1
BIOSORPSI KROMIUM HEKSAVALEN OLEH MIKROALGA AMOBIL
PADA LIMBAH INDUSTRI PELAPISAN LOGAM
BIOSORPTION CHROMIUM HEXAVALENT BY MICROALGAE
AMOBIL IN ELECTROPLATING INDUSTRY WASTE
Shera Dwi Anita1 dan Edwan Kardena2
Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan
Institut Teknologi Bandung
1
sheradwi@gmail.com dan 2edwankardena@yahoo.com
Abstrak : Seiring dengan perkembangan zaman, banyak penelitian yang membahas mengenai penyisihan logam
dalam air, misalnya dengan koagulasi-flokulasi, pertukaran ion, teknologi membran, dan banyak lainnya. Adsorpsi merupakan satu dari alternatif teknologi yang sedang dikembangkan karena efektif dari segi biaya maupun besarnya penyisihan. Biosorpsi merupakan proses adsorpsi dengan menggunakan biomassa (adsorben dari makhluk hidup). Biosorpsi ini cocok diaplikasikan untuk penyisihan logam dengan konsentrasi yang tidak terlalu tinggi. Kromium merupakan salah satu logam berat yang berbahaya yang dapat disisihkan dengan teknologi biosorpsi. Kromium dalam bentuk heksavalen banyak ditemukan pada limbah dari berbagai jenis industri, salah satunya adalah industri pelapisan logam. Dalam industri tersebut, kromium merupakan bahan pelapis yang sering digunakan untuk membuat logam yang akan dilapisi tahan terhadap korosi dan terlihat lebih menarik. Dengan mengambil sampel limbah dari industri pelapisan logam, penelitian ini akan menganalisis keadaan optimal untuk temperatur (25oC, 35oC, 45oC), waktu kontak (10-180 menit), berat biosorben (2,5-12,5 gram), dan pH (1-5) pada proses biosorpsi kromium heksavalen pada reaktor batch dengan menggunakan biosorben berupa mikroalga amobil. Selain itu, akan dianalisis pula mengenai uji kesetimbangan adsorpsi dengan menggunakan 3 persamaan isoterm, yaitu Freundlich, Langmuir, dan Linear serta perhitungan kinetika reaksi orde satu dan dua dengan menggunakan Persamaan Lagergren. Dari hasil penelitian, didapat hasil bahwa kapasitas adsorpsi untuk reaksi ini sebesar 5,302 mg/g dan kinetika reaksi terjadi pada orde dua.
Kata kunci : biosorpsi, heksavalen, kromium, mikroalga
Abstract : Along with the times, a lot of research discussed about the eliminate of metal in water, like by coagulation-floculation, ion exchange, membrane technology, and a lot of them. Adsorption is one of the alternative technologies that are being developed as cost-effective and good for the percentage of elimination. Biosorption is adsorption process that using biomass (adsorbent from biological). Biosorption is suitable to be applied to the metal that has not have high concentrations. Chromium is one of dangereous heavy metal that can be removed by biosorption process. Chromium in hexavalent form, is many found in watewater of various indutries. One of them is the electroplating industry. In that industry, chromium is a coating material that is often used to make coated metal resistant to corrosion and look more attractive. By taking samples of waste from electroplating industry, this study will analyze the state of the optimization of temperature (25 oC, 35 oC, 45 oC), contact time (10-180 minutes), biosorbent dosage (2.5-12.5 grams) , and pH (1-5) for hexavalent chromium biosorption process in a batch reactor using microalgal amobil. In addition, this study will also discuss about equilibrium of adsorption process than can be analyzed using the 3 equations of equilibrium isotherms (Freundlich, Langmuir, and Linear) and also discuss about one and two order kinetics of the reaction with Lagergren equation. From the research, we got the result that the adsorption capacity for this reaction was 5.302 mg / g and the kinetics of the reaction occurs on the second order.
