APLIKASI ELEKTROKOAGULASI PASANGAN ELEKTRODA BESI UNTUK PENGOLAHAN AIR DENGAN SISTEM KONTINYU

APPLICATION OF ELECTROCOAGULATON IRON ELECTRODE PAIRS FOR WATER TREATMENT WITH

CONTINUOUS SYSTEM

Andri Lukismanto* dan Abdu Fadli Assomadi**Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS

*email: andri_l@enviro.its.ac.id**email: assomadi@its.ac.id

AbstrakTelah dilakukan percobaan elektrokoagulasi pada outlet bak prasedimentasi PDAM

Karang Pilang I dengan kekeruhan antara 100 – 130 NTU, menggunakan sistem yaitu batch dan kontinyu.kuat arus dan waktu kontak terbaik pada sistem batch digunakan sebagai dasar dalam sistem kontinyu yaitu dengan menggunakan kuat arus sebesar 2 A dengan waktu kontak yaitu 15menit ;16,7menit ;20menit;25menit ;33,3menit. Berdasar percobaan yang telah dilakukan didapatkan hasil yang terbaik yaitu pada waktu kontak 33,3menit untuk efisiensi penurunan kekeruhan sebesar 64% dan pada debit 20menit untuk penurunan warna sebesar 65,87%. Analisa biaya yang dilakukan pada proses ini adalah sebesar Rp 140,96 untuk elektrokoagulasi dan sebesar Rp 220 apabila kita menggunakan koagulan kimia dengan jumlah besi yang terlarut sebesar 6,128 gr setiap 196 L air yang diolah.Kata kunci : Pengolahan Air, Elektrokoagulasi, Besi, Kontinyu

AbstractIn this electrocoagulation experiments using water samples originated from the outlet basin

taps prasedimentasi PDAM Karang Pilang I , which has a turbidity of 100-130 NTU, then performed the analysis on the two systems are batch and continuous. The best results on the batch system is used as the basis in determining the continuous system is by using the current of 2 A with a discharge of 15, 16,7 , 20, 25, 33,3min. Based experiments have been carried out which showed the best results in discharge of 33min for turbidity reduction efficiency of 64% and on discharge of 20min for color reduction of 65.87%. Cost analysis conducted in this process is Rp 140.96 electrocoagulation process and Rp 220 if we use a chemical coagulant to the amount of dissolved iron at 6.128 grams per 196 liters of water were processed. Keywords: Water treatment, electrocoagulation, Iron, Continuous

1

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Ketersediaan air bersih di daerah kota merupakan hal yang vital untuk menunjang

keberlangsungan aktifitas manusia sehari – hari, tidak dapat dipungkiri bahwa semakin

berkembangnya zaman akan terjadi peningkatan jumlah penduduk dan akhirnya meningkat pula

kebutuhan akan air bersih. Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Surabaya adalah salah satu

pemasok air minum ke masyarakat yang mengambil air baku dari sungai dimana harus sesuai

dengan baku mutu sebagai air baku air minum. Dalam upaya penjernihan air baku, PDAM

Surabaya menggunakan koagulan kimia yang tidak sedikit, penggunaan bahan kimia misalnya

koagulan yang berlebih akan terjadi terjadi peningkatan biaya operasional Untuk menanggulangi

biaya yang dikeluarkan diperlukan alternatif penganti tawas dan pastinya lebih efisien yaitu dengan

Teknologi Elektrokoagulasi sebagai pengganti proses koagulasi – flokulasi yang sudah ada.

Adanya permasalahan diatas maka diperlukan suatu teknologi pengganti kebutuhan

koagulan kimia yang semakin meningkat yaitu dengan metode elektrokoagulasi yaitu dengan

mengalirkan arus ke suatu lempeng elektroda sehingga dapat menghasilkan ion – ion yang dapat

bertindak seperti koagulan yang dapat mengikat pengotor dalam air baku

1.2. Perumusan Masalah

Dari latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan beberapa permasalahan, sebagai berikut:

1. Hubungan antara waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan warna dan

kekeruhan dengan menggunakan elektroda Besi (Fe) pada sistem batch.

2. Hubungan antara waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan warna dan

kekeruhan dengan menggunakan elektroda Besi (Fe) pada sistem kontinyu.

3. Berapa jumlah besi yang terlarut dan perbandingan biaya yang diperlukan untuk proses

elektrokoagulasi dibandingkan dengan penggunaan koagulan kimia.

1.3. Tujuan Penelitian

2

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Menentukan waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan warna dan kekeruhan

terbaik dengan menggunakan elektroda Besi (Fe) pada sistem batch.

