit dengan konsumsi energi

sebesar 3,93 kWh/m

³

.

(17)

I-3

Berdasarkan penelitian tersebut dapat dilihat bahwa metode elektrokoagulasi berpotensi dalam menurunkan kadar logam pada air lindi. Atas dasar penelitian terdahulu yang disebutkan, penulis ingin melakukan studi penurunan kadar kogam berat pada air lindi (Leachate) TPA dengan metode elektrokoagulasi sistem bacth yang selanjutnya dilihat juga pengaruh dari variabel yang akan digunakan pada proses elektrokoagulasi secara parsial yaitu lama pengolahan dan tegangan listrik kemudian dilihat besar efisiensi penurunan kandungan logam dengan proses elektrokoagulasi tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang permasalahan diatas, maka dapat diperoleh rumusan masalah yaitu bagaimana elektroda Fe pada proses elektrokoagulasi dapat menurunkan kadar logam Besi (Fe) dan Timbal (Pb) pada air lindi TPA.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Untuk menganalisis pengaruh tegangan listrik terhadap penurunan kadar Besi (Fe), Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).

2. Untuk menganalisis pengaruh lama pengolahan terhadap penurunan kadar Besi (Fe), Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).

3. Untuk menghitung efisiensi penurunan kadar Besi (Fe), Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb).

1.4 Ruang Lingkup

Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah:

1. Air limbah yang digunakan dalam penelitian ini adalah air limbah yang berasal dari bak penampungan air lindi TPA.

2. Parameter yang akan dianalisis dalam penelitian ini adalah kandungan Besi, tembaga dan timbal.

3. Penelitian ini dilakukan dengan variable bebas yaitu lama pengolahan dan tegangan listrik.

4. Adapun variable tetap pada penelitian ini adalah jarak antara elektroda, volume limbah, luas permukaan elektroda dan elektroda yang digunakan adalah Fe.

(18)

I-4

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian dari penelitian ini adalah:

1. Dapat diketahuinya persentase efisiensi penurunan kadar besi, tembaga dan timbal pada air Lindi pada TPA dengan metode elektrokoagulasi

2. Memberikan salah satu alternatif teknologi pengolahan air yang lebih efektif, efisien dan ramah lingkungan untuk penurunan Besi, tembaga dan timbal pada air lindi TPA

3. Sebagai referensi dan bahan kajian penelitian berikutnya agar mencoba berbagai variasi

percobaan sehingga diperoleh data yang lebih lengkap mengenai kemampuan Teknik

elektrokoagulasi dalam menurunkan kandungan Besi, tembaga dan timbal pada air lindi

TPA.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Air Lindi (Leachate)

Tempat pembuangan akhir (TPA) merupakan tempat penampungan berbagai jenis sampah dari hasil kegiatan manusia maupun industri yang mengandung berbagai jenis bahan pencemar dan berpotensi merusak lingkungan dan kesehatan manusia. Tumpukan sampah baik organik maupun anorganik tersebut kemudian menghasilkaan air limbah yang disebut dengan air lindi (Leachate). Lindi adalah cairan yang merembes melalui tumpukan sampah dimana air tersebut akan membawa zat terlarut dari hasil dekomposisi sampah. Air lindi yang masuk kedalam tanah dapat mencemari tanah dan air tanah karena air lindi mengandung berbagai senyawa kimia organic maupun anorganik (Sari. R.N, et al, 2017).

Menurut Irhamni (2017), Air lindi mengandung bahan organik dan logam-logam berat yang berasal dari sampah yang ditumpuk pada TPA. Logam berat yang pada umumnya terkandung dalam air lindi yaitu Cr, Hg, Fe, Pb, Cu, Mn, Zn, Cd dan Co. Keberadaan dari unsur logam yang terkandung dalam air lindi sangat membahayakan lingkungan. Menurut Damanguri, E (2008) dalam Agriani, S. et al (2018), logam yang terdapat dalam lindi, yaitu logam terlarut, seperti senyawa sulfat dari Ca, Mg; Senyawa bikarbonat dari Fe, Ca, Mg;

Senyawa oksida dari Sn, Zn, Cu. Logam berat pada air lindi berasal dari limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) seperti kabel listrik, batu baterai, besi, cat pelapis anti karat, dan lain-lain.

2.2 Logam Berat

Logam berat yang mencemari lingkungan baik udara, air dan tanah bersumber dari proses alami maupun kegiatan industri. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Logam berat ini dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia (Irhamni. et al, 2017).

(20)

II-2

2.2.1 Logam Besi (Fe)

Logam berat Fe merupakan logam berat esensial yang mana apabila jumlahnya berlebih dalam lingkungan akan membahayakan lingkungan dan organisme hidup, akan tetapi tetap diperlukan dalam jumlah tertentu (Supriyantini. E, et al, 2015). Logam berat Fe pada air lindi pada umumnya bersumber dari tumpukan sampah berupa benda dengan unsur besi seperti mesin, meja dan komponen bangunan. Logam besi yang terkandung dalam lindi akan merembes masuk kedalam tanah yang kemudian akan mencemari air tanah (Irhamni. Et al, 2017).

2.2.2 Timbal (Pb)

Timbal atau timah hitam atau Plumbum (Pb) adalah salah satu bahan pencemar utama saat ini di lingkungan, hal ini bisa terjadi karena sumber utama pencemaran timbal adalah dari emisi gas buang kendaraan bermotor selain itu timbal juga terdapat dalam limbah cair industri yang pada proses produksinya menggunakan timbal, seperti industri pembuatan baterai, industri cat, dan industri keramik. Timbal digunakan sebagai aditif pada bahan bakar, khususnya bensin di mana bahan ini dapat memperbaiki mutu bakar. Bahan ini sebagai anti knocking (anti letup), pencegah korosi, anti oksidan, diaktifator logam, anti pengembunan dan zat pewarna (Evi, 2005) dalam (Vigiyanti, 2017).

