ELEKTROKOAGULASI

 

Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan metode pengolahan air secara elektrokimia dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen (Holt dkk., 2004). Menurut Mollah, (2004), elektrokoagulasi adalah proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisika dengan menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air limbah. Berikut ini adalah gambar yang dapat menunjukkan interaksi atau mekanisme yang terjadi di dalam reaktor elektrokoagulasi.

Pada proses elektrokimia akan terjadi pelepasan Al³⁺ dari plat elektroda (anoda) sehingga membentuk flok Al(OH)3 yang mampu mengikat kontaminan dan partikel-partikel dalam limbah. Apabila dalam suatu elektrolit ditempatkan dua elektroda dan dialiri arus listrik searah, maka ion positif (kation) bergerak ke katoda dan menerima elektron yang direduksi dan ion negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron yang dioksidasi.

Metode elektrokoagulasi memiliki beberapa keunggulan diantaranya yaitu merupakan metode yang sederhana, efisien, baik digunakan untuk menghilangkan senyawa organik, tanpa penambahan zat kimia sehingga mengurangi pembentukan residu (sluge), dan efektif untuk menghilangkan padatan tersuspensi (Reddhitota dkk., 2007)

Prinsip Elektrokoagulasi

Prinsip dasar dari elektrokoagulasi adalah reaksi reduksi dan oksidasi(redoks). Dalam suatu sel elektrokoagulasi peristiwa oksidasi terjadi di anoda, sedangkan reduksi terjadi di katoda. Dalam reaksi elektrokoagulasi selain elektroda juga melibatkan air yang diolah yang berfungsi sebagai elektrolit. Apabila dalam elektrolit ditempatkan dua elektroda dan dialiri arus listrik searah maka akan terjadi peristiwa elektrokimia yaitu gejala dekomposisi elektrolit, dimana ion positif (kation) bergerak ke katoda dan menerima elektron yang di reduksi dan ion negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron yang dioksidasi. Untuk proses elektrokoagulasi digunakan elektroda yang terbuat dari aluminium (Al) karena logam ini mempunyai sifat sebagai koagulan yang baik. Proses elektrokoagulasi pada prinsipnya berdasarkan pada proses sel elektrolisis. Sel elektrolisis merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi listrik DC (direct current) untuk menghasilkan reaksi redoks. Setiap sel elektrolisis mempunyai dua elektroda, katoda dan anoda. Anoda berfungsi sebagai koagulan dalam proses koagulasi-flokulasi yang terjadi di dalam sel tersebut. Sedangkan di katoda terjadi reaksi katodik dengan membentuk gelembung gas hidrogen yang berfungsi untuk menaikkan flok-flok tersuspensi yang tidak dapat mengendap di dalam sel. Reaksi yang terjadi pada sel elektroda dengan anoda dan katoda yang digunakan aluminium adalah:

Proses anodik mengakibatkan terlarutnya logam aluminium menjadi molekul ion Al³⁺. Ion yang terbentuk ini, di dalam larutan akan mengalami reaksi hidrolisis, menghasilkan padatan Al(OH)₃.xH₂O yang tidak dapat larut lagi dalam air. Reaksinya :

Yang terbentuk dalam larutan dapat berfungsi sebagai koagulan untuk proses koagulasi-flokulasi yang terjadi pada proses selanjutnya di dalam sel elektrokoagulasi. Setelah proses koagulasi-flokulasi ini selesai maka kontaminan-kontaminan yang berada dalam air buangan dapat terendapkan dengan sendirinya.

Reaksi sel merupakan hasil reaksi dari proses anodik dan katodik yang terjadi secara serentak, laju mol eqivalen yang sama pada masing-masing elektroda. Hasil reaksi sel yang terjadi sangat bervariasi. Dapat berupa bahan-bahan yang terlarut dan ion-ion terlarut seperti Al³⁺ dan OH^- atau berupa bahan padatan yang tidak dapat larut seperti Al₂O₃, Al(OH)₃, dan pembentukan H₂. Berlangsungnya proses reaksi elektrodik mengakibatkan terjadinya perubahan komposisi elektrolit terutama kenaikan pH karena adanya pelepasan OH^- dan gas H₂ pada reaksi katodik. Besar atau kecilnya pengaruh-pengaruh tersebut tergantung pada rapat arus katoda dan jumlah Al³⁺ yang terhidrolisis. Adanya kenaikan pH karena reaksi katodik pada permukaan katoda akan mengakibatkan logam aluminium terlapisi oleh suatu lapisan hidroksida yang mengendap. 

Elektrokoagulasi mampu menyisihkan berbagai jenis polutan dalam air, yaitu partikel tersuspensi, logam-logam berat, produk minyak bumi, warna pada zat pewarna, larutan humus, dan defluorinasi air. Selain itu elektrokoagulasi dapat digunakan untuk pengolahan awal teknologi membran seperti reverse osmosis. Pada elektrokoagulasi, arus listrik mengalir diantara dua elektroda. 