2
PENDAHULUAN
Pencemaran logam berat di perairan merupakan dampak yang ditimbulkan dari meningkatnya perkembangan industri di dunia. Tidak seperti kebanyakan polutan organik yang nantinya akan terdegradasi menjadi karbon dioksida dan air, sebagian logam tidak terdegradasi, namun akan terakumulasi di dalam lingkungan (Cvijovic dkk., 2011; Cozma dkk.., 2010). Kromium, salah satu dari logam tersebut, merupakan logam berat berbahaya yang stabil dalam bentuk Cr(III) dan Cr(VI). Bentuk trivalen relatif tidak berbahaya dan dapat diendapkan, namun dalam bentuk heksavalen, kromium bersifat beracun, karsinogenik, dan mutagenik. Dalam bentuk ini, kromium mudah larut di dalam tanah dan air, selain itu merupakan pengoksidasi yang kuat yang dapat diserap oleh kulit (Elangovan dkk., 2007). Cr(VI) merupakan anion, yang pada umumnya ada dalam bentuk Cr2O72-, HCr2O7-, HCrO4-,dan CrO42-. Kromium banyak digunakan
dalam berbagai jenis industri, seperti industri penyamakan kulit, pemurnian minyak, pelapisan logam, dan produksi pulp (Wang dkk., 2010). Pada industri pelapisan logam, kromium merupakan bahan yang sering digunakan untuk pelapisan pada proses anoxide dan rinsing.
Beberapa teknologi fisik-kimia seperti reduksi-presipitasi kimiawi, pertukaran ion, membran filtrasi, dan elektrodialisis telah digunakan untuk menyisihkan kromium (Moussavi dkk., 2009). Namun teknologi ini memerlukan sejumlah besar bahan kimia, luas area yang besar, dan operator yang ahli untuk menjalankannya. Selain itu, banyaknya lumpur yang dihasilkan juga menjadi kendala (Gupta dkk., 2010). Karena itu, cara-cara tersebut dirasa tidak cukup efisien dari segi biaya dan teknis dan tidak cocok diaplikasikan untuk pengolahan limbah industri skala kecil (Kobya dkk., 2005).
Alternatif pengolahan dengan teknik biosorpsi kemudian diteliti dan dianggap efektif dalam biaya dan mudah dilakukan. Selain itu, biosorpsi dapat menyisihkan logam berat lebih banyak daripada presipitasi kimiawi pada kisaran pH yang besar. Umumnya, biosorpsi didefinisikan sebagai penyerapan pasif ion logam oleh metabolisme biomassa yang tidak aktif. Beragam biosorben telah dicoba untuk menyisihkan logam berat dari dalam air, seperti berbagai jenis bakteri, alga, serbuk gergaji, kulit kayu, rumput laut, dan banyak lainnya Dari hasil studi didapat bahwa biomassa yang tidak hidup lebih efektif dalam menyerap logam dibanding sel yang hidup (Elangovan dkk., 2007).
Berbagai jenis alga merupakan biosorben yang baik dari tingkat afinitas dan kapasitas adsorpsinya. Keuntungan penggunaan mikroalga untuk menyisihkan logam berat adalah proses kulturisasi yang dapat dilakukan secara mudah dan murah. Hal ini karena kemampuan fotosistensis dan kebanyakan spesies mikroalga termasuk mikroorganisme non-patogen (Ratnaningrum, 2011). Namun struktur yang lemah dan ukuran yang sangat kecil dari mikroalga tidak cocok untuk operasi penyisihan logam secara terus menerus (Kurniasih dkk., 2013). Untuk mengatasi hal tersebut kemudian digunakanlah immobilisasi biomassa. Immobilisasi biomassa merupakan teknik dimana sel yang akan digunakan dilapisi oleh lapisan polimer yang cukup berpori untuk memungkinkan proses difusi substrat ke sel (Horvathova dkk., 2009). Kelebihan dari immobilisasi ini adalah meningkatkan kekuatan mekanik dan resistansi pada zat kimia, mempermudah pemisahan antara biomassa dan hasil efluen, dan mengurangi penyumbatan pada sistem kontinu (Kurniasih, 2013). Dengan menggunakan reactor batch, penelitian kali ini akan membahas mengenai hasil biosorpsi kromium heksavalen menggunakan biomassa berupa alga
3
METODOLOGI
Secara garis besar, langkah-langkah pengerjaan penelitian ini digambarkan oleh bagan alir pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1 Metodologi penelitian
Pengambilan Limbah Industri
Limbah yang digunakan berasal dari industri pelapisan logam PT Dirgantara Indonesia, Bandung. Air limbah yang akan diteliti berasal dari kolam rinsing dan anodixing pelapisan kromium. Setelah limbah diambil, kemudian dilakukan karakterisasi awal limbah untuk mengetahui konsentrasi awal kromium di dalam limbah tersebut dan mengetahui senyawa-senyawa apa saja yang terkandung di dalam limbah rinsing tersebut. Dari hasil karakterisasi, didapat konsentrasi awal limbah sebesar 4,097 mg/L.