Menurut Sudarwin (2008) dalam (Vigiyanti, 2017) karakteristik dari Logam (Pb) adalah:

Pemberian: Plumbum atau timbal adalah logam bewarna kebiru-biruan sampai abu pudar, mempunyai berat tipis yang tinggi dan lunak.

Kelarutan: Larut dalam HNO

3

encer dan pekat, sedikit larut dalam HCL dan H2SO

4

pekat.

Nomor/Berat: 82/207,21 Berat jenis: 11,34 Titiklebur: 327,4

^o

C Titik didih: 1.620

^o

C 2.2.3 Tembaga (Cu)

Tembaga (Cu) merupakan salah satu jenis logam berat esensial sama seperti halnya dengan

logam besi. Menurut Fatmawinir. Et al (2015), konsentrasi logam berat tembaga pada kolam

lindi dipengaruhi oleh garam-garam tembaga seperti, tembaga karbonat (CuCO

3

), tembaga

(21)

II-3

hidroksida Cu(OH)

2

, dan tembaga sulfida (CuS) yang memiliki sifat tidak mudah larut dalam air. Kandungan logam tembaga (Cu) dalam air lindi kemungkinan besar bersumber dari sampah alat-alat listrik (elektronik), pipa, kawat, dan lain-lain (Sari. R.N, et al, 2017) 2.3 Baku Mutu Air Lindi (Leachate)

Nilai baku mutu untuk kandungan Logam pada air lindi di atur dalam PerMen LH Nomor 5 Tahun 2014 Tentang Baku Mutu Air Limbah, dalam lampiran XLVII terkait Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha Dan/Atau Kegiatan Yang Belum Memiliki Baku Mutu Air Limbah Yang Ditetapkan sebagai berikut:

Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah Parameter Kadar Maksimum Satuan

pH 6 – 9 -

TSS mg/L 200 mg/L

Cu 2 mg/L

Cd 0.05 mg/L

Fe 5 mg/L

Pb 0.1 mg/L

As 0.1 mg/L

Ni 0.2 mg/L

Cr 0.5 mg/L

Hg 0.002 mg/L

Sumber: PerMen LH Nomor 5 Tahun 2014

2.4 Pengolahan Air Limbah Berbasis Logam

Pengolahan air limbah dapat dilakukan secara fisika, kimia, elektrokimia, dan biologi. Jenis pengolahan yang digunakan tergantung dari karakteristik senyawa-senyawa yang ada pada air limbah. Pengolahan secara fisika didasarkan pada karakteristik fisika dari air limbah, dilakukan dengan cara sedimentasi, filtrasi, adsorpsi, evaporasi, penukaran ion, dan pemisahan menggunakan membran (Mukimin, 2006).

Adapun beberapa metode yang dapat digunakan dalam pengolahan air limbah berbasis logam antara lain:

2.4.1 Elektrokimia

Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari akibat transfer muatan listrik dari satu fasa ke fasa lain. Elektrokimia juga bisa diartikan sebagai studi tentang hubungan antara perubahan kimia dan kerja listrik. Elektrokimia didasari oleh reaksi redoks untuk menghasilkan atau

(22)

II-4

menggunakan energi listrik. Pada proses elektrokimia dibutuhkan media penghantar sebagai tempat terjadinya serah terima elektron yaitu larutan berupa elektrolit. Ada dua tipe sel elektrokimia yaitu sel Volta dan sel Elektrolisis (Harahap. M.R, 2016).

1. Sel Volta

Sel Volta merupakan sel elektrokimia yang menghasilkan energi listrik diperoleh dari reaksi kimia yang berlangsung spontan. Pada sel Volta anoda adalah kutub negatif dan katoda kutub positif. Anoda dan katoda akan dicelupkan kedalam larutan elektrolit yang terhubung oleh jembatan garam. Jembatan garam memiliki fungsi sebagai pemberi suasana netral (grounding) dari kedua larutan yang menghasilkan listrik. Dikarenakan listrik yang dihasilkan harus melalui reaksi kimia yang spontan maka pemilihan dari larutan elektrolit harus mengikuti kaedah deret volta. Deret volta disusun berdasarkan daya oksidasi dan reduksi dari masing-masing logam. Urutan deret tersebut antara lain: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, (H2O), Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au (Harahap. M.R, 2016).

Gambar 2.1 Rangkaian Sel Volta Dengan Jembatan Garam

(Sumber: Brown, Theodore I, et al. 2015)

2. Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang menggunakan sumber energi listrik untuk

mengubah reaksi kimia yang terjadi. Pada sel elektrolisis katoda memiliki muatan negatif

sedangkan anoda memiliki muatan positif. Sesuai dengan prinsip kerja arus listrik. Terdiri

(23)

II-5

dari zat yang dapat mengalami proses ionisasi, elektrode dan sumber listrik (baterai). Listrik dialirkan dari kutub negatif dari baterai ke katoda yang bermuatan negatif. Larutan akan mengalami ionisasi menjadi kation dan anion. Kation di katoda akan mengalami reduksi sedangkan di anoda akan mengalami oksidasi. Salah satu aplikasi dari sel elektrolisis yaitu penyepuhan logam emas dengan menggunakan larutan elektrolit yang mengandung unsur emas (Au). Hal ini dilakukan untuk melapisi kembali perhiasan yang kadar emasnya sudah berkurang (Harahap. M.R, 2016).

Gambar 2.2 Proses Sederhana Sel Elektrolisis

(Sumber: Harahap. M.R, 2016)

2.4.2 Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi telah terbukti dapat menghilangkan berbagai polutan. Sebagai contoh, telah efisien diterapkan untuk pengolahan berbagai air limbah yang mengandung logam berat, bahan makanan, limbah yang mengandung minyak, pewarna tekstil, limbah polimer, bahan organik dari landfill leachate, nutrien, limbah fenolik, arsenik dan polutan lainnya.

Beberapa penulis telah menggunakan elektrokoagulasi untuk pengolahan air minum.

(Pulkka et al, 2014) dalam (Hasibuan, 2018).

