Pengolahan Limbah Cair Kopi dengan Metode Elektrokoagulasi secara Batch (Sariadi)
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR KOPI DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI SECARA BATCH Sariadi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. Banda Aceh - Medan Km. 280, P.O. Box 90 Buketrata Lhokseumawe 24301 E-mail:
[email protected]
Abstrak Electrocoagulation is one of alternative technology in waste water treatment. This research aims to apply electrocoagulation method in order to treat coffe waste water that contain high concentration of pollutants. The experiment conducted by using batch reactor with two electrodes: aluminum and stainless steel that operated by make a variation on voltage (3, 6, 9, dan 12 V) and retention time (30, 60, and 90 minutes). The results show that on the voltage of 12 V and retention time of 90 minutes, about 70,83 % of COD, 72,05 % of turbidity, and 28,57% of TDS removed. Therefore, the voltage and retention time affect COD, turbidity, and TDS significantly. As a voltage and retention time increase, removal of waste water parameters was found to be higher. Kata kunci : Electrocoagulation, COD, coffee waste water, turbidity, TDS
PENDAHULUAN Kegiatan suatu industri adalah proses pengolahan suatu bahan baku menjadi bahan setengah jadi atau bahan jadi untuk keperluan manusia dan makhluk lain disekitarnya. Pada saat yang sama industri juga tidak terlepas dari hasil samping atau limbah yang dapat mengakibatkan terjadinya pencemaran terhadap lingkungan. Dampak pencemaran lingkungan dapat dirasakan secara langsung atau tidak langsung oleh manusia Salah satunya adalah limbah cair industri pengolahan kopi. Akibat pencemaran tersebut, lingkungan menjadi rusak sehingga daya dukung alam terhadap kelangsungan hidup manusia menjadi berkurang. Adapun tujuan dari pengolahan limbah adalah untuk mengurangi volume, konsentrasi atau bahaya yang ditimbulkan oleh limbah sehingga dapat memenuhi baku mutu lingkungan yang dipersyaratkan [1]. Kopi Gayo (Gayo coffee) merupakan salah satu komoditi unggul yang berasal dari dataran tinggi Gayo. Perkebunan kopi tumbuh subur di Kabupaten Bener Meriah
dan Kabupaten Aceh Tengah. Kedua daerah yang berada di ketinggian 1200 meter dari permukaan laut tersebut memiliki perkebunan kopi terluas di Indonesia yaitu dengan luas 81.000 Ha masing-masing 42.000 Ha berada di Kabupaten Bener Meriah dan 39.000 Ha di Kabupaten Aceh Tengah dengan jumlah produksi rata-rata 725 ton/ha per tahun. Salah satu proses pengolahan kopi adalah pengupasan buah kopi yang disebut dengan proses basah. Pengupasan umumnya dilakukan dalam silinder berputar dengan cara menyemprotkan air bersama dengan buah yang akan dikupas. Pada proses basah pencucian air dapat mencapai 7 – 9 m3 air per ton buah kopi yang diolah. Selain untuk memudahkan pengupasan kulit pencucian juga berfungsi untuk menghilangkan lapisan lendir yang terdapat pada biji kopi. Air cucian menyebabkan limbah cair yang jika dibuang ke badan air atau lingkungan dapat menyebabkan pencemaran. Air yang digunakan di dalam pengolahan kopi yang tersisa sebagai air limbah dengan tingkat polusi tinggi. 72
Pengolahan Limbah Cair Kopi dengan Metode Elektrokoagulasi secara Batch (Sariadi)