2. Menentukan pengaruh waktu kontak dan kuat arus pada elektroda terhadap efisiensi

penurunan warna dan kekeruhan terbaik dengan menggunakan elektroda Besi (Fe) pada

sistem kontinyu.

3. Menghitung jumlah besi yang terlarut dan perbandingan biaya yang diperlukan untuk proses

elektrokoagulasi dibandingkan dengan penggunaan koagulan kimia. (FeCl3)

1.4. Teori

Proses elektrokoagulasi merupakan gabungan dari proses elektrokimia dan proses koagulasi-

flokulasi. Sel elektrokimia adalah sel yang menghasilkan transfer bentuk energi listrik menjadi

energi kimia atau sebaliknya, melalui saling interaksi antara arus listrik dan reaksi redoks. Kajian-

kajian yang mempelajari perubahan kimia oleh sebab adanya transfer elektron disebut elektrokimia

(Santoso et al., 2000) dan Proses koagulasi dengan menggunakan koagulan yaitu suatu proses

destabilisasi dan penggabungan dari partikel-partikel koloid dan halus yang tersuspensi dengan

menggunakan bahan koagulan. Koagulan yang banyak digunakan adalah kapur, tawas, dan kaporit.

Pertimbangan pemberiannya adalah karena garam-garam Ca, Fe, dll yang bersifat tidak larut dalam

air akan mengendap bila bertemu dengan sisa-sisa basa (Kusnaedi, 1995).

Teknik elektrokoagulasi menggunakan arus searah (Direct Current) yang menyebabkan ion

dari anoda yang dikorbankan menyisihkan kontaminan melalui reaksi kimia dan pengendapan atau

dengan mengikat partikel koloid kemudian menyisihkannya melalui flotasi. pH, jenis dan

konsentrasi polutan, ukuran dan posisi gelembung, stabilitas flok dan kecepatan pengendapan,

semua itu dipengaruhi oleh proses elektrokoagulasi. Mekanisme dari elektrokoagulasi dapat dilihat

pada Gambar 1. Ketika anoda dan katoda sudah dihubungkan dengan sumber arus dari luar, maka

3

akan terjadi reaksi oksidasi pada anoda, selanjutnya air direduksi menjadi gas hidrogen dan ion

hidroksil (OH-). Reaksi elektrokimia yang terjadi adalah sebagai berikut :

1. Reaksi pada anoda

M(s) → M(aq)n+ + ne-

2H2O(l) + 2e- → 4H+(aq) + O2(g) + 4e-

2. Reaksi pada katoda

M(aq)n+ + ne-→ M(s)

2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 4OH-

Gambar 1 Mekanisme elektrokoagulasi (Ni’am et al., 2007)

Diyakini terdapat tiga mekanisme yang terlibat dalam proses tersebut yaitu elektro-

koagulasi, elektro-flotasi dan elektro-oksidasi. Dalam elektrokoagulasi dengan arus listrik yang

mengalir diantara dua elektroda, koagulan dihasilkan di dalam reaktor tersebut oleh oksidasi dari

material anoda. Dengan anoda besi, Fe(OH)n dengan n=2 atau 3 dibentuk pada anoda.

Terdapat dua mekanisme untuk memproduksi logam hidroksida.

Akibat aliran arus listrik searah ke dalam larutan elektrolit akan terjadi perubahan kimia dalam

larutan tersebut. Menurut Michael Faraday lewatnya arus 1 F mengakibatkan oksidasi 1 massa

ekivalen suatu zat pada suatu elektroda (anoda) dan reduksi 1 massa ekivalen suatu zat pada

elektroda yang lain (katoda).

Hukum Faraday I: “massa zat yang dihasilkan di elektroda selama proses elektrolisis berbanding

lurus dengan banyaknya mol elektron (kuantitas kelistrikan) yang diberikan ke elektroda”.

4

w ~ Q

w = massa zat yang diendapkan (g).

• w ~ I.t

Q = jumlah arus listrik = muatan listrik (C)

w = e.I.t = gek.I.t = = Ar.I.t

F n. F

e = tetapan = (gek : F)

I = kuat arus listrik (A).

gek = massa ekivalen zat (gek).

t = waktu (dt).

n = valensi ion.

Ar = massa atom relatif.

F = bilangan faraday = 96 500 C.

Massa ekivalen = massa zat yang sebanding dengan 1 mol elektron = 6,02 x 1023 ē. 1 gek ~ 1 mol ē

2. METODOLOGI

Pada penelitian ini dilakukan analisa terhadap kemampuan elektroda dari plat Besi (Fe)

sebagai anoda dan katoda dalam menurunkan kekeruhan dan warna dengan menggunakan metode

elektrokoagulasi. Ada dua tahapan dalam analisa ini yaitu Percobaan Pendahuluan (sistem Batch)

dan Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu). Percobaan pendahuluan dilakukan terhadap variasi

waktu kontak dan kuat arus yang digunakan dalam metode batch untuk mengetahui besarnya

pengaruh waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan dan warna yang

terbaik, Kuat arus yang dipakai adalah 1,2 A; 0,9A; 0,6 A; dan 1,2 A, serta waktu yang dipakai

adalah 120 ,60, 40 dan 30 detik.

