REMOVAL OF COD FROM TANNERY WASTEWATER USING ELEKTRO-FENTON METHOD
Muhammad Sholeh*, Supraptiningsih, Wahyu Pradana Arsitika
Balai Besar Kulit, Karet, dan Plastik, Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri Kementerian Perindustrian RI
*Email: sholeh_tahunan@yahoo.com
ABSTRACT
Tannery wastewater contain organic pollutants which are difficult to degrade biologically. Handling of these pollutants can be done by advanced oxidation processes (AOPs) such as electro-Fenton. The aim of the experiment was to obtain optimum condition for tannery wastewater treatment using electro-Fenton method. The process was done with the current variation of 1.13 A, 1.71 A, and 2.02 A, electrolysis time and stirring 0.25 h, 1 h and 2 h, and the electrode distance of 2 cm and 3 cm. The optimum operating conditions were obtained at the current strength of 1.13 A, process time of 2 h and electrode spacing of 2 cm.
PENGURANGAN COD AIR LIMBAH INDUSTRI PENYAMAKAN KULIT MENGGUNAKAN METODE ELEKTRO-FENTON
Muhammad Sholeh*, Supraptiningsih, Wahyu Pradana Arsitika
Balai Besar Kulit, Karet, dan Plastik, Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri Kementerian Perindustrian RI
*Email: sholeh_tahunan@yahoo.com
ABSTRAK
Air limbah industri penyamakan kulit mengandung polutan organik yang sulit didegradasi secara biologis. Penanganan polutan organik ini dapat dilakukan dengan advance oxidation processes (AOPs) diantaranya dengan metode elektro-Fenton. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kondisi operasi yang optimum pengurangan chemical oxygen demand (COD) dalam air limbah industri penyamakan kulit menggunakan metode elektro-Fenton. Proses dilakukan dengan variasi arus sebesar 1,13 A, 1,71 A, dan 2,02 A, waktu elektrolisis dan pengadukan 0,25 j, 1 j, dan 2 j, serta dan jarak elektrode 2 cm dan 3 cm. Kondisi operasi optimum yang diperoleh pada kekuatan arus 1,13 A, waktu 2 j dan jarak elektrode 2 cm.
PENDAHULUAN
Industri penyamakan kulit termasuk salah satu industri yang menghasilkan polutan terbesar, baik dari segi volume maupun jenis polutan. Limbah cair industri ini mengandung sisa kulit dan bahan kimia yang dipergunakan selama proses penyamakan. Terdapat polutan organik dalam air limbah yang cukup stabil dan sulit didegradasi dengan cara biologis sehingga memerlukan perlakuan lanjutan.
Penggunaan teknologi alternatif diantaranya advanced oxidation processes (AOPs) telah berhasil digunakan sebagai metode pretreatment untuk mengurangi konsentrasi senyawa organik beracun yang menghambat pengolahan air limbah proses biologis (Stasinakis, 2008). AOPs adalah proses generasi radikal bebas yang sangat reaktif dalam menghancurkan kimia organik. AOPs yang paling penting yaitu sistem Fenton, yang terdiri atas reaksi H2O2 dengan Fe2+ membentuk ●OH. Reaksi fenton melibatkan beberapa tahapan dimana radikal bebas hidroksil (●OH) dan hidroksiperoksil (HO2●) merupakan hasil antara yang menjadi kunci (Vatanpour, dkk, 2009). AOPs telah digunakan untuk menghilangkan berbagai polutan, diantaranya pewarna (Chen and Wu, 2009; Hashemian et al. 2013; Hassan and Hameed, 2011), deterjen (Mousavi et al., 2011), dan formaldehid (Fonseca, 2010).
Saat ini sistem hibrida terdiri dari proses oksidasi yang berbeda, seperti oksidasi Fenton, foto-oksidasi, elektro-oksidasi, sering digunakan untuk meningkatkan efisiensi metode elektrokimia. Dalam metode elektro-Fenton, mekaniske Fenton dan elektro-koagulasi dilakukan bersama-sama, hasil hasil yang cukup baik dalam pengobatan air limbah yang kuat (Atmaca, 2009).