2.4.3 Flotasi

Prinsip kerja flotasi adalah memisahkan suatu mineral dari bijihnya dengan cara mengapungkan mineral tersebut sehingga terpisah dari mineralmineral lainnya yang tetap terdapat dalam suspensi. Proses ini dilakukan dalam suatu alat yang disebut sel flotasi.

Supaya terjadi pemisahan, dalam sel flotasi harus diinjeksi udara membentuk gelembung-

(24)

II-6

gelembung udara sebagai tempat menempelnya butiran mineral tertentu. Proses flotasi hanya dapat dilakukan untuk partikel berukuran relatif halus (Marsden & House, 1999; Sudarsono, 2003).

2.5 Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan suatu pengolahan air dan air limbah dengan menggunakan sel elektrokimia dimana pada prosesnya diberikan tegangan arus searah (DC) pada elektroda yang digunakan. Elektroda yang digunakan pada umumnya adalah besi (Fe) dan aluminium (Al). Elektrokoagulasi pada umumnya terjadi pada saat terjadi reaksi elektrokimia pada elektroda (katoda dan anoda). Proses elektrokoagulasi pada suatu larutan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 yaitu terjadi oksidasi pada anoda dimana dihasilkan ion + (kation) dari elektroda yang digunakan dalam proses. Kemudian larutan akan dielektrolisis oleh katoda dimana akan dihasilkan helembung hydrogen dan hidroksida. Dalam larutan, ion + yang dihasilkan akan bereaksi dengan hidroksida membentuk hidroksi kompleks yang menyerap polutan dalam air kemudian membentuk koagulan yang kemudian akan dipisahkan dari air. (Carlos et al., 2018).

(A)

(25)

II-7

(B)

Gambar 2.3 (A) Reaksi Elektrolisis dan (B) Reaksi Keseluruhan Elektrokoagulai

(Sumber: Carlos et al., 2018)

Konsentrasi ion logam dalam larutan yang menggunakan elektrokoagulasi dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Faraday. Kerapatan arus merupakan faktor kunci dalam proses elektrokoagulasi karena kerapatan arus satu-satunya parameter yang dapat dikontrol secara langsung. Persamaan yang digunakan yaitu: (Carlos et al., 2018)

n = (i.t)/(z.F) Dimana:

i = kuat arus (A)

n = Jumlah mol logam t = Waktu elektrolisis z = Muatan kation (Al = +3, Fe = +2)

F = Konstanta Faraday (96.500 C mol-1) 2.5.1 Prinsip Kerja Elektrokoagulasi

Pada proses elektrokoagulasi elektroda anoda akan terjadi ionisasi oleh adanya arus listrik, ion-ion logam akan bertindak sebagai koagulan. Sedangkan, di katoda terjadi reaksi reduksi yang menyebabkan pelepasan gas hidrogen. Proses berlangsungnya de- stabilisasi suspensi dan koloid, pengemulsi atau pengotor terlarut dalam lingkungan cair oleh pemberian arus

(26)

II-8

listrik oleh gaya gerak listrik yang menyebabkan reaksi kimia. Beda potensial dari elektroda diperlukan untuk menghasilkan ion logam sebagai koagulan. Hal tersebut diperlukan untuk menimbulkan reaksi elektrokimia pada masing-masing elektroda (Trapsilasiwi & Assomadi, 2010). Proses ini menggunakan reaksi reduksi dan oksidasi (Ashari et al., 2015) dimana ion positif (kation) bergerak ke katoda dan menerima elektron yang direduksi dan ion negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron yang dioksidasi. Ketika hal ini diterapkan, ion logam yang dihasilkan bereaksi dengan hidroksida primer dan menghasilkan polihidroksida dan flok logam polihidroksida (Tian et al., 2016). Skema proses elektrokoagulasi disajikan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.4 Skema Proses Elektrokoagulasi

(Sumber: Susetyaningsih et al., 2008)

2.5.2 Kelebihan dan Kekurangan Elektrokoagulasi

Kelebihan dan kelemahan dalam proses elektrokoagulasi menurut Rachmawati et al. (2014) yaitu sebagai berikut. Kelebihan proses elektrokoagulasi antara lain:

1. Elektrokoagulasi butuh peralatan sederhana dan mudah untuk dioperasikan.

2. Air limbah yang diolah dengan elektrokoagulasi menghasilkan effluent yang jernih, tidak berwarna dan tidak berbau.

3. Flok yang terbentuk pada elektrokoagulasi memiliki kesamaan dengan flok yang berasal

dari koagulasi kimia. Perbedaannya adalah flok dari elektrokoagulasi berukuran lebih besar

(27)

II-9

dengan kandungan air yang sedikit, lebih stabil dan mudah dipisahkan secara cepat dengan filtrasi.

4. Lebih cepat mereduksi kandungan koloid yang paling kecil, hal ini disebabkan menggunakan medan listrik dalam air sehingga mempercepat pergerakan yang demikian rupa agar memudahkan proses elektrokoagulasi.

5. Elektrokoagulasi menghasilkan effluent yang mengandung Total Dissolved Solid (TDS) dalam jumlah yang lebih sedikit dibandingkan dengan pengolahan kimiawi. TDS yang rendah akan mengurangi biaya recovery.

6. Proses elektrokoagulasi tidak memerlukan penggunaan bahan kimia sehingga tidak bermasalah dengan netralisasi.

7. Gelembung gas yang dihasilkan pada proses elektrokoagulasi ini dapat membawa polutan ke permukaan air sehingga mudah dibersihkan.

8. Dapat memberikan efisiensi proses yang cukup tinggi untuk berbagai kondisi dikarenakan tidak dipengaruhi suhu.

9. Pemeliharaan lebih mudah karena menggunakan sel elektrolisis yang tidak bergerak.

sedangkan kelemahan proses elektrokoagulasi antara lain:

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 voltasi listrik searah pada elektroda, luas sempitnya bidang kontak elektroda dan jarak antar elektroda.