5

Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) dilakukan dengan aliran kontinyu dengan

menggunakan elektroda Besi (Fe) sebagai anoda dan katoda dengan menggunakan variasi debit

yang merupakan hasil dari waktu kontak terbaik.dari percobaan pendahuluan sehingga didapatkan

debit dan kuat arus yag terbaik dalam analisa ini. Pada penelitian ini juga dilakukan perbandingan

tehadap karakteristik fisik flok yang dihasilkan dengan metode elektrokoagulasi dan dengan

penggunaan bahan kimia

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian elektrokoagulasi ini dilakukan dua percobaan yaitu percobaan pendahuluan

yang dilakukan dengan sistem batch dan percobaan lanjutan dengan sistem kontinyu

3.1 Percobaan Pendahuluan

Percobaan pendahuluan dilakukan dengan Sistem Batch yaitu menggunakan air sampel yang

diambil dari outlet PDAM Karangpilang I dengan karakteristik kekeruhan sebesar 100 – 130 NTU

dan range pH antara 6 – 8 kemudian dianalisa dalam wadah berukuran 1000 ml dimana sampel

diberi aliran arus dan waktu kontak sesuai dengan yang ditentukan. Pada saat arus mengalir

dilakukan pengadukan dengan menggunakan magnetik stirrer dengan kecepatan 200 rpm dan 50

rpm sebagai proses pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Pengambilan sampel dalam

percobaan pendahuluan dilakukan sebelum operasi dan setelah proses sedimentasi selama 15 menit.

Percobaan pendahuluan bertujuan mendapatkan kuat arus dan waktu kontak terbaik kemudian

diagunakan pada sistem kontinyu. Parameter yang digunakan adalah kekeruhan, pH, warna, dan

Daya Hantar Listrik (DHL).

3.1.1. Analisa Kekeruhan

6

Proses elektrokoagulasi dapat meningkatkan efisiensi penurunan kekeruhan (Ni’am dkk,

2006), Berikut grafik efisiensi penurunan kekeruhan dalam percobaan kali ini

Gambar 2. Efisiensi Penurunan Kekeruhan

Pada percobaan ini dapat dilihat bahwa perubahan kuat arus dan waktu kontak dapat

mempengaruhi efisiensi penurunan kekeruhan. Secara keseluruhan dengan peningkatan kuat arus

dan waktu kontak maka semakin besar dosis koagulan yang ditambahkan maka akan semakin

banyak ion – ion aquometalik Fe(OH)3 yang mendestabilisasi koloid sehingga semakin banyak flok

yang terbentuk dan akhirnya terjadi pengendapan, hal ini menyebabkan persentase penurunan

semakin meningkat (Karamah, 2005). Penurunan kekeruhan dapat terjadi karena adanya reaksi

selama proses elektrokoagulasi, yaitu:

Anoda : 4 Fe (s) 4 Fe2+ (aq) + 8 e–

4 Fe2+ (aq) + 10 H2O (l) + O2 (g) 4 Fe(OH)3 (s) + 8 H+ (aq)

Katoda : 8 H+ (aq) + 8 e– 4 H2 (g)

Total : 4 Fe (s) + 10 H2O (l) + O2 (g) 4 Fe(OH)3 (s) + 4 H2 (g)

Pada hasil percobaan juga dapat dilihat secara fisik adanya endapan berwarna cokelat

kemerahan dan warna air berwarna kecokelatan yang muncul hal ini dikarenakan adanya reaksi :

Fe(H2O)3(OH)3(aq) → Fe(H2O)3(OH)3(s)

Fe(H2O)3(OH)3(aq) keluar sebagai buih warna putih dari anoda semakin lama membentuk flok

baik mengendap atau mengapung dalam bentuk Fe(H2O)3(OH)3(s) dengan bergabung dengan koloid

7

sehingga warna putih berubah menjadi warna cokelat kemerahan. Secara bersamaan timbul Warna

kuning diakibatkan oleh lepasnya Fe2+ dimana larut dalam air.