Komponen utama adalah bahan organik dalam air limbah sangat resisten menaikan beban pencemaran 80 % dengan nilai COD 50.000 mg / l Dan BOD dari bahan-bahan organik biodegradable dapat mencapai 20.000 mg/l. Dampak lingkungan berupa polusi organik limbah kopi yang paling berat adalah pada perairan di mana effluen kopi dikeluarkan. Dampak itu berupa pengurangan oksigen karena tingginya BOD dan COD. Substansi organik terlarut dalam air limbah secara amat lamban dengan menggunakan proses mikrobiologi dalam air yang membutuhkan oksigen dalam air. Karena terjadinya pengurangan oksigen terlarut, permintaan oksigen untuk menguraikan organik material melebihi ketersediaan oksigen sehingga menyebabkan kondisi anaerobik. Kondisi ini dapat berakibat fatal untuk makhluk yang berada dalam air dan juga bisa menyebabkan bau, lebih jauh lagi, bakteri yang dapat menyebabkan masalah kesehatan dapat meresap ke sumber air minum. Salah satu alternatif pengolahan tersebut yaitu dengan metode elektrokoagulasi. Elektrokoagulasi merupakan suatu metode pengolahan limbah dengan menggabungkan metode elektrolisis dan koagulasi. Melalui proses elektrolisis akan dihasilkan kation-kation (pada anoda) yang akan bereaksi dengan air membentuk kation hidrat. Kation hidrat ini akan mengikat koloid-koloid yang bermuatan negatif dalam air dan membentuk flok (koagulasi). Dengan demikian akan menurunkan tingkat pengotor dalam air [2]. Proses elektrokoagulasi terbukti cukup efektif diterapkan untuk tujuan reduksi beberapa jenis polutan, antara lain air limbah rumah pemotongan hewan [3], air limbah laundry [4], air lindi hasil ekstraksi sampah [5], serta ion timbal [6]. Pada penelitian ini akan dikaji lebih mendalam tentang pengolahan limbah kopi cair dengan metoda elektrokoagulasi secara bacth dalam penyisihan konsentrasi COD, Turbidity, TDS, Kesadahan dan pH.
METODE Bahan dan Peralatan Bahan-bahan yang digunakan adalah limbah cair pengolahan kopi (berasal dari Perkebunan Rakyat, Kec. Timang Gajah, Bener Meriah), kristal K2Cr2O7, H2SO4 pekat, kristal HgSO4, Ag2SO4, indikator Feroin, larutan EDTA, indikator EBT, indikator murexida, Fe (NH4)2(SO4)2.6H2O, NaCl, aquades, buffer 10, buffer 12, dan larutan KCN 10 %. Sedangkan peralatan yang digunakan meliputi: buret 50 ml, elektroda stainless steel (p = 8 cm ; l = 3 cm), elektroda aluminium, adaptor, tabung COD, gelas erlenmeyer 125 ml, turbidimeter, kertas saring Whatman, beaker glass, COD reaktor, pH meter, TDS meter, reaktor elektrokoagulasi (p = 20 cm; l = 10 cm dan h = 12 cm, terbuat dari kaca), serta tangki sedimentasi dari kaca (p = 20 cm; l = 10 cm dan h = 15 cm). Perlakuan 1. Variabel Tetap : - Volume sampel : 500 ml - pH awal sampel 2.
Variabel Bebas : - Waktu Kontak (Retention Time): 30, 60, 90, dan 120 menit. - Variasi tegangan listrik : 3, 6, 9, dan 12 V. - Jenis Elektoda : elektroda stainless steel dan aluminium.
3. Variabel Terikat : - Konsentrasi COD - Turbiditi (kekeruhan) - Total Dissolved Solid (TDS) - pH Metode Pengujian Penentuan variabel terikat dilakukan dengan metode berikut: a. Penentuan konsentrasi COD dilakukan dengan metode titrasi refluks titrimetri dengan larutan standar Ferrous Ammonium Sulfate (FAS) 73
Pengolahan Limbah Cair Kopi dengan Metode Elektrokoagulasi secara Batch (Sariadi)
b. Pengukuran Turbidity menggunakan Turbiditimeter (Hanna Instrument) c. Pengukuran Total Disolved Solid (TDS) menggunakan TDS meter (Mettler Toledo) d. Pengukuran pH menggunakan pH meter digital merk Lutron pH-204.
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari data hasil pengamatan, diperoleh profil parameter COD, turbidity, TDS, kesadahan serta pH limbah terhadap waktu sebagaimana dipaparkan pada bagian berikut.