3. Elektroda yang digunakan dalam proses elektrokoagulasi harus diganti secara teratur.

4. Terbentuknya lapisan di elektroda dapat mengurangi efisiensi pengolahan.

2.5.3 Faktor - Faktor yang Mempengaruhi Proses Elektrokoagulasi

Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses elektrokoagulasi antara lain kuat arus (I), Tegangan (V), jarak antar elektroda mempengaruhi besar kecilnya hambatan (r), waktu kontak, derajat keasaman (pH), jenis elektroda dan luas penampang elektroda. Faktor- faktor tersebut saling mempengaruhi satu sama lain dimana antara I, V dan r merupakan satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan. Dalam suatu muatan listik dinamis/mengalir faktor (r) akan sangat mempengaruhi besaran (I) sedangkan faktor (V) biasanya cenderung tetap, namun faktor (V) dapat berubah dikarenakan terjadi perubahan pada I atau r. Pada faktor luas penampang secara tidak langsung akan mempengaruhi besaran nilai (r) dan pH juga

(28)

II-10

akan mempengaruhi cepat rambat arus listrik sehinga dapat berpengaruh juga pada faktor (r).

1. Kerapatan Arus

Kerapatan arus merupakan salah satu aspek penting dalam proses elektrokoagulasi.

Kenaikan kerapatan arus akan sangat mempengaruhi efisiensi proses elektrokoagulasi, kerapatan arus mempercepat pembentukan flok dari ion bermuatan dari elektroda. Jumlah arus listrik yang mengalir berbanding lurus dengan bahan yang dihasilkan selama proses.

(Febrian, 2018).

2. Tegangan Listrik

Tegangan listrik berbanding lurus dengan kerapatan arus. Elektrokoagulasi mengikuti prinsip Koagulasi dimana terjadi kenaikan massa flok pada air limbah sehingga terjadi pengendapan pada reactor. Semakin besar tegangan yang diberikan pada elektroda maka akan semakin banyak flok yang dihasilkan yang dapat mengikat kontaminan pada air.

(Setianingrum et al., 2016).

3. Waktu Kontak

Waktu kontak berbanding lurus dengan tegangan listrik, dimana semakin tinggi tegangan dan semakin lama waktu kontak akan meningkatkan efisiensi penyisihan kontaminan dalam air limbah. Semakin lama waktu kontak pada proses elektrokoagulasi, maka akan semakin banyak ion pengikat kontaminan yang dihasilkan. (Yunitasari et al., 2017).

4. Jenis Elektroda

Terdapat beberapa jenis elektroda yang dapat digunakan dalam proses elektrokoagulasi yaitu seperti Al, Ag, As, Ba, Ca, Cd, Cr, Cs, Fe, Mg, Na, Si, Sr dan Zn. Dari beberapa jenis elektroda tersebut, elektroda yang sering digunakan meliputi besi (Fe), seng (Zn), Aluminium (Al), tembaga (Cu) dan magnesium (Mg). Masing-masing elektroda memiliki sifat yang berbeda-beda, baik fisik maupun kimia. Perbedaan itu meliputi beda potensial, ukuran ion dan muatan ion, struktur dan ukuran senyawa hidroksida, kecepatan migrasi dalam larutan dan polaritas ikatan ion-OH. (Al-qodah et al., 2017).

5. Jarak Elektroda

Jarak antar elektroda merupakan elemen yang sangat mempengaruhi proses dari

elektrokoagulasi. Semakin kecil jarak antar elektroda maka akan semakin kecil efisiensi

penurunan kontaminan. Hal tersebut terjadi karena meningkatnya gaya tarik-menarik antar

muatan hidroksida logam dan terjadinya tabtakan yang intensif dari ion yang terbentuk

(29)

II-11

sehingga flok yang telah terbentuk akan terdegradasi. Apabila jarak antar elektroda ditingkatkan, efisiensi penurunan kadar kontaminan akan meningkat dimana gaya tari elektrostatik menurun, melambatnya pergerakan ion yang dihasilkan. Hal tersebut akan memberikan banyak waktu untuk menghasilkan logam hidroksida yang mana akan membentuk flok dengan degradasi yang sedikit. (Al-qodah et al., 2017).

6. Derajat Keasaman (pH)

pH merupakan salah satu faktor penting dalam proses elektrokoagulasi. Apabila terjadi penurunan ataupun peningkatan pH, maka akan mempengaruhi efisiensi dari proses elektrokoagulasi. Penurunan kontaminan akan maksimal pada saat larutan mencapai pH optimum. Nilai pH optimum pada proses elektrokoagulasi adalah 4. (Verma et al., 2013) dalam (Al-qodah et al., 2017).

2.5.4 Reaksi Pada Elektrokoagulasi

Pada proses elektrokoagulasi terjadi dua reaksi pada elektroda yang digunakan, yaitu reaksi reduksi dan reaksi oksidasi atau disebut reaksi redoks. Pada katoda terjadi reduksi dan pada anoda terjadi oksidasi. Ketika menggunakan elektroda besi (Fe), akan terjadi reaksi sebagai berikut: (Al-Qodah et al., 2017)

Reaksi di Anoda : Fe (s) Fe-2 (aq) + 2e-

Reaksi di Katoda : 2H2O (l) + 2e- H2 (g) + 2OH- (aq) Pengendapan : Fe-2 (aq) + 2e- Fe(OH)2 (s)

Reaksi Keseluruhan : Fe (s) + 2H2O (l) Fe(OH)2 (s) + H2 (g) 2.6 Menghitung Efisiensi

Nilai efisiensi digunakan untuk mengetahui seberapa efektif suatu pengolahan/ proses. Nilai efisiensi dinyatakan dalam bentuk persen (%). Nilai % efisiensi proses elektrokoagulasi dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

Efisiensi (%) =

^C1−C2

C1

x 100%

Dimana:

E = Efisiensi

C1 = Konsentrasi Besi, Tembaga dan Timbal sebelum treatment C2 = Konsentrasi Besi, Tembaga dan Timbal setelah treatment

(30)

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Umum

Pada penelitian ini digunakan teknik elektrokoagulasi sistem batch dengan plat elektroda Besi (Fe) yang dipasang dengan sistem monopolar. Plat elektroda yang digunakan berjumlah empat plat yang disusun dengan jarak antar reaktor 2 cm. Sampel air Lindi TPA kemudian dimasukkan ke dalam reaktor yang telah dirancang dan dihidupkan sumber DC (Direct Curren/arus searah) dan ditunggu proses elektrokoagulasi sesuai dengan variasi waktu kontak yang telah ditentukan.