Pada percobaan ini didapatkan efisiensi terbesar penurunan sebesar 68,75% yaitu pada

sampel yang mengalami perlakuan dengan kuat arus 1,2 Ampere dan waktu kontak 60 detik yaitu

dari kekeruhan awal sebesar 128 NTU menjadi 40 NTU. Ternyata pada kondisi terbaik ini masih

belum memenuhi kriteria kekeruhan yang masuk ke filter yaitu sebesar kurang dari 5 NTU. Hal ini

kemungkinan dikarenakan waktu untuk proses sedimentasi yang kurang karena waktu pengendapan

untuk koagulan dari garam Fe adalah 1 jam (Aguiler dkk dalam Karamah, 2006) sehingga masih

banyak flok – flok yang belum turun untuk mengendap.

3.1.2. Analisa perubahan pH

pH sampel dapat mempengaruhi kelarutan dari suatu koagulan. Semakin mudah larut suatu

koagulan, maka semakin mudah terbentuknya ion aquometalik yang akhirnya semakin cepatnya

partikel koloid ternetralisasi membentuk flok. Apabila reaksi tidak berada pada pH optimal maka

ion aquometalik semakin sulit terbentuk, yang akhirnya mengurangi jumlah partikel koloid yang

dapat ternetralisasi membentuk flok. Pembentukan gas Hidrogen (H2) pada katoda selama proses

elektrokoagulasi juga terjadi seiring dengan lepasnya ion OH- ke dalam larutan. Berikut tabel

perubahan pH pada percobaan ini

Tabel 1 Perubahan nilai pH pada Percobaan Pendahuluan

I 30 detik 40 detik 60 detik 120 detik

8

(A) pHo pHt ∆pH pHo pHt ∆pH pHo pHt ∆pH pHo pHt ∆pH

0.3

7.0

8

7.2

0 0.12

6.5

0

7.1

0 0.60

7.0

0

7.2

0 0.20

7.1

5

7.4

1 0.26

0.6

7.0

6

7.2

9 0.23

6.8

0

7.3

5 0.55

7.3

0

7.4

0 0.10

7.4

0

7.5

0 0.10

0.9

7.5

0

7.7

0 0.20

7.3

5

7.4

0 0.05

7.4

0

7.4

7 0.07

7.5

0

8.1

6 0.66

1.2

7.8

0

8.1

0 0.30

8.0

5

7.5

0 -0.55

7.1

5

6.3

0 -0.85

7.9

0

7.1

7 -0.73

Telah dijelaskan pada teori sebelumnya bahwa terjadi dua mekanisme yang mungkin terjadi

pada proses elektrokoagulasi sehingga berpengaruh pada perubahan pH yang terjadi. Pada saat kuat

arus antara 0,3 – 0,9 Ampere terjadi kenaikan kenaikan nilai pH, hal ini disebabkan karena katoda

memproduksi ion hidroksi (OH-) secara berlebih (Babu et al., 2007), seiring dengan pertambahan

waktu proses elektrolisa (listrik dinyalakan dalam air) maka pH akan meningkat, dengan adanya

peningkatan pH ini maka dapat diketahui bahwa proses koagulasi berjalan, dengan reaksi yaitu

Pada Anoda :

Fe Fe2+ + 2 e-

Fe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2

Pada Katoda :

2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-

Reaksi Keseluruhan :

Fe2+ + 2 H2O + O2 Fe(OH)2 + H2

Jika kondisi air sampel mempunyai pH lebih besar dari 6 maka ion aquometalic Fe(OH)2

akan secara mudah teroksidasi menjadi ferric hydroxide (Fe(OH)3) oleh oksigen terlarut dan

membentuk flok yang sangat tidak terlarut dengan reaksi sebagai berikut :

4Fe(OH)2 + O2 + H2O 4 Fe(OH)3

9

Secara umum memang terjadi kenaikan pH tetapi pada percobaan berikutnya terjadi

penurunan pH hal ini dikarenakan produksi ion H+ pada saat proses elektrokoagulasi yaitu pada

reaksi

Pada Anoda :

4 Fe 4 Fe 2+ + 8 e-

4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+

Pada Katoda :

8 H+ + 8e- 4 H2

Reaksi Keseluruhan :

4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 4 H2

Alasan dilakukan pengukuran pH adalah dengan adanya perubahan nilai pH maka dapat

dipastikan bahwa proses elektrokimia / elektrolisis telah berjalan, sehingga elektrokoagulasi dapat

dilihat atau dikontrol dari terbentuknya gelembung – gelembung yang muncul dan perubahan nilai

pH.

3.1.3. Analisa Perubahan Warna

Parameter warna merupakan hal yang penting dalam air karena mempengaruhi estetika

dalam hal penggunaannya sehingga sesungguhnya proses koagulasi dan flokulasi yang

dilaksanakan pada air berwarna tidak lain adalah melaksanakan proses adsorpsi dengan bantuan

penambahan bahan kimia .Berikut grafik efisiensi penuruna warna yang terjadi dalam proses ini.