Secara umum, ada ada dua aplikasi EF yang berbeda. Pertama adalah sistem elektro-Fenton di mana reagen Fenton (Fe2+ dan H2O2) ditambahkan ke reaktor dari luar, dan digunakan elektroda inert yang memiliki katalitik yang tinggi. Kedua adalah sistem elektro-Fenton di mana H2O2 ditambahkan dari luar, dan Fe2+ disediakan dengan mengorbankan anoda besi (Atmaca, 2009). Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kondisi operasi yang optimum pengolahan air limbah industri penyamakan kulit menggunakan sistem elektro-Fenton tipe kedua.
BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian
Air limbah industri penyamakan kulit, diperoleh dari outlet secondary treatment salah satu industry kulit di Yogyakarta. Hidrogen Peroksida 30%, Fero Sulfat, Sodium hidroksida, dan Asam Sulfat, semua analytical grade (Merck).
Peralatan Penelitian
Unit elektrolisis seperti terlihat pada Gambar 1 dengan ukuran bak kaca 15 cm x 20 cm x 30 cm.
Gambar 1. Rangkaian alat elekro-fenton
Metode
Air limbah dimasukkan ke dalam bak unit elektro-Fenton (Gambar 1). Limbah diaduk dengan magnetic stirrer pada kecepatan 300 rpm. Dimasukkan reagen fenton FeSO4 0,2% dan H2O2 120 ppm (Sholeh et al., 2013). Dilakukan variasi arus sebesar 1,13 A, 1,71 A, dan 2,02 A, waktu elektrolisis dan pengadukan 0,25 j, 1 j, dan 2 j, serta dan jarak elektrode 2 cm dan 3 cm. Sisi tiap elektrode tercelup cairan seluas 9 cm x 25 cm. Setelah elektrolisis selesai, selanjutnya flok terbentuk dibiarkan mengendap sampai sempurna. Beningan diambil untuk diuji kadar polutannya.
Untuk setiap variasi parameter, dilakukan uji kadar chemical oxygen demand (COD) limbah sebelum dan sesudah perlakuan dengan elektro-Fenton.
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengaruh kekuatan arus
Parameter operasi yang penting pada proses elektro-Fenton salah satunya adalah kekuatan arus. Semakin besar arus DC dialirkan melalui elektrode, maka produksi Fe2+ yang dibutuhkan untuk reaksi fenton juga semakin besar. Terlihat pada Gambar 2, semakin besar arus DC tidak menunjukkan kecenderungan pengurangan COD yang semakin besar. Hal ini kemungkinan disebabkan terjadinya reaksi gangguan sebagai berikut (Atmaca, 2009):
2 H2O2 4H+ + O2 + 4e -2H+ + 2e- H2
Gambar 2. Pengaruh kekuatan arus terhadap penurunan nilai COD. Waktu elektrolisis 15 menit, jarak elektrode 2 cm
b. Pengaruh waktu elektrolisis
Pengaruh waktu elektrolisis terhadap penurunan COD terlihat pada Gambar 3. Semakin lama waktu elektrolisis menyebabkan semakin banyaknya ion Fe2+ yang terbentuk. Semakin besar konsentrasi ion Fe2+, semakin meningkat pula oksidasi terhadap polutan yang ditunjukkan dengan semakin besarnya pengurangan COD dalam limbah. Hal ini disebabkan semakin banyaknya radikal hidroksil yang terbentuk (Achille dan Yilian, 2010).
Gambar 3. Pengaruh waktu elektrolisis terhadap penurunan nilai COD. Kekuatan arus 1,13 A, jarak elektrode 2 cm.
c.. Pengaruh jarak elektrode
Terlihat pada Gambar 4, jarak elektrode 2 dan 3 cm memberikan pengurangan COD berturut-turut sebesar 36,6% dan 32,0%. Jarak elektrode yang lebih jauh menyebabkan transfer massa ion feri (Fe3+) ke permukaan katode menjadi lebih kecil. Akibatnya regenerasi ion fero (Fe2+) juga lebih sedkit dan radikal hidroksi tidak dapat dipropagasi dengan efisien (Zhang, 2006).