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui efisiensi penurunan kadar Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Tembaga (Cu) pada air lindi TPA dengan menggunakan proses elektrokoagulasi.

3.2 Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian dilaksanakan di Laboratorium Ilmu Dasar Fisika Universitas Sumatera Utara dengan sampel air lindi yang diperoleh dari salah satu TPA Di Provinsi Sumatera Utara.

3.3 Metode Pengambilan Sampel

Metode pengambilan sampel atau Sampling akan dilakukan dengan metode pengambilan sesuai dengan SNI 6989.59:2008 tentang Metode Pengambilan Contoh Air Limbah.

3.4 Waktu Penelitian

Waktu penelitian dilakukan selama ± 1 bulan yaitu mulai bulan Juli 2020 hingga Agustus 2020 yang dilanjutkan dengan pengolahan dan penyusunan data serta penyusunan laporan.

3.5 Objek Penelitian

Objek penelitian adalah efisiensi penurunan kadar besi, tembaga dan timbal pada air lindi yang berasal TPA dengan menggunakan proses elektrokoagulasi.

3.6 Hipotesis Penelitian

Hipotesa dalam penelitian ini yaitu proses elektrokoagulasi dengan menggunakan elektroda Besi dapat menurunkan konsentrasi besi, tembaga dan timbal dengan variasi waktu kontak dan tegangan arus listrik.

3.7 Jenis Penelitian

Penelitian ini termasuk dalam jenis penelitian yang bersifat eksperimental yang dilaksanakan

dalam skala laboratorium dengan metode penelitian secara kuantitatif.

(31)

III-2

3.8 Variabel Penelitian

Variabel penelitian yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:

1. Variabel bebas (independent variable) meliputi:

a. Waktu Kontak : 15, 30 dan 45 menit b. Tegangan Arus Listrik : 4, 8, 12 Volt

2. Variabel Terikat (dependent variable) meliputi:

a. Jenis Elektroda yang digunakan adalah Besi (Fe) b. Jarak antara Elektroda 2 cm

c. Dimensi Elektroda adalah 10 cm x 5 cm d. Volume Limbah yang digunakan 1000 ml e. Jumlah lempeng elektroda sebanyak 2 pasang 3.9 Kerangka Penelitian

Kerangka penelitian untuk tugas akhir ini dapat dilihat dalam bentuk diagram alir penelitian pada Gambar 3.1.

(32)

III-3

Start

Data Primer

Selesai Perumusan Masalah

Studi Literatur

Persiapan Alat dan Bahan

Pengumpulan Data

Pengoperasian Metode

Penelitian

Analisa Laboratorium

Analisa Data Dan Pembahasan

Kesimpulan Dan Saran

Kadar Awal Besi,

Tembaga, Dan

Timbal

Perlakuan Variasi Waktu Kontak

Perlakuan Variasi Tegangan

Pengujian Kadar Besi, Tembaga dan Timbal Akhir

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

(33)

III-4

3.10 Pengumpulan Data

Data yang dikumpulkan meliputi:

a. Data Primer

Data primer merupakan data yang diperoleh dari hasil analisa penelitian di laboratorium ataupun penelitian di lapangan secara langsung mulai dari pengujian awal sampai pengujian akhir.

b. Data Sekunder

Data sekunder merupakan data yang diperoleh dari studi literatur pustaka.

3.11 Alat dan Bahan 3.11.1 Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain:

1. Power supply DC 2. Beaker glass 1000 mL 3. Stopwatch

4. Kabel

5. Penjepit buaya 6. Penyangga elektroda 7. Botol sampel plastik 8. Pipet Tetes

3.11.2 Bahan

1. Plat elektroda Besi (Fe) ukuran 10 cm x 4 cm 2. Arus Listrik searah

3.12 Langkah Penelitian 3.12.1 Tahap Persiapan

Tahapan awal persiapan penilitian ini adalah pengambilan sampel dari air lindi TPA.

Kemudian dilakukan persiapan alat dan bahan yang akan diginakan dalam penelitian.

3.12.2 Desain penelitian

Penelitian ini akan menggunakan sistem batch secara monopolar. Terdiri dari gelas beker 1000 mL dengan empat elektroda plat besi ukuran 10 cm x 5 cm. Adapun desain penelitian dalam tugas akhir ini ditunjukkan seperti Gambar 3.2 berikut.

(34)

III-5

Gambar 3.2 Rangkaian Alat

3.13 Cara Kerja

3.13.1 Proses Penelitian

Proses penelitian yang akan dilakukan terdiri dari tahapan awal persiapan dan tahapan percobaan. Pada tahapan awal, dilakukan analisa sampel. Pengujian dengan menggunakan variasi pada elektroda, waktu kontak dan jarak elektroda dilakukan untuk melihat hasil penyisihan yang paling optimal. Adapun tahapan proses yang akan dilakukan antara lain prosedur penelitian dimulai dengan proses elektrokoagulasi hingga analisa sampel. Tahapan proses elektrokoagulasi yaitu sebagai berikut:

1. Memasukkan sampel air limbah sebanyak 1000 mL ke dalam beaker glass 1000 mL.

2. Memasukkan elektroda yang sudah diatur jarak antar elektroda 2 cm.

3. Menghidupkan sumber DC pada Tegangan 4, 8 dan 12 Volt untuk mengoperasikan proses elektrokoagulasi.

4. menyiapkan stopwatch

5. Mematikan sumber DC setelah proses berjalan selama 15 menit.

6. Menghidupkan Stopwatch selama 5 menit untuk menunggu pengendapan.

7. Mengambil sampel hasil elektrokoagulasi sebanyak 200 mL menggunakan pipet tetes

kedalam botol sampel.