10

Gambar 3. Grafik Efisiensi Penurunan Warna

Pada proses elektrokoagulasi diatas dapat diketahui bahwa warna mengalami penurunan.

Penurunan warna disebabkan oleh proses adsorbsi, dimana substansi molekul meninggalkan larutan

dan bergabung pada permukaan zat padat (koagulan) dari proses elektrokoagulasi. Proses adsorbsi

disini berfungsi untuk menyisihkan senyawa-senyawa aromatik dan senyawa organik terlarut.

Berdasarkan data di atas dapat diketahui bahwa terjadi penurunan warna pada sampel air seiring

dengan penurunan kekeruhan pada sampel air dengan penurunan terbesar terjadi pada saat air

sampel dialiri arus sebesar 1,2 Ampere dengan waktu 120 detik. Terdapat permasalahan yaitu

timbulnya warna kuning kecokelatan akibat adanya pada air setelah proses elektrokoagulasi tetapi

masih memenuhi baku mutu Permenkes No. 907 Tahun 2002 yaitu kurang dari 15 TCU.

Pada analisa warna terdapat kekurangan yaitu analisa warna dilakukan dengan standar PtCo

seharusnya dilakukan analisa terhadap warna yang diakibatkan oleh Fe2+ sehingga dapat diketahui

hasil warna setelah proses elektrokoagulasi dengan menggunakan logam Besi dimana berwarna

kuning. Maka dibuatlah kurva kalibrasi besi untuk dibandingkan dengan kurva kalibrasi standar

PtCo didapatkan pada tabel berikut.

11

Tabel 2. Perbandingan nilai kalibrasi

PtCo FeR 0,999 0,994Y 0,005x 0,019x + 0,023(hasil pengamatan)

3.1.4. Perubahan Nilai Daya Hantar Listrik (DHL)

Nilai Daya Hantar Listrik (DHL) suatu larutan mengindikasikan kemampuannya untuk

menghantarkan arus listrik yang berhubungan dengan konsentrasi terionisasi dalam larutan.

Sehingga diperlukan perhitungan terhadap penurunan yang terjadi pada percobaan elektrokoagulasi.

Berikut grafik selama analisa perubahan Daya Hantar Listrik

Gambar 4. Grafik Efisiensi Penurunan Warna

Berdasarkan data di atas, dapat diketahui bahwa proses elektrolisa atau elektrokoagulasi

dapat menurunkan Daya Hantar Listrik (DHL) dengan besaran yang berbeda-beda. Hal ini terjadi

karena distribusi komposisi ion yang berbeda dapat menyebabkan nilai konduktivitas yang berbeda-

beda pula, karena Daya Hantar Listrik (DHL) mengindikasikan ion-ion terlarut dalam air sampel.

Pada percobaan diatas penurunan DHL pada sampel air tidak terlalu besar dengan penurunan

tertinggi yaitu saat perlakuan dengan menggunakan kuat arus sebesar 1,2 Ampere selama 120 detik

yaitu sebesar 11,74%. Menurut Sawyer et al (1996), tiap ion memiliki nilai konduktivitas yang

berbeda-beda. Semakin tinggi angka kekeruhan sampel, dalam hal ini dikaitkan dengan kandungan

zat padat terlarut yang terdapat dalam sampel, maka semakin tinggi pula nilai DHLnya. Menurut

12

Alaerts dan Sumestri (1984), angka DHL seimbang dengan jumlah zat padat terlarut (garam

terlarut). Nilai DHL tinggi pada larutan dengan jumlah zat padat terlarut yang tinggi pula. Pada

proses elektrokogulasi, semakin lama waktu operasi sehingga dosis yang dikeluarkan semakin

meningkat akan meningkatkan efisiensi penurunan nilai TDS (Karamah, 2006)

Nilai DHL diperlukan dikarenakan diperlukan pergerakan ion dari katoda ke anoda sehingga

proses ini dapat berjalan, penurunan nilai DHL dapat diindikasikan dengan penurunan kuat arus

pada saat proses elektrokoagulasi berlangsung.

3.2. Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu)

Percobaan Lanjutan dilakukan dengan pada reaktor kontinyu yaitu menggunakan air sampel

dari outlen PDAM Karangpilang I dianalisa dengan mengalirkan air sampel tersebut pada sebuah

reaktor dengan variasi kuat arus dan waktu terbaik yang didapatkan dari percobaan pendahuluan,

hasil yang didapatkan yaitu pada kuat arus 120 Ampere dan waktu kontak 60 detik.