% Penurunan COD
Penyisihan COD Semakin lama waktu elektrokoagulasi, maka semakin kecil konsentrasi COD yang terdapat di dalam limbah atau persentasi penurunan kandungan COD semakin meningkat (Gambar 1). Hasil elektrokoagulasi terhadap limbah cair kopi menunjukkan secara umum terjadi penurunan konsentrasi kandungan COD di dalam limbah. 80 70 60 50 40 30 20 10 0
3V 6V 9V 12 V 30
60
90
Waktu (menit)
Gambar 1. Pengaruh waktu terhadap persentase penurunan COD Penurunan konsentrasi kandungan COD pada limbah cair kopi terbesar terjadi pada tegangan 12 V. Konsentrasi kandungan COD awal sebesar 96.000 mg/L menurun menjadi 28.000 mg/L setelah dielektrokoagulasi selama 60-90 Menit.
Efisiensi penurunan kandungan COD untuk kondisi tegangan 12 V dengan waktu kontak 60-90 menit mencapai 70,83 %. Pada proses elektrokoagulasi terjadi pelepasan ion-ion dari anoda menghasilkan alumunium hidroksida sebagai koagulan bereaksi dengan partikel-partikel terdispersi dari limbah cair kopi. Pembentukan gelembung-gelembung gas dari katoda sangat berpengaruh pada akhirnya gas-gas tersebut mengapungkan flok-flok kepermukaan cairan. Bahan-bahan organik yang terdapat di dalam limbah membentuk flokflok yang pada akhirnya mengendap pada dasar reaktor, Dari hasil pengamatan menunjukan semakin tinggi arus dan waktu kontak, maka penurunan COD akan semakin tinggi. Efisiensi penyisihan adalah merupakan fungsi dari konsentrasi aluminium, dimana semakin banyak pelepasan ion-ion aluminium maka proses elektroflokulasi semakin cepat, selanjutnya gelembung-gelembung gas yang terbentuk menyebabkan naiknya efesiensi penyisihan akibat persenyawaan diantara gelembunggelembung gas yang terbentuk dengan organik-organik yang terdapat pada limbah cair kopi. Penyisihan Turbidity Pengaruh voltase dan waktu kontak proses terhadap kekeruhan dapat dilihat pada Gambar 2. Data menunjukkan bahwa dari kekeruhan awal 1880 NTU, pada tegangan arus 12 V dan waktu kontak 90 menit terjadi penurunan menjadi 535 NTU. Efisiensi penurunan kekeruhan untuk kondisi tegangan 12 V dan waktu kontak 90 menit mencapai 71,54 %. Penurunan ini terjadi karena adanya reaksi aluminium hidroksi komplek yang terbentuk bereaksi dengan elektron yang tereksitasi pada atom C dari gugus kromofor molekul tannin. Semakin banyak aluminium hidroksida komplek yang terbentuk, maka semakin banyak bereaksi dengan senyawa-senyawa organik yang mengandung tannin dalam limbah dan mengakibatkan kekeruhan semakin berkurang.
74
Pengolahan Limbah Cair Kopi dengan Metode Elektrokoagulasi secara Batch (Sariadi)
30 60 40
3V 6V 9V 12 V
20
% Penurunan TDS
% Penurunan Turbidity
80
0 30
60 90 Waktu (menit)
15 3V 6V 9V 12 V
10 5
30
60 90 Waktu (menit)
Gambar 3. Pengaruh waktu terhadap persentase penurunan TDS Dari data diperoleh kadar TDS awal 175 mg/l dan pada arus listrik 12 volt dengan waktu kontak 90 menit diperoleh 125 mg/l atau persentasi penurunan sebesar 28,57 %. Kenaikan pH Semakin tinggi arus listrik dan waktu kontak yang digunakan maka pH semakin naik (Gambar 4). Kenaikan ini disebabkan selama proses elektrokoagulasi berlangsung terjadi pelepasan ion OH- dari katoda, sehingga pH yang terkandung dalam limbah semakin tinggi. pH awal sebesar 5.6 maka pada arus listrik 12 V, volt dengan waktu kontak 90 menit pH sebesar 5.8 atau terjadi persentasi kenaikan sebesar 4.11 %. 5 % Kenaikan pH
Penurunan TDS Proses elektrokoagulasi dengan menggunakan elektroda aluminium dan stainlees steel menunjukkan waktu kontak dan tegangan listrik yang diberikan sangat berpengaruh terhadap persentase penurunan TDS (Gambar 3). Penurunan yang paling baik yaitu terdapat pada waktu kontak 90 menit dengan tegangan listrik 12 volt. Dari grafik terlihat bahwa dengan semakin tinggi arus listrik dan waktu kontak yang digunakan kadar TDS semakin tinggi. Hal ini karena salah satu faktor yang mempengaruhi proses elektrokoagulasi adalah dengan adanya arus listrik dan lama waktu tinggal dalam reaktor menyebabkan ion-ion yang dilepaskan oleh elektroda aluminium menghasilkan aluminium hidroksida yang mampu mengikat bahanbahan organik seperti tanin membentuk flok-flok dan mampu mengumpalkan padatan tersuspensi dalam limbah, sehingga kadar TDS dalam limbah kopi semakin kecil.