Gambar 4. Pengaruh jarak elektrode terhadap penurunan COD. Waktu elektrolisis 1 j, kekuatan arus 1,13 A.
Dari semua variasi parameter yang dilakukan, pengurangan COD yang diperoleh tidak terlalu besar. Hasil penelitian Klameth (2011) menunjukkan bahwa efisiensi dan kecepatan reagen fenton dalam mendegradasi polutan organik pada konsentrasi rendah cukup kecil. Peningkatan efisiensi dan kecepatan reagen fenton dapat ditingkatkan dengan cukup signifikan dengan cara memaparkannya ke dalam sinar ultraviolet. Proses ini disebut foto-fenton.
Rendahnya penurunan COD dimungkinkan juga karena pH larutan relatif netral (pH = ±7). Sholeh et al. (2013) melaporkan bahwa kondisi optimum untuk proses pengurangan COD air limbah industri penyamakan kulit menggunakan reagen Fenton adalah pada pH 4.
Hasil optimum pengurangan COD pada kisaran percobaan elektro-Fenton ini diperoleh pada kekuatan arus 1,13 A, waktu 2 j dan jarak elektrode 2 cm.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu:
Kondisi operasi optimum yang diperoleh Hasil optimum pengurangan COD pada kisaran percobaan elektro-Fenton diperoleh pada kekuatan arus 1,13 A, waktu 2 j dan jarak elektrode 2 cm.
DAFTAR PUSTAKA
Achille, G.N. dan Yilian, L., 2010, Mineralization of Organic Compounds in Wastewater Contaminated with Petroleum Hydrocarbon using Fenton’s Reagent: a Kinetic Study, J. Of American Science, 6(4), 58-66.
Atmaca, E., 2009, Treatment of Landfill Leachate by Using Elektrofenton Method, J. Hazard. Mater. 163, 109-114.
Chen, C.C. dan Wu, R.J., 2009, Chemical Oxidative Degradation of Acridine Orange Dye in Aqueous Solution by Fenton’s Reagent, Journal of the Chinese Chemical Society, 56, 1147-1155.
Fonseca, J. C. L., Nogueira, R. F. P., and Marchi, M. R. R., 2010. Photo-Fenton process for treating biological laboratory wastewater containing formaldehyde. Eclética Química, 35(1), 25-33.
Hashemian, S., Tabatabaee, M., dan Gafari, M., 2013, Fenton Oxidation of Methyl Violet in Aqueous Solution, Journal of Chemistry, doi:10.1155/2013/509097 Hassan, H. dan Hameed, B.H., 2011, Fenton-like Oxidation of Red 1 Solutions Using
Heterogeneous Catalyst Based on Ball Clay, International Journal of Environmental Science and Development, 2(3), 218-222.
Klamerth, N., 2011, Application of a Solar Photo-Fenton for the Treatment of Contaminants in Municipal Wastewater Effluents, Universidad de Almeira, Spanyol.
Mousavi, S.A.R., Mahvi, A.H., Nasseri, S., dan Ghafari, Sh., 2011, Effect of Fenton Process (H2O2/Fe2+) on Removal of Linear Alkylbenzene Sulfonate Using Central Composite, Iran. J. Environ. Healh. Sci. Eng., 8(2), 129-138.
Sholeh, M., Supraptiningsih, dan Arsitika, W. P., 2013, Penurunan COD air limbah industri penyamakan kulit menggunakan reagen fenton, Majalah Kulit, Karet, dan Plastik, 29(1): 31-36.
Stasinakis, A.S., 2008, Use of Selected Advanced Oxidation Processes (AOPs) for Wastewater Treatment – A Mini Review, Global NEST Journal, 10(3), 376-385.
Vatanpour, V., Daneshvar, N., Rasoulifard, H., 2009, Electro-fenton Degradation of Synthetic Dye Mixture: Influence of Intermediate, J. Environ. Eng. Manage., 19(5), 277-282.
Zhang, H., Zhang, D., dan Zhou, J., 2006, Removal of COD from Landfill Leachate by Electro-Fenton Method, J. Hazard. Mater., 135(1), 106-111.