3.2.1. Penentuan Kebutuhan Kuat Arus dan Debit yang Digunakan pada Reaktor Kontinyu

Pada reaktor kontinyu, reaktor elektrokoagulasi-flokulasi-sedimentasi menjadi satu

rangkaian. Pada percobaan lanjutan menggunakan elektroda besi dengan dimensi 300 mm x 50 mm

x 5 mm dengan jumlah total 10 buah yang dipasang pararel.

Perhitungan :

Berdasar dari percobaan pendahuluan, diperoleh data berikut :

• Kuat Arus sebesar 1,2 Ampere

• Waktu kontak 60 detik

• Volume air 1liter

• Sehingga dapat diartikan bahwa debit pada percobaan pendahuluan yaitu

1 liter / menit

13

Pada reaktor kontinyu, volume ruangan elektrokoagulasi sebesar 25 liter. Sehingga dibutuhkan arus

sebesar :

25 x 1,2 Ampere = 30 Ampere

Jadi dibutuhkan arus sebesar 30 Ampere dengan debit 25 liter / menit. Pada percobaan kali ini

peralatan yang ada mempunyai nilai arus maksimum yaitu sebesar 2 Ampere sehingga debit kontak

yang dibutuhkan sebesar

menitliter / 66,1

2

30tliter/meni 25 ⋅==

Ampere

AmpereQ

Semakin lama waktu proses elektrokoagulasi maka pembetukan H2 dan OH- semakin

banyak sehingga semakin banyak pula jumlah kompleks yang mengikat polutan dan jumlah gas

hidrogen. Dengan demikian jumlah polutan dalam larutan akan semakin berkurang (Putero. S.H.

dkk, 2008). Oleh karena itu berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh besar kuat arus yang

dibutuhkan untuk percobaan kontinyu sebesar 2A dengan debit yaitu 1,66 dm3/liter sehingga

dilakukan variasi debit yaitu sebesar 1,66 l/menit ; 1,5 l/menit ; 1,25 l/menit ; 1 l/menit dan 0,75

l/menit atau apabila dikonversi ke waktu kontak adalah sebesar 15 , 16,7 , 20 , 25 , 33,3 menit.

3.2.2. Analisa Perubahan Kekeruhan, pH, warna, dan Daya Hantar Listrik

Seperti halnya pada percobaan pendahhuluan, Percobaan Lanjutan juga menganalisa

perubahan yang terjadi pada Kekeruhan, pH, warna, dan Daya Hantar Listrik pada air sampel

sehingga didapatkan pada tebel berikut ini

14

Gambar 5. Grafik efisiensi penurunan kekeruhan pada Percobaan Lanjutan

Gambar 6. Grafik Efisiensi Penurunan Warna pada Percobaan Lanjutan

Gambar 7. Grafik Efisiensi Penurunan DHL pada Percobaan Lanjutan

Pada Gambar 5 di atas dapat diketahui bahwa semakin kecil debit yang dipakai maka

semakin besar penurunan kekeruhan yang terjadi, hal ini dikarenakan semakin kecil debit maka

waktu kontak antara elektroda yang dialiri arus listrik dengan air semakin lama sehingga banyak

terjadi pengikatan antara Fe3+ terhadap partikel sehingga terbentuk flok yang semakin banyak

berwarna cokelat. Jadi efisiensi penurunan kekeruhan terbesar pada percobaan kali ini berada pada

debit kontak sebesar 0,75 liter / menit yaitu sebesar 64 %.

Pada Gambar 6 dapat diketahui bahwa terjadi penurunan warna sejalan dengan penurunan

debit yang masuk ke reaktor kontinyu. Warna yang timbul ternyata masih sesuai dengan

15

PERMENKES No. 907 Tahun 2002. Jadi, penurunan warna terbesar berada pada waktu kontak

sebesar 1,25 liter / menit yaitu sebesar 65,87% untuk standar PtCo

Berdasarkan Gambar 7 di atas dapat diketahui bahwa Daya Hantar Listrik (DHL) pada

sampel air mengalami penurunan seiring dengan berkurangnya debit air yang masuk dalam reaktor

dengan penurunan terbesar terjadi pada debit 0,75 liter / menit yaitu sebesar 16,67 %

Selain adanya perubahan kekeruhan , warna dan daya hantar listrik juga terjadi perubahan

nilai pH pada proses elektrokoagulasi, perubahan ini ditampilkan dalam tabel berikut

Tabel 3 . Penurunan Nilai pH sampel air

debit

(liter/menit)

pHo pHf ∆ Ph

1.66 7.6 7.4 -0.21.5 7.6 7.3 -0.31.25 7.62 7.22 -0.41 7.6 7.3 -0.30.75 7.85 7.62 -0.23