(35)

III-6

8. Lakukan analisa lab pada masing-masing sampel.

9. Mengulangi perlakuan yang sama untuk sampel dengan waktu proses elektrokoagulasi selama 15, 30 dan 45 menit, dan dengan tegangan listrik 4, 8, 12 V.

3.13.2 Pengujian Sampel

Dalam penelitian ini prinsip pengukuran Besi, tembaga dan timbal mengacu pada SNI dengan uji menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA).

3.14 Analisa Data

Pada penelitian ini, akan dilihat perbandingan efisiensi dari waktu kontak dan tegangan listrik dari hasil penelitian yang telah dilakukan. Kemudian akan dianalisis pengaruh tegangan listrik dan waktu kontak secara parsial denga menggunakan uji kolerasi Spearman.

Pada penelitian ini, data hasil percobaan akan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.

Efisiensi penyisihan dari masing-masing parameter dihitung efisiensinya dengan membandingkan influen dan efluen yang dinyatakan dalam persen (%) seperti rumus berikut:

Perhitungan efisiensi:

Efisiensi: =

^C1−C2

C1

x 100% ………....(3.1)

Dimana:

E = Efisiensi

C1 = Konsentrasi Besi, Tembaga dan Timbal sebelum treatment C2 = Konsentrasi Besi, Tembaga dan Timbal setelah treatment

(36)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan

Pada penelitian ini, akan dilihat perbandingan besar efisiensi penurunan kadar logam berat Fe, Cu, dan Pb dengan variasi waktu kontak, jarak dari elektroda dan voltase. Data dari hasil percobaan akan disajikan dalam bentuk grafik.

Penelitian dengan metode elektrokoagulasi ini menggunakan elektroda besi (Fe) dengan dimensi 10 cm x 4cm x 0,2 cm yang menggunakan Beaker Glass 1 Liter sebagai wadah.

Proses elektrokoagulasi menggunakan 4 buah plat elektroda Fe yang dirangkai dengan jarak 2 cm antar elektroda. Plat elektroda dimasukkan kedalam wadah berisi air limbah dan kemudian plat elektroda dialiri arus listrik searah (Arus DC) dengan variasi tegangan sebesar 4 volt, 8 volt, dan 12 volt selama proses elektrokoagulasi berlangsung. Setelah proses

Running selesai, kemudian dihitung nilai efisiensi dari variasi yang diberikan dengan

membandingkan konsentrasi pencemar sebelum dan sesudah berlangsung proses elektrokoagulasi.

4.2 Karakteristik Air Lindi (Leachate)

Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air yang bersumber dari inlet bak penampungan lindi pada TPA. Penggunaan air lindi sebagai objek dari penelitian ini adalah karena air lindi merupakan cairan yang sangat kompleks dibandingkan dengan air limbah lainnya sehingga membuatnya sangat sulit untuk diolah (Welander et al., 1998 dalam Mohammadizaroun. M, et al., 2014). Sehingga diharapkan penelitian ini dapat menjadi acuan dan atau perbandingan dalam menentukan pengolahan air lindi berdasarkan tingkat efisiensi dari variasi yang diterapkan. Karakteristik air lindi (Leachate) yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada table 4.1.

Tabel 4.1 Karakteristik Air Lindi

No Parameter Satuan Konsentrasi Kadar Maksimum*

1 Fe mg/l 5,72 5,0

2 Cu mg/l 1,1 2,0

3 Pb mg/l 0,56 0,1

Sumber: *Permen LH No.5/2014 tentang baku mutu limbah yang belum ditentukan

(37)

IV-2

Berdasarkan tabel 4.1 menunjukkan nilai konsentrasi awal dari parameter Fe dan Pb pada air lindi melebihi baku mutu, sedangkan untuk parameter Cu masih sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan dalam PerMen LH Nomor 5 Tahun 2014 Tentang Baku Mutu Air Limbah, dalam lampiran XLVII terkait Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha Dan/Atau Kegiatan Yang Belum Memiliki Baku Mutu Air Limbah Yang Ditetapkan.

4.3 Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Penurunan Kadar Logam Fe, Cu Dan Pb.

Tegangan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi proses elektrokoagulasi dalam penyisihan kandungan logam berat Fe, Cu dan Pb pada air lindi, dimana peningkatan tegangan listrik akan memperbesar penyisihan kandungan logam dalam air lindi. Tegangan listrik yang diberikan pada elektroda dapat meningkatkan pembentukan flok sebagai pengikat kontaminan dalam air lindi. Pada penelitian ini diberikan perlakuan tegangan sebesar 4 volt, 8 volt dan 12 volt.

Berdasarkan data yang diperoleh setelah diberikannya perlakuan tegangan, terjadi penurunan kandungan logam Fe, Cu dan Pb yang cukup signifikan. Pada waktu 15 menit dengan perlakuan peningkatan tegangan listrik dimulai dari 4 volt, 8 volt sampai 12 volt untuk parameter logam Fe dengan konsentrasi awal sebesar 5,72 mg/L mengalami penurunan mencapai 3,105 mg/L, 2,719 mg/L dan 1,419 mg/L untuk masing-masing perlakuan tegangan. Untuk parameter logam Cu dengan konsentrasi awal sebesar 1,1 mg/L mengalami penurunan konsentrasi hingga 0,547 mg/L, 0,211 mg/L, dan 0,043 mg/L.

Kemudian untuk parameter logam Pb dengan konsentrasi awal sebesar 0,56 mg/L mengalami penurunan konsentrasi mencapai 0,294 mg/L, 0,183 mg/L dan 0,021 mg/L.

Dapat dilihat penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.1 sebagai berikut:

(38)

IV-3

Grafik 4.1 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 15 Menit

Pada waktu 30 menit dimana diberikan perlakuan peningkatan tegangan listrik yaitu dimulai dari 4 volt, 8 volt sampai 12 volt, dimana untuk parameter logam Fe dengan konsentrasi awal sebesar 5,72 mg/L mengalami penurunan mencapai 2,871 mg/L, 2,320 mg/L dan 1,077 mg/L untuk masing-masing perlakuan tegangan. Untuk parameter logam Cu dengan konsentrasi awal sebesar 1,1 mg/L mengalami penurunan konsentrasi hingga 0,442 mg/L, 0,187 mg/L, dan 0,018 mg/L. Dan untuk parameter logam Pb dengan konsentrasi awal sebesar 0,56 mg/L mengalami penurunan konsentrasi mencapai 0,278 mg/L, 0,092 mg/L dan 0,018 mg/L.