Persiapan Biomassa
Biomassa yang digunakan adalah mikroalga yang berasal dari alga blooming dari kolam fakultatif IPAL Bojongsoang, Bandung. Mikroalga tersebut kemudian disaring dan dibilas kembali dengan menggunakan aquades untuk menghilangkan kotoran dan zat organik yang masih terbawa. Setelah bersih, kemudian mikroalga tersebut diaktivasi dengan tiga modifikasi kimia yang berbeda, yaitu kondisi asam, basa, dan netral, dengan melarutkan pada larutan 0,1 N HCl, 0,1 N NaOH, dan 0,1 aquades selama tiga jam dengan rasio biomassa pada masing-masing pelarut sebanyak 1:3. Setelah itu, biomassa disaring dan dikeringkan dengan oven selama 20 jam pada temperatur 70oC. Kemudian setelah kering, biomassa ditumbuk dan disaring dengan ayakan sebesar 0,3 mm untuk mendapatkan biomassa dalam bentuk serbuk.
Persiapan
Pengambilan Biomassa Pengambilan Limbah
Immobilisasi Karakterisasi
Pemilihan Biosorben dengan Aktivasi HCl, NaOH, atau Aquades
Optimalisasi Keadaan : Temperatur, Waktu Kontak, Berat Biosorben, pH
Kapasitas Adsorpsi : Freundlich, Langmuir, Linear
Uji Kinetika Reaksi : Orde Satu dan Dua (Metode Lagergren)
4
Immobilisasi Biomassa
Proses immobilisasi biomassa dilakukan dengan mencampurkan 4,5 gram serbuk mikroalga yang telah ditumbuk sebelumnya dengan 2,5 gram sodium alginat dan dilarutkan dalam 100ml aqua demineralisasi sebanyak 100 ml. Setelah tercampur merata, larutan tersebut diteteskan menggunakan corong berukuran kecil pada larutan CaCl2 4% (4 gram CaCl2 dalam
100 ml aquadeion). Saat penetesan ini, larutan CaCl2 diaduk menggunakan stirrer yang berfungsi
agar biosorben yang sudah terbentuk tidak saling menempel. Setelah didiamkan selama 2 jam, biosorben yang terbentuk dipindahkan ke dalam 0,5% CaCl2 dan disimpan di dalam pendingin. Pemilihan Aktivasi Awal Biomassa
Biosorben yang telah terbentuk dari tiga aktivasi keadaan yang berbeda (asam, basa, dan netral) akan dibandingkan tingkat penyisihannya terhadap limbah industri yang mengandung Cr(VI). Pengujian dilakukan dengan mencampurkan 10 gram biosorben dengan 50 ml limbah dengan konsentrasi 4 mg/L ke dalam labu erlenmeyer 250 ml, kemudian diputar dengan shaker berkecepatan 100 rpm selama 3 jam. Setelah itu, larutan disaring kemudian diukur konsentrasi akhir dengan menggunakan spektrofotometer dan dihitung berapa persen penyisihannya. Biosorben dengan penyisihan terbesar akan digunakan untuk penelitian selanjutnya.