Pada percobaan kontinyu dapat dilihat bahwa pH cenderung tetap atau tidak mengalami

perubahan karena pada dasarnya penurunan 0,2 – 0,4 pada pH tidak terlalu berpengaruh pada hasil

elektrokoagulasi. penurunan pH hal ini dikarenakan produksi ion H+ pada saat proses

elektrokoagulasi yaitu pada reaksi

Pada Anoda:

4 Fe 4 Fe 2+ + 8 e-

4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+

Pada Katoda :

8 H+ + 8e- 4 H2

Reaksi Keseluruhan :

4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 4 H2

16

3.3. Analisa Berat Plat Besi

Untuk mengetahui berat plat Besi (Fe) yang melarut atau melepaskan ionnya dapat dihitung

dari masa logam Besi yang larut dengan cara perhitungan secara teoritis, yaitu sebagai berikut:

Berdasarkan dari kondisi yang optimal maka didapatkan debit air yang digunakan adalah sebesar

0,75 liter / menit, dengan volume reaktor sebesar 196 L maka waktu kontak adalah selama

t = V = 196 Liter = 4,4, jam

Q 0,75 L/menit

Berdasarkan hasil perhitungan secara teoritis

Apabila tanpa diperhitungkan densitas bahan, menggunakan hukum Faraday . Arus yang

mengalir pada setiap rangkaian paralel sebesar 2 A, berat atom Besi = 56 , n (jumlah ekivalen

elektron yang terlibat) = 3, maka jumlah masa yang teroksidasi atau terlarut sebesar:

nxF

Ixtxam =

965003

56)36004,4(2

x

xxAx= 128,6= gr

jadi pada percobaan kontinyu dengan penurunan sebesar 64%, elektroda besi yang meluruh sebesar

6,128 gr

3.4. BIAYA OPERASIONAL

3.4.1 Proses Elektrokoagulasi

Untuk menghitung biaya pengolahan elektrokoagulasi, diberikan batasan-batasan sebagai berikut.

1. Biaya operasional adalah biaya pengoperasian instalasi listrik rumah tangga sesuai dengan

golongan tarif yang ditetapkan PLN.

2. Perhitungan biaya pengoperasian tidak termasuk biaya beban listrik sesuai golongan tarif

yang ditetapkan PLN.

3. Biaya pembuatan/investasi alat tidak dihitung sebagai biaya pengoperasian.

17

4. Biaya dihitung untuk penurunan kekeruhan tertinggi dari hasil percobaan yaitu pada tingkat

64%.

Untuk penurunan kekeruhan pada prosentase 64%, alat elektrokoagulasi dioperasikan pada :

1. Jarak antara elektrode 1,5 cm

2. Arus listrik 2 Ampere

3. Jumlah elektrode 10 buah

4. Lama air dalam bak 4,4 jam

Volume air yang dihasilkan 196 liter,

Daya listrik yang digunakan dalam satuan Kilo Watt Hour (KWh) adalah :

P = V.I.h/1000

Dimana :

P = daya listrik (KWh)

V = Potensial listrik (volt)

I = Arus Listrik (ampere)

H = waktu (jam)

Biaya Litrik Rp 1200 / kwh

Tegangan (V) yang dikeluarkan untuk pengoperasian alat pada I = 2 Ampere adalah 9 Volt. Waktu

operasi selama 4,4 jam adalah :

P = 9 x 2 x 4,4/1000

= 0,0792 KWh

Biaya listrik untuk menghasilkan 196 liter air adalah biaya pemakaian KWh (Rp/KWh) dikalikan

dengan besarnya daya listrik yang digunakan.

Biaya listrik = Rp 1200 x 0,0792

= Rp 95

18

jadi apabila dipakai terus menerus selama 24 jam, maka biaya yang dibutuhkan tiap hari adalah

sebesar Rp 95,00 x 24/4,4 = Rp 520,00

Besi yang telarut pada saat proses elektrokoagulasi adalah

6,128 gr dengan harga besi Rp. 7500,00 / kg , sehingga biaya yang dikeluarkan sebesar

0,006128 kg x Rp. 15.000 = Rp 45,96

Jadi total biaya yang dikeluarkan sebesar

Rp 95 + Rp 45,96 = 140,96 tiap 196 air yang terolah

3.4.2. Proses Koagulasi dengan Koagulan Kimia (FeCl3)

Pada perhitungan biaya operasional yaitu dihitung jumlah FeCl3 yang diperlukan untuk mengolah

air sebanyak yang telah dilakukan dalam elektrokoagulasi yaitu sebanyak 196 Liter. Maka dosis

yang diperlukan adalah dengan menghitung dari kuat arus optimum yaitu sebesar 1,2 Ampere jadi :

nxF

IxtxMrw =

w = 1,2 A x 60 detik x 162,5

3 x 96500

w = 0,040 gr

w = 40 mg dalam 1 liter air sampel

jadi diperlukan dosis 40 mg/l

Dari data datas dapat dihitung kebutuhan FeCl3 adalah sebagai berikut dengan harga tiap kg sebesar