Dapat dilihat penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.2 :

Grafik 4.2 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 30 Menit

5.72

0,003

0,001

1.1 0.547

0.211 0.043

0.56 0.294 0.183 0.021

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 4 8 12

Konsentrasi (mg/L)

Tegangan Listrik (Volt)

15 Menit

Fe Cu Pb

5.72

0,003

0,002

0,001 1.1

0.442 0.187 0.018

0.56 0.278 0.092 0.018

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 4 8 12

Konsentrasi (mg/L)

30 Menit

Fe Cu Pb

(39)

IV-4

Pada waktu kontak 45 menit dimana diberikan perlakuan peningkatan tegangan listrik yaitu dimulai dari 4 volt, 8 volt sampai 12 volt, dimana untuk parameter logam Fe dengan konsentrasi awal sebesar 5,72 mg/L mengalami penurunan mencapai 2,537 mg/L, 1,926 mg/L dan 0,953 mg/L untuk masing-masing perlakuan tegangan. Untuk parameter logam Cu dengan konsentrasi awal sebesar 1,1 mg/L mengalami penurunan konsentrasi pada setiap peningkatan tegangan listrik mulai dari 4 volt, 8 volt dan 12 volt masing-masing sebesar 0,239 mg/L, 0,093 mg/L, dan 0,007 mg/L. Dan untuk parameter logam Pb dengan konsentrasi awal sebesar 0,56 mg/L mengalami penurunan konsentrasi mencapai 0,260 mg/L, 0,044 mg/L dan 0,010 mg/L berturut untuk setiap perlakuan tegangan listrik. Dapat dilihat penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.3 :

Grafik 4.3 Analisa Pengaruh Tegangan Pada Waktu Kontak 45 Menit

Berdasarkan hasil analisis data penurunan konsentrasi kandungan logam dapat dilihat bahwa tegangan listrik berbanding lurus dengan penyisihan konsentrasi logam dalam air lindi.

Dapat dilihat juga dari grafik, bahwa terjadi penurunan yang sangat signifikan akibat dari peningkatan tegangan listrik. Semakin ditingkatkannya besar tegangan listrik yang diberikan pada elektroda maka penurunan kandungan logam akan semakin meningkat. Hal itu disebabkan semakin banyaknya ion yang dilepaskan oleh elektroda akibat tegangan listrik yang kemudian akan mengikat kontaminan berupa logam berat dalam air membentuk flok- flok dan mengendap ke dasar reaktor (Setianingrum, dkk., 2017). Berdasarkan teori, hidroksida dari hasil elektrolisis air akan bereaksi dengan ion logam untuk membentuk

5.72

0,003

0,002

0,001 1.1

0.239 0.093 0.007

0.56 0.26 0.044 0.01

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 4 8 12

Konsentrasi (mg/L)

45 Menit

Fe Cu Pb

(40)

IV-5

hidroksi kompleks yang menerap polutan, membentuk koagulan yang kemudian dapat dipisahkan dengan koagulasi dan flokulasi (Barrera-Dı´az. C.E, et al., 2018). Berdasarkan data diperoleh penurunan yang paling kecil yaitu pada perlakuan tegangan listrik sebesai 4 volt dengan penurunan sebesar 3,105 mg/L untuk parameter Fe, 0,547 mg/L untuk parameter Cu dan 0,294 mg/L untuk parameter Pb. Hal ini disebabkan laju pelepasan ion oleh elektroda dan pembentukan flok yang kecil. Sedangkan penurunan terbesar untuk parameter Fe, Cu dan Pb yaitu pada saat diberikan perlakuan tegangan sebesar 12 volt dengan penurunan sebesar 0,953 mg/L untuk parameter Fe, 0,007 mg/L untuk parameter Cu dan 0,010 mg/L untuk parameter Pb.

Pada penelitian ini dilakukan perhitungan data secara statistik menggunakan uji kolerasi

Spearman. Dari perhitungan yang diperoleh dapat dilihat besar pengaruh tegangan listrik

secara parsial terhadap penurunan kandungan logam Fe, Cu dan Pb dalam air lindi. Dimana besar pengaruh tegangan listrik yaitu sebesar 51,8% terhadap penurunan kandungan logam dalam air lindi.

4.4 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Penurunan Kadar Logam Fe, Cu Dan Pb.

Banyak faktor yang dapat mempengaruhi proses elektrokoagulasi dalam penurunan konsentrasi logam dalam air lindi, salah satu diantaranya adalah waktu kontak. Dimana semakin lama proses elektrokoagulasi yang berlangsung maka akan semakin besar penyisihan kandungan logam berat dalam air lindi. Semakin lama proses elektrokoagulasi berlangsung, maka semakin banyak waktu yang dimiliki oleh ion yang dilepas elektroda untuk berikatan dengan kandungan logam berat dalam air lindi. Pada penelitian ini diberikan perlakuan waktu kontak selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit.