Optimalisasi Keadaan
Secara umum, pengujian dilakukan dengan mencampurkan biosorben dengan 50 ml larutan limbah Cr(VI) yang kemudian dikocok dengan shaker dengan kecepatan 100 rpm. Terdapat empat parameter yang akan divariasikan, yaitu temperatur, waktu kontak, berat biosorben, dan pH yang ditunjukan pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1 Percobaan variasi kondisi optimal
Percobaan Temperatur Waktu Kontak Berat Biosorben pH
Temperatur 25oC
35oC 45oC
3 jam 10 gram pH awal larutan
Waktu Kontak Temperatur
Optimal 10 menit 30 menit 60 menit 90 menit 120 menit 150 menit 180 menit
10 gram pH awal larutan
Berat Biosorben Temperatur
Optimal Waktu Kontak Optimal 2,5 gram 5 gram 7,5 gram 10 gram 12,5 gram pH awal larutan pH Temperatur Optimal Waktu Kontak Optimal Berat Biosorben Optimal 1 2 3 4 5
5
Pemilihan Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi dilakukan untuk mengetahui kapasitas penyerapan logam berat kromium heksavalen oleh mikroalga amobil. Percobaan isoterm ini dilakukan pada konsentrasi 5-250 mg/L dengan kondisi optimum yang telah dilakukan sebelumnya. Hasil dari percobaan ini kemudian dihitung dengan 3 persamaan, yaitu Isoterm Freundlich, Isoterm Langmuir, dan Isoterm Linear. Setelah itu dilakukan pemilihan untuk mendapatkan persamaan isoterm yang paling representatif menggambarkan proses biosorpsi dengan melihat nilai kurva dan nilai R2 nya.
Perhitungan Kinetika Adsorpsi
Pengujian kinematika dilakukan untuk menentukan kinetika adsorpsi meliputi orde adsorpsi dan laju adsorpsi. Cara pengujian dilakukan dengan berbagai kondisi optimum yang telah diketahui sebelumnya dalam konsentrasi awal 5-250 mg/L limbah sebanyak 50 ml. Larutan kemudian dikocok dengan menggunakan shaker pada kecepatan 100 rpm kemudian konsentrasi Cr(VI) diukur setiap 15 menit selama 3 jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN Aktivasi Awal Biomassa
Hasil aktivasi biomassa dengan keadaan asam, basa, dan netral dapat dilihat dari
Gambar 2. Biomassa yang dilarutkan pada 0,1 N HCl mempunyai tingkat penyisihan terbesar,
yaitu sebesar 58,6% dibandingkan dengan biomassa yang dilarutkan pada 0,1 N NaOH dan 0,1 N aquades, yang hanya sebesar 33,1% dan 27%. Hal ini dikarenakan HCl yang mempunyai ion H+ akan membuat semakin banyaknya dinding sel biomassa bersifat positif. Cr(VI) yang berada dalam bentuk anion Cr2O72- akan lebih mudah ditarik oleh biomassa karena merupakan ion
negatif sehingga mampu meningkatkan penyisihan dari Cr(VI) di dalam limbah.
Gambar 2 Pengaruh aktivasi awal biomassa terhadap tingkat penyisihan Cr(VI) Efek Temperatur
Optimalisasi temperatur terhadap tingkat penyisihan Cr(VI) dilakukan dengan tiga variasi temperatur, yaitu 25oC, 35oC, dan 45oC. Hasil dari percobaan ditunjukkan oleh Gambar 3.
0 10 20 30 40 50 60 70 Aquades HCl NaOH % P e n y is ih a n C r( V I) Aktivasi Awal
6
Gambar 3 Pengaruh temperatur terhadap tingkat penyisihan Cr(VI)
Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa tingkat penyisihan Cr(VI) mempunyai nilai tertinggi saat temperatur yang digunakan 25oC dan menurun seiring dengan bertambahnya temperatur. Hasil ini mengindikasikan bahwa reaksi yang terjadi pada biosorpsi Cr(VI) dengan mikroalga amobil bersifat eksoterm. Dilihat dari aspek pengaruh temperatur, proses biosorpsi cenderung berlangsung secara fisika. Temperatur yang terlalu tinggi bagi biomassa alga amobil ini akan merusak ikatan dan menurunkan tingkat penyerapan logam.
Efek Waktu Kontak
Waktu kontak merupakan satu dari parameter penting karena berkaitan dengan kapasitas pengolahan, aplikasi operasional, dan ekonomi. Umumnya biosorpsi berlangsung pada waktu yang singkat untuk mencapai kesetimbangannya (Wang dkk., 2006). Hal inilah yang mendasari pengujian terhadap variasi waktu kontak yang berlangsung pada rentang 15 – 180 menit. Pada
Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada 15 menit pertama, hampir 50% Cr(VI) dapat tersisihkan dan
tingkat penyisihan terus bertambah seiring dengan bertambahnya waktu kontak. Waktu kontak optimal terjadi pada 180 menit.