Aplikasi Metode Elektrokoagulasi pada Limbah Cair

Metode elektrokoagulasi merupakan gabungan dari proses elektrokimia dan proses koagulasi-flokulasi. Proses ini diduga dapat menjadi pilihan metode pengolahan limbah radioaktif dan limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) cair fase alternatif mendampingi metode-metode pengolahan yang lain yang telah dilaksanakan. Kelebihan proses pengolahan limbah dengan elektrokoagulasi antara lain flok yang dihasilkan elektrokoagulasi ini sama dengan flok yang dihasilkan koagulasi biasa, lebih cepat mereduksi kandungan koloid atau partikel yang paling kecil, hal ini disebabkan pengaplikasian listrik kedalam air akan mempercepat pergerakan mereka didalam air dengan demikian akan memudahkan proses, gelembung-gelembung gas yang dihasilkan pada proses elektrokoagulasi ini dapat membawa polutan ke atas air sehingga dapat dengan mudah dihilangkan, mampu memberikan efisiensi proses yang cukup tinggi untuk berbagai kondisi, dikarenakan tidak dipengaruhi temperatur, tidak memerlukan pengaturan pH, serta tidak perlu menggunakan bahan kimia tambahan (Purwaningsih, 2008)

Kekurangan dari proses pengolahan limbah dengan metode elektrokoagulasi adalah tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah cair yang mempunyai sifat elektrolit cukup tinggi dikarenakan akan terjadi hubungan singkat antar elektroda, besarnya reduksi logam berat dalam limbah cair dipengaruhi oleh besar kecilnya arus voltase listrik searah pada elektroda, luas sempitnya bidang kontak elektroda dan jarak antar elektroda, penggunaan listrik yang mungkin mahal, dan batangan anoda yang mudah mengalami korosi sehingga harus selalu diganti. Guna mencapai efektifitas dalam pengolahan yang lebih baik, perlu kajian lebih lanjut mengenai elektrokoagulasi dalam menurunkan parameter pencemar pada air limbah penyamakan kulit (Purwaningsih, 2008)

  Konfigurasi Elektroda pada Reaktor Elektrokoagulasi

Pada bentuk sederhana, reaktor elektrokoagulasi berupa reaktor elektrokimia dengan satu anoda dan satu katoda. Ketika dihubungkan dengan sumber listrik maka anoda mengalami korosi akibat oksidasi sedangkan katoda menjadi subjek pasif. Namun susunan seperti ini tidak mencukupi untuk pengolahan air limbah dikarenakan kebutuhan laju pelepasan ion logam yang besar menuntut permukaan elektroda yang luas. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan reaktor yang memakai konfigurasi elektroda monopolar dengan rangkaian paralel. Susunan reaktor elektrokoagulasi dengan konfigurasi monopolar menggunakan rangkaian paralel dapat dilihat pada Gambar 2.

Selain konfigurasi monopolar, reaktor elektrokoagulasi dapat mempergunakan konfigurasi bipolar (Gambar 2). Pada konfigurasi ini, hanya satu elektroda yang di hubungkan dengan kutub positif (anoda) dan satu elektroda dihubungkan dengan kutub negative (katoda). Rangkaian seperti ini membuat reaktor elektrokoagulasi menjadi lebih sederhana dan mudah dalam perawatannya (Mollah, 2004). Ketika arus listrik dialirkan melalui dua elektroda, maka elektroda yang tidak dialiri akan berubah dari kondisi netral menjadi dua kutub yang berbeda pada masing-masing sisi, yaitu sisi yang menghadap kutub positifmenjadi negatif dan sisi yang menghadap kutub negatif menjadi positif. Elektroda yg memiliki sifat seperti ini disebut “bipolar”.

Menurut Mollah, (2004) untuk menghasilkan efisiensi pengolahan yang maksimum maka dalam mendesain reaktor elektrokoagulasi perlu mempertimbangkan beberapa faktor berikut ini : \

IR-drop elektroda harus diminimalkan

b.   Akumulasi gas O2 dan H2 dipermukaan elektroda harus diminimalkan

c.    Penghalang proses transfer massa melewati daerah antar elektroda harus diminimalkan.

Sedangkan nilai IR-drop tergantung pada :

a.    Konduktivitas dari larutan elektrolit

b.    Jarak di antara dua elektroda

c.    Bentuk geometri dari elektroda Untuk megatasi permasalahan tersebut maka dapat dilakukan beberapa cara, seperti : menggunakan larutan dnegan konduktivitas yang tinggi, mengurangi jarak antara elektroda.

Logam Cr (Kromium)

Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai massa jenis lebih besar dari 5 g/cm3. Logam berat ialah unsur logam dengan berat molekul tinggi. Dalam kadar rendah logam berat pada umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. Salah satu limbah yang berbahaya adalah limbah logam berat kromium (VI) yang biasanya berasal dari industri pelapisan logam (electroplating), industri cat atau pigmen dan industri penyamakan kulit (leather tanning). Limbah Cr(VI) menjadi populer karena sifat karsinogenik yang dimilikinya. Chromium terdapat di alam dalam 2 bentuk oksida, yaitu oksida Cr(III) dan Cr(VI). Uniknya, hanya Cr(VI) yang bersifat karsinogenik sedangkan Cr(III) tidak. Tingkat toksisitas Cr(III) hanya sekitar 1/100 kalinya Cr(VI).

Bahkan dari penelitian lebih lanjut, ternyata Cr(III) merupakan suatu jenis nutrisi yang dibutuhkan tubuh manusia dengan kadar sekitar 50-200 μg/hari. Cr(VI) mudah larut dalam air dan membentuk divalent oxyanion yaitu cromate (CrO42-) dan dichromate (Cr2O72-), sedangkan Chromium trivalent/Cr(III) mudah diendapkan atau diabsorbsi oleh senyawa-senyawa organik dan anorganik pada pH netral atau alkalin. 3.4 Parameter Kualitas Limbah Cair Menurut Okun dan Ponghis (1975), berbagai parameter kualitas limbah cair yang penting untuk diketahui adalah bahan padat tersuspensi (suspended solids), bahan padat terlarut (dissolvel solids), kebutuhan oksigen kimiawi (COD), kebutuhan oksigen biokimia (BOD), organisme coliform, pH, oksigen terlarut (DO), kebutuhan klor (Chlorine demand), nutrient, dan logam berat (heavy metals).