Berdasarkan data yang diperoleh setelah dilakukannya perlakuan waktu kontak pada proses

elektrokoagulasi, terjadi penurunan yang signifikan untuk parameter Fe, Cu dan Pb. Untuk

perlakuan awal diberikan tegangan sebesar 4 volt dengan peningkatan waktu selama 15

menit, 30 menit dan 45 menit. Dimana untuk parameter Fe dengan konsentrasi awal sebesar

5,72 mg/L mengalami penurunan hingga mencapai 3,105 mg/L yang berlangsung selama 15

menit, 2,871 mg/L untuk waktu kontak 30 menit dan 2,537 mg/L selama 45 menit

pengolahan. Kemudian untuk parameter Cu dengan konsentrasi awal 1,1 mg/L mencapai

penurunan sebesar 0,547 mg/L, 0,442 mg/L, dan 0,239 mg/L untuk masing-masing waktu

kontak 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Dan untuk parameter Pb dimana konsentrasi awal

(41)

IV-6

sebesar 0,56 mg/L setelah melalui proses elektrokoagulasi selama perlakuan peningkatan waktu kontak selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit mengalami penurunan untuk masing- masing waktu kontak hingga 0,294 mg/L, 0,278 mg/L dan 0,260 mg/L. Dapat dilihat grafik penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.4 dibawah :

Grafik 4.4 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 4 Volt

Untuk perlakuan tegangan sebesar 8 volt dengan peningkatan waktu selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Dimana untuk parameter Fe dengan konsentrasi awal sebesar 5,72 mg/L mengalami penurunan hingga mencapai 2,719 mg/L untuk waktu kontak selama 15 menit, 2,320 mg/L untuk waktu kontak 30 menit dan 1,926 mg/L selama 45 menit pengolahan.

Kemudian untuk parameter Cu dengan konsentrasi awal 1,1 mg/L mencapai penurunan sebesar 0,211 mg/L, 0,187 mg/L, dan 0,093 mg/L untuk waktu kontak 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Dan untuk parameter Pb dimana konsentrasi awal sebesar 0,56 mg/L setelah melalui proses elektrokoagulasi selama perlakuan peningkatan waktu kontak selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit mengalami penurunan untuk masing-masing waktu kontak hingga 0,183 mg/L, 0,092 mg/L dan 0,044 mg/L. Dapat dilihat grafik penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.4 dibawah :

5.72

0,003 0,003

0,003 1.10.56 0.5470.294 0.4420.278 0.2390.26

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 15 30 45

Konsentrasi (mg/L)

Waktu Kontak (Menit)

4 Volt

Fe Cu Pb

(42)

IV-7

Grafik 4.5 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 8 Volt

Untuk perlakuan tegangan sebesar 12 volt dengan peningkatan waktu selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Dimana untuk parameter Fe dengan konsentrasi awal sebesar 5,72 mg/L mengalami penurunan hingga mencapai 1,419 mg/L untuk waktu kontak selama 15 menit, 1,077 mg/L untuk waktu kontak 30 menit dan 0,953 mg/L selama 45 menit pengolahan.

Untuk parameter Cu dengan konsentrasi awal 1,1 mg/L mencapai penurunan sebesar 0,043 mg/L, 0,018 mg/L, dan 0,007 mg/L untuk waktu kontak 15 menit, 30 menit dan 45 menit.

Dan untuk parameter Pb dengan konsentrasi awal sebesar 0,56 mg/L setelah melalui proses elektrokoagulasi selama perlakuan peningkatan waktu kontak selama 15 menit, 30 menit dan 45 menit mengalami penurunan untuk masing-masing waktu kontak hingga 0,1021 mg/L, 0,018 mg/L dan 0,010 mg/L. Dapat dilihat grafik penurunan konsentrasi logam Fe, Cu dan Pb pada Grafik 4.4 dibawah :

5.72

0,003

0,002

0,002 1.1

0.211 0.187 0.093

0.56 0.183 0.092 0.044

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 15 30 45

Konsentrasi (mg/L)

8 Volt

Fe Cu Pb

(43)

IV-8

Grafik 4.6 Analisa Pengaruh Waktu Kontak Pada Tegangan 12 Volt

Berdasarkan hasil analisis data penurunan konsentrasi kandungan logam diatas dapat dilihat bagaimana waktu kontak dapat berpengaruh terhadap penurunan kandungan logam dalam air lindi. Dimana waktu kontak berbanding lurus dengan penyisihan dari konsentrasi logam dalam air lindi. Dapat dilihat juga dari grafik, bahwa terjadi penurunan yang signifikan akibat dari peningkatan waktu kontak. Semakin Lama proses elektrokoagulasi berlangsung maka akan semakin meningkat penurunan kandungan logam dalam air lindi. Hal itu disebabkan semakin banyaknya waktu yang dimiliki ion yang dilepaskan oleh elektroda akibat tegangan listrik untuk berikatan dengan kontaminan berupa logam berat dalam air saat membentuk flok-flok yang kemudian mengendap ke dasar reaktor (Saputra. A.I., 2018).

Berdasarkan data diperoleh penurunan yang paling kecil yaitu pada perlakuan waktu kontak sebesar 15 menit dengan penurunan sebesar 3,105 mg/L untuk parameter Fe, 0,547 mg/L untuk parameter Cu dan 0,294 mg/L untuk parameter Pb. Dimana hal ini disebabkan terlalu singkatnya waktu yang dimiliki oleh elektroda untuk melepas ion untuk mengikat kontaminan dan waktu untuk proses pembentukan flok yang juga sedikit. Sedangkan penurunan terbesar untuk parameter Fe, Cu dan Pb yaitu pada saat diberikan perlakuan waktu kontak sebesar 45 menit dengan penurunan sebesar 0,953 mg/L untuk parameter Fe, 0,007 mg/L untuk parameter Cu dan 0,010 mg/L untuk parameter Pb.

Pada penelitian ini dilakukan perhitungan data secara statistik menggunakan uji kolerasi

Spearman. Dari perhitungan yang diperoleh dapat dilihat besar pengaruh waktu kontak

5.72

0,001

0,001 0,001

1.1

0.043 0.018 0.007

0.56 0.021 0.018 0.01

0 1 2 3 4 5 6 7

K0 15 30 45

Konsentrasi (mg/L)

12 Volt

Fe Cu Pb

(44)

IV-9

secara parsial terhadap penurunan kandungan logam Fe, Cu dan Pb dalam air lindi. Dimana besar pengaruh waktu kontak yaitu sebesar 16,9% terhadap penurunan kandungan logam dalam air lindi.

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 (Fe

2

O

3

),

Magnetit (Fe3

O

4

), dan Pyrit (FeS

2

). 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 Fe

2

O

3

(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.