Gambar 4 Pengaruh waktu kontak terhadap tingkat penyisihan Cr(VI) Efek Berat Biosorben
Pada biosorpsi, penambahan berat atau jumlah biosorben pada volume dan konsentrasi larutan yang sama, tidak selalu memberikan hasil yang linear. Selain untuk mengetahui berat biosorben optimal untuk penyisihan, hal inilah yang mendasari penelitian ini dilakukan dengan variasi berat biosorben.
30 40 50 60 70 80 25 35 45 % Pe n y is ih a n C r( V I) Temperatur (OC) 0 20 40 60 80 0 30 60 90 120 150 180 % Pe n y is ih a n C r( V I)
7
Gambar 5 Pengaruh berat biosorben terhadap tingkat penyisihan Cr(VI)
Gambar 5 menunjukkan hasil dari penelitian dimana berat biosorben divariasikan dari
2,5-12,5 gram. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa tingkat penyisihan berbanding lurus dengan banyaknya biosorben yang digunakan. Semakin besar konsentrasi biosorben pada larutan dengan konsentrasi ion logam yang tetap maka akan menyebabkan semakin banyaknya permukaan aktif yang dapat menyerap logam (Wang dkk., 2006). Pertambahan jumlah biosorben yang sama banyak, tidak berbanding linear dengan tingkat penyerapannya. Saat penambahan 2,5 gram terakhir dari 10 gram menjadi 12,5 gram, tingkat penyisihan hanya bertambah 1,5%.
Efek pH
Penyisihan logam dengan proses adsorpsi sangat dipengaruhi oleh nilai pH dimana pH mempengaruhi nilai kelarutan dari logam. Cr(VI) dalam berada dalam bentuk anion, yaitu Cr2O72- sehingga jika pH semakin rendah (semakin asam) maka proses adsorpsi semakin baik
karena adanya perbedaan muatan yang menyebabkan proses penempelan atau pengikatan ion logam oleh permukaan adsorben. Oleh karena itu, rentang pH penelitian dibatasi pada kondisi asam, yaitu antara 1 – 5.
Pada Gambar 6 dilihat bahwa pada pH yang sangat kecil (1-2), penyisihan logam dapat mencapai diatas 90%, dengan penyisihan terbesar ada pada pH 1 yang bernilai sebesar 99%. Pada pH rendah, muatan permukaan biomassa secara keseluruhan menjadi positif sehingga dapat meningkatkan serapan bermuatan negatif anion logam. Nilai pH > 3 menghasilkan efisiensi biosorpsi rendah. Pada pengaplikasiannya, tidak disarankan untuk menurunkan pH efluen hingga 1. Kondisi ini memberikan nilai penyisihan optimum, namun berisiko dari segi keamanan.
Gambar 6 Pengaruh pH terhadap tingkat penyisihan Cr(VI) 0 20 40 60 80 100 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 % Pe n y is ih a n C r( V I)
Berat Biosorben (gram)
0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 % Pe n y is ih a n C r( V I) pH
8
Isoterm Adsorpsi
Kesetimbangan adsorpsi ditetapkan ketika konsentrasi adsorbat pada larutan mengalami keseimbangan yang dinamis dengan konsentrasi di permukaan adsorbat. Hubungan kesetimbangan antara adsorben dan adsorbat digambarkan dalam adsorpsi isoterm, yaitu perbandingan antara banyaknya adsorbat dan larutan yang tersisa pada temperatur dan tekanan tetap. Parameter termodinamika adsorpsi dapat dilihat dari konstanta kesetimbangan dengan temperatur. Nilai regresi linear sering digunakan untuk menentukan titik isoterm.
Untuk perhitungan nilai isoterm adsorpsi penelitian kali ini, menggunakan tiga buah model pendekatan yang sering digunakan yaitu Isoterm Freundlich, Langmuir, dan Linear. Rentang konsentrasi yang digunakan berada pada kisaran 5 – 250 mg/L. Analisis pemilihan isoterm adsorpsi dilakukan untuk mengetahui gambaran yang paling representatif proses biosorpsi yang terjadi.