Rp.25.000,00

FeCl3 (kg) = 40 mg / liter. x 196 Liter = 0,007840 kg

Jadi biaya yang diperlukan

Biaya (Rp) = 0,007840 kg x Rp.25.000,00

= Rp. 196.,00

19

Biaya listrik pada saat jartest adalah menggunakan alat dengan daya sebesar 200 watt dengan waktu

1 menit koagulasi dan 5 menit flokulasi

= 200 watt x 0,1 jam

= 20 wh / 1000

= 0,02 kwh

Biaya listrik 0,02 x Rp. 1200 = 24 rupiah

Total biaya yang diperlukan adalah Rp 196 + Rp 24 = Rp 220

4. Kesimpulan dan Saran

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan elektrokoagulasi baik pada percobaan pendahuluan maupun

percobaan lanjutan dapat diketahui bahwa :

1 Pada percobaan pendahuluan pada sistem batch didapatkan :

nilai efisiensi penurunan kekeruhan terbesar adalah 68,75% yang terjadi pada saat air

sampel diberi arus listrik sebesar 1,2 Ampere dengan waktu kontak selama 60 detik

nilai efisiensi penurunan warna terbesar adalah 69,37 % yang terjadi pada saat air sampel

diberi arus listrik sebesar 1,2 Ampere dengan waktu kontak selama 120 detik.

2 Pada percobaan lanjutan pada sistem kontinyu didapatkan :

nilai efisiensi penurunan kekeruhan terbesar adalah 64 % yang terjadi pada saat air sampel

diberi arus listrik sebesar 2 Ampere dengan waktu kontak 33menit

nilai efisiensi penurunan warna terbesar adalah 65,87 % yang terjadi pada saat air sampel

diberi arus listrik sebesar 2 Ampere dengan waktu kontak 20menit

3 Biaya yang dikeluarkan dan besi yang terlarut yaitu

20

Pada Proses elektrokoagulasi sebesar Rp 140,96 dan apabila menggunakan koagulan kimia

sebesar Rp 220 tiap 196 liter air yang terolah atau 36% lebih murah dengan menggunakan

proses elektrokoagulasi

Berat besi yang terlarut sebesar 6,128 gr tiap 196 liter air yang terolah

4.2. Saran

1. Perlu dilakukan analisa kadar Fe dalam air hasil elektrokoagulasi apakah masih memenuhi

baku mutu Permenkes 907 tahun 2002

2. Warna kuning yang muncul, masih mengganggu estetika sehingga diperlukan pengolahan

lanjutan untuk mereduksi warna

DAFTAR KEPUSTAKAAN

Alaerts, G., dan Sumestri S. 1984. Metode Penelitian Air. Surabaya : Usaha Nasional

Karamah, E. F., dan Bismo, S.. 2006.” Pengaruh Dosis Koagulan PAC Dan Surfaktan SLS

Terhadap Kinerja Proses Pengolahan Limbah Cair Yang Mengandung Logam Besi(Fe),

Tembaga (Cu), Dan Nikel (Ni) Dengan Flotasi Ozon”. Departemen Teknik Kimia,

Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Kampus UI Depok

Karamah, E. F., dan Kostiano, F. G,. 2005.”Perbandingan Pralakuan Koagulasi dengan

menggunakan FeSO4.7H2O dan Al2(SO4)3.18H2O Terhadap Kinerja Membran Mikrofiltrasi

Polypropilene Hollow Fiber”. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia VII

2005. ISSN 1410-9891

Kusnaedi, 1995. Mengolah Air Gambut dan Air Kotor untuk Air Minum. Penebar Swadaya

Ni’am, M. F., Othman, F., Sohaili, J., dan Fauzia, Z.. 2006.“Combined Magnetic Field

and Electrocoagulation Process for Suspended Solid Removal from Wastewater”.

Proceedings of the 1st International Conference on Natural Resources Engineering

21

& Technology 2006. Putrajaya, Malaysia

Ni’am, M. F., Othman, F., Sohaili, J., dan Fauzia, Z.. 2006. “ Enhancing Suspended Solids

Removal From Wastewater Using Fe Electrodes”. Malaysian Journal of Civil Engineering

18(2) : 139-148

Sawyer, C dan Perry L.M. 1994. Chemistry For Environmental Engineering 3rd Edition.

New York : McGraw Hill, Book Company,

22