20
0
Gambar 2. Pengaruh waktu terhadap persentase penurunan turbidity Pada arus 12 V, aluminium hidroksida yang dihasilkan banyak bereaksi dengan lignin, sehingga terjadi pemutusan atau perusakan gugus kromofor dalam senyawa tannin tersebut, selanjutnya terjadi penguraian dari bentuk polimer menjadi bentuk senyawa yang mempunyai berat molekul yang kecil dan tidak berwarna, sehingga mengakibatkan persentase penurunan kekeruhan semakin meningkat.
25
4 3 3V 6V 9V 12 V
2 1 0 30
60 90 Waktu (menit)
Gambar 4. Pengaruh waktu terhadap persentase kenaikan pH Hal ini diakibatkan karena dengan densitas arus listrik yang semakin besar 75
Pengolahan Limbah Cair Kopi dengan Metode Elektrokoagulasi secara Batch (Sariadi)
waktu yang dibutuhkan untuk melepaskan ion aluminium dari anoda semakin cepat. Semakin banyak aluminium hidroksida yang terbentuk dari proses koagulasi sebagai flok-flok menyebabkan kandungan limbah yang bersifat asam semakin lama semakin berkurang.
KESIMPULAN Dari hasil penelitian pengolahan limbah cair kopi dengan metode elektrokoagulasi secara batch dapat diambil kesimpulan bahwa proses elektrokoagulasi dengan variasi tegangan listrik dan waktu kontak untuk semua parameter yang di uji menunjukan voltase yang tinggi 12 V dan waktu 90 menit adalah yang paling baik. Semakin lama waktu elektrokoagulasi, maka semakin tinggi tingkat efisiensi penurunan kandungan COD 70,83 %, turbidity 71,54 %. TDS 28,57 % dan kenaikan pH sebesar 4,11 %. Elektroflokulasi sebagai salah satu alternatif pengolahan limbah cair kopi dapat dilanjutkan dengan memvariasikan parameter yang lain sehingga penelitian ini lebih sempurna, terutama pemakaian anoda untuk presipitasi, sehingga penyisihan senyawa-senyawa organik yang ada dalam limbah akan lebih tinggi.
DAFTAR PUSTAKA [1] Metcalf & Eddy, 1991. Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse, Third Edition, Tata Mc Graw Hill Publishing Company Ltd, New Delhi. [2] Chen, 2007. Electrochemical coagulation for oily water deemulsification, Separation and Purification Technology. [3] Roihatin, A., dan Rizki, A.K., 2007. Pengolahan Air Limbah Rumah Pemotongan Hewan dengan cara Elektrogulasi Aliran Kontinyu, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, www.clicktoconvert.com, diakses 20 Mei 2010. [4] Hudori, 2008. Pengolahan Air Limbah Laundry dengan Menggunakan Elektrokoagulasi, Laporan Penelitian, ITB. [5] Agus Slamet, 2009. Elektrokoagulasi Aliran Kontinyu, Laporan Penelitian, ITS. [6] Susetyaningsih, R., dkk., 2008. Kajian Proses Elektrokoagulasi untuk Pengolahan Limbah Cair, Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan YLH, Yogyakarta.
76