Gambar 7 menunjukkan grafik dari data yang diplotkan sesuai model Isoterm
Freundlich. Nilai Log Ce diplotkan pada sumbu absis dan nilai log S diplotkan pada sumbu ordinat.. Model Isoterm Freundlich digunakan untuk menjelaskan proses adsorpsi non ideal pada permukaan yang heterogen. Heterogenitas dapat disebabkan oleh adanya perbedaan gugus fungsional pada permukaan adsorben. Adsorpsi yang mengikuti bentuk Isoterm Freundlich merupakan adsorpsi yang terjadi pada berbagai lapisan (multilayer). Nilai regresi linear dari grafik menunjukkan nilai yang mendekati 1, yaitu 0,9956. Nilai merupakan parameter yang penting karena menggambarkan kesesuaian biosorpsi yang terjadi dengan batasan kondisi pada Isoterm Freundlich. Apabila nilai kurang dari 1, maka isoterm yang terjadi merupakan isoterm yang cocok menggambarkan proses. Nilai merupakan gradien garis, yaitu sebesar 0.6356. Persamaan dasar Freundlich ditunjukkan oleh Persamaan (1).
S = Kf Ce 1/n (1)
Gambar 7 Isoterm Freundlich untuk penyisihan Cr(VI)
Model Isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa permukaan adsorben mempunyai sejumlah tertentu titik adsorpsi yang sebanding dengan luas permukaan adsorben dan adsorpsi hanya terjadi pada monolayer saja. Menurut teori model adsorpsi ini tidak dimungkinkan terjadinya proses adsorpsi pada adsorben yang telah terisi oleh suatu adsorbat, namun terjadi pada bagian yang kosong. Apabila titik aktif adsorpsi sudah jenuh dengan suatu adsorbat maka
y = 0.6356x + 0.2113 R² = 0.9956 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Lo g S Log Ce
9
kenaikan konsentrasi adsorbat relatif tidak meningkatkan jumlah logam yang teradsorpsi atau bahkan adsorpsinya cenderung turun. Hasil pendekatan dengan model ini ditunjukkan oleh
Gambar 8.
Gambar 8 Isoterm Langmuir untuk penyisihan Cr(VI)
Dengan memplotkan pada sumbu absis, dan pada sumbu ordinat, maka akan didapatkan nilai sebagai slope dan
sebagai intersep. Nilai qm adalah kapasitas adsorpsi maksimum, sebesar 5,302 mg/L dari perhitungan, sedangkan nilai Kads menunjukkan tingkat afinitas antara sorbat dengan sorben yaitu sebesar 0,818. Persamaan dasar dari Isoterm Langmuir ini ditunjukkan oleh Persamaan (2).
S = ( ) (2)
Untuk Isoterm Linear efektif digunakan dalam kisaran konsentrasi yang relatif sempit dan konsentrasi kontaminan yang relatif rendah. Nilai Ce diplot pada sumbu absis sedangkan nilai q diplotkan pada sumbu ordinat. Nilai gradien merupakan konstanta distribusi yang menggambarkan adanya permukaan yang memiliki sisi aktif untuk mengikat ion logam. Persaman dasar dan hasil plot Isoterm Linear terlihat pada Persamaan (3) dan Gambar 9.
S = Kd Ce (3)
Gambar 9 Isoterm Linear untuk penyisihan Cr(VI)
Dari plot ketiga model isoterm dan rekapitulasi parameter sesuai Tabel 2, dilihat bahwa nilai koefisien regresi linear yang paling mendekati nilai 1 adalah Isoterm Freundlich dengan
y = 0.2315x + 0.1886 R² = 0.9543 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 2 4 6 8 10 12 1 /S 1/Ce y = 0.4319x + 1.5382 R² = 0.9616 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 S Ce
10
nilai 0,9956. Nilai yang kurang dari satu, yaitu sebesar 0,6536, menunjukkan bahwa proses yang terjadi sesuai dengan bentuk Isoterm Freundlich. Adsorpsi yang mengikuti bentu Isoterm Freundlich merupakan adosorspsi yang terjadi pada berbagai lapisan (multilayer). Proses adsorpsi dapat didekati dengan persamaan isoterm Freundlich.
Pada Isoterm Linear, nilai Kd kurang dari satu sehingga dianggap permukaan adsorben tidak memiliki sisi aktif menyerap Cr(VI). Walaupun memiliki nilai korelasi yang cukup besar, namun nilai Kd isoterm linear dianggap tidak dapat menggambarkan proses adsorpsi yang terjadi. Selain nilai kapasitas adsorpsi maksimum, dapat ditentukan pula nilai RL (separation
factor) untuk mengetahui kondisi penyerapan yang terjadi. Nilai RL meupakan nilai yang diturunkan dari konstanta Kads. Nilai RL pada sorpsi yang terjadi berada pada rentang 0<RL<1 sesuai dengan perhitungan pada Tabel 2. Selain itu, adsorpsi juga dideskripsikan dengan baik oleh Isoterm Langmuir dengan nilai qm sebesar 5,302 mg/L dan R2 sebesar 0,9543.
Tabel 2 Rekapitulasi parameter isoterm
Parameter Isoterm Freundlich Isoterm Langmuir Isoterm Linear
R2 0,9956 0,9543 0,9616 1/n 0,6536 - - Kf 1,6266 - - qm (mg/g) - 5,302 - Kads - 0,818 - RL - 0,0049 - 0,1965 - Kd - - 0,4319 Kinetika Adsorpsi
Kinetika adsorpsi bertujuan untuk mengetahui orde reaksi dari proses adsorpsi yang berlangsung. Prediksi dari laju biosorpsi memberikan informasi yang penting dalam membuat sistem biosorpsi skala batch. Dalam penelitian kali ini, pendekatan dalam menghitung kinetika reaksi menggunakan model Lagergren orde satu dan orde dua. Untuk percobaan kinetika ini divariasikan konsentrasi dari 5-250 mg/L dan pengukuran selama 3 jam dengan selang 15 menit.
log(qe − qt) = log qe − !#,%&%" ' t (4)
Gambar 10 Model Lagergren untuk kinetika orde 1 (Co = 50 mg/L)
Untuk orde satu, persamaan dasar yang digunakan ditunjukkan oleh Persamaan (4). Nilai qe dan qt adalah jumlah dari banyaknya kromium yang teradsorpsi pada saat
y = -0.0111x + 0.4376 R² = 0.9502 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 0 50 100 150 200 lo g ( q e -q t) waktu (menit)
11
kesetimbangan dan waktu yang ditunjukkan oleh t. Gambar 10 merupakan contoh hasil plot log (qe-qt) dengan waktu pada konsentrasi 50 ppm. Nilai K1 didapat sebesar 0,025563.
(
(=("# ))+ t (5)
Untuk kinetika orde dua reaksi, ditunjukkan oleh Persamaan (5) dan Gambar 10. Pada orde dua ini, plot dilakukan membuat grafik yang menghubungkan t dengan ++. Gambar 10 menunjukkan plot data untuk konsentrasi awal 50 ppm.
Gambar 10 Model Lagergren untuk kinetika orde 2 (Co = 50 mg/L)
Untuk mengetahui orde berapa dari proses biosorpsi Cr(VI) menggunakan mikroalga amobil ini, maka digunakan perbandingan dengan parameter nilai koefisien determinannya (R2) dari masing-masing grafik pada tiap konsentrasi. Orde yang memiliki nilai R2 semakin mendekati satu itulah orde reaksi yang terpilih. Berdasarkan Tabel 3, dapat dilihat nilai R2 pada grafik orde dua lebih besar dan lebih mendekati angka satu dibandingkan dengan nilai pada orde satu. Oleh karena itu orde dua merupakan tingkatan orde yang paling menggambarkan proses adsorpsi. Keuntungan dari kinetika orde dua adalah pada waktu detensi yang sama, unit pengolahan yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan kinetika orde satu (Rusmayana, 2006).
Tabel 3 Perbandingan nilai K dan R2 antara orde satu dan orde 2 model Lagergren
Konsentrasi Awal (Co) R2 K
(mg/L) Orde 1 Orde 2 K1 K2 5 0,9619 0,9990 0,0334 0,8316 10 0,9581 0,9991 0,0147 0,2012 25 0,9284 0,9991 0,0239 0,0347 50 0,9500 0,9982 0,0255 0,0156 100 0,9181 0,9916 0,0198 0,0039 150 0,9532 0,9952 0,0248 0,0033 200 0,9612 0,9951 0,0255 0,0023 250 0,9571 0,9925 0,0203 0,0015 KESIMPULAN
Biomassa dari alga telah dianalisis dapat menghilangkan Cr(VI) dari limbah cair industri pelapisan logam. Besarnya nilai penyisihan bergantung dari temperatur, waktu kontak, berat
y = 0.2444x + 3.8338 R² = 0.9982 0 10 20 30 40 50 60 0 50 100 150 200 t/ q t waktu (menit)
12
biosorben, dan pH. Dari penelitian didapat bahwa temperatur optimal untuk penyisihan Cr(VI) adalah 25oC. Besarnya penyisihan berbanding lurus dengan waktu kontak dan banyak biosorben yang digunakan. Semakin rendah nilai pH juga mempengaruhi tingkat penyisihan Cr(VI) dari limbah industri ini. Kesetimbangan data ditunjukkan dengan baik oleh Isoterm Freundlich dan Langmuir dilihat dari nilai R2 yang mendekati 1 dan kapasitas adsorpsi atau nilai serapan logam sebesar 5,3 mg/g. Dari perhitungan kinetika, proses dalam penyerapan logam ini berlangsung pada orde 2. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa mikroalga amobil dapat dijadikan biomassa yang murah, ramah lingkungan, dan kompetitif untuk menyisihan Cr(VI).
DAFTAR PUSTAKA
Cozma, D., Tănase, C., Tunsu, C., Olariu, R.-I., Ionaş, A. dan Pui, A. (2010). Statistical Study of Heavy Metal Distribution in The Specific Mushrooms From The Steril. Dumps Călimani area Environmental Engineering and Management Journal, 9 (5): 659-665.
Cvijovic, M., Djurdjevic, P., Cvetkovic, S. dan Cretescu, I. (2010). A Case Study of Industrial Water Polluted With Chromium (VI) and Its Impact to River Recipient in Western Serbia. Environmental Engineering and Management Journal, 9 (1): 45-49.
Elangovan, R., Philip, Ligy, dan Chandraraj, K. (2007). Biosorption of Hexavalent and Trivalent Chromium by Palm Flower (Borassus aethiopum). Chemical Engineering Journal, 141: 99-111.
Gupta, V.K., Rastogi, A., Nayak, A. (2010). Adsorption Studies on The Removal of Hexavalent Chromium From Aqueous Solution Using a Low Cost Fertilizer Industry Waste Material. J. Colloid Interface Science, 34: 135–141.
Horvathova H., J. Kadulova, M. Stofko. (2009). Biosorpstion of Cu2+ and Zn2+ by Immobilized Algae Biomass of Chorella Kessleri. Department of Non-ferrous Metals and Waste Treatment, Faculty of Metallurgy, Technical University of Kosice, Slovakia.
Kobya, M., Demirbas, E., Senturk, E., Ince, M. (2005). Adsorption of Heavy Metal Ions From Aqueous Solutions by Activated Carbon Prepared From Apricot Stone. Bioresour. Technol, pg 1518–1521.
Kurniasih, Ariesyady, H.D., Sulaeman, A., Kardena, Edwan. (2013). Biosorption of Chromium(VI) Using Immobilized Algal-Bloom Biomass: Kinetics and Equlibrium Studies. Faculty Civil and Enviromental Engineering, Institut Teknologi Bandung. International Journal of Enviromental and Resource (2)
Moussavi, G. dan Mahmoudi, M. (2009). Removal of Azo and Anthraquinone Reactive Dyes From Industrial Wastewaters Using MgO Nanoparticles. J. Hazard. Mater, pg 806–812 Ramadhan, Bayu. (2010). Biosorpsi Logam Berat Cr (VI) Menggunakan Biomassa
Saccharomyces cerevisiae. Bandung : Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Bandung
Ratnaningrum, Hana. (2011). Biosorpsi Kromium Heksavalen Menggunakan Konsorsium Alga Terimmobilisasi. Bandung : Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Bandung
Wang, X.S., Chen, L.F., Li, F.Y., Chen, K.L., Wan, W.Y., Tang, Y.J. (2010). Removal of Cr (VI) with Wheat-Residue Derived Black Carbon: Reaction Mechanism and Adsorption Performance, pg 816–822. J. Hazard Mater : London.
