moho!, Sctclah proses solidifikasi limbohdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · dampak positif terhadap perkembangan ... berfungsi sebagai penyaring,

REDUKSI KADMIUMDALAM LlMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN CAIR

DENGAN MEMBRAN OSMOSIS BALIK

Laela Novita " Yudhie Suchyadi', Rifaid M. Nul""', Jurusan Kimia Universitas Pakuan Bogor

2 Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN, Serpong

ABSTRAKREDUKSI KADMUM DALAM LlMBAH BAHAN BERBAHAYA DAN BERACUN CAIR DENGAN MEMBRAN

OSMOSIS BALIK. Telah dilakukan percobaan untuk mereduksi unsur kadmium yang terdapat dalam limbah bahanberbahaya dan beracun cair dengan menggunakan membran osmosis balik modul spiral wound. Limbah bahanberbahaya dan beracun yang digunakan adalah limbah simulasi dengan kadar kadmium dari 96,7 ppm sampai 419,4ppm dan penambahan koagulan sebelum dilewatkan pada sistem membran. Hasil percobaan menunjukkan bahwamembran osmosis balik dapat menurunkan kadar kadmium dalam contoh hingga 96,44% pada keada:m tanpapenombahan koagulan dan 99,96% dengan penambahan kalium ferosianida scbagai koagulan. Kadar kadmiurn dalarnair hasil olahan dapat mencapai 0,02 ppm, lebih rendah dari syarat yang diizinkan untuk dibuang ke lingkungan.

Kata kunci : Membran Osmosis Balik, Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun.

ABSTRACTREDUCING CADMIUM CONCENTRA nON IN A LIQUID HAZARDOUS WASTE BY I,JSING REVERSE

OSMOSIS MEMBRANE. Experiment on reducing tile cadmium element in liquid hazardous waste has been done byusing spiral wound modul of reverse osmosis memrbane. A liquid hazardous waste used in this experiment was asimutation waste containing cadmium element with concentrations varied from 96,7 ppm to 419,4 ppm, and by addingsome coagulant before passing throught the membrane. The experiment result shows that the reverse osmosismembrane can reduce the concentration of cadmium in the simulated waste up to 96,44% without adding any coagulantand up to 99,98% with adding potassium ferrocyanide as coagulant. The concentration of cadmium in the permeate was0,02 ppm, lower then the concentration allowed for disposal to the environment.

Key Words: Reverse Osmosis Membrane, Hazardous Waste.

PENDAHULUANPerkembangan industri di Indonesia

yang demikian pesatnya, telah memberikandampak positif terhadap perkembanganperekonomian nasional maupun regional,tetapi perkembangan industri tersebut jikatidak ditata dengan baik dapat menimbulkanmasalah lingkungan yang sangat serius.Industri akan menghasilkan limbah, antaralain bersifat padatan, gas, warna, bau danradioaktif. Air buangan industri yangmengandung zat pencemar dapatmengurangi kualitas dan kegunaan air, untukitu aebelum dibuang ke alam, harus diolahterlebih dahulu. Air limbah yang mencemarilingkungan dapat mengganggu kesehatan.Pengolahan limbah secara konvensionalkurang memberikan hasil yang memuaskan.Tetapi dengan digunakannya membran yangberfungsi sebagai penyaring, logam yangterdapat dalam limbah industri dapat tertahanpad a membran, sehingga logam tersebutdapat dipisahkan.

Pad a umumnya limbah cair diolahdengan mereduksi volume limbah tersebutyaitu dengan cara evaporasi atau destilasiberdasarkan perbedaan titik didih dandengan cara membran. Pada penelitian ini

77

reduksi volume dilakukan dengan caramembran yang akan menghasilkan dua jenismaterial yaitu concentrate dan permeate.Dimana konsentrasi Cd yang ada di dalampermeate harus lebih kecil atau samadengan 0,05 ppm sesuai dengan PP No. 18tahun 1999 untuk dibuang ke lingkungan.Sedangkan konsentratnya akan disolidifikasidengan cara sementasi, polimer danvitrifikasi. Pad a umumnya proses solidifikasidilakukan dengan cara sementasi,sedangkan cara polimer dan vitrifikasi jarangdigunakan karena biaya operasional yangmoho!, Sctclah proses solidifikasi limbohdapat disimpan di dalam landfill atau dibuangke tempat pembuangan akhir (TPA).

Teknologi membran telah berkembangpesat dalam beberapa dasawarsa terakhir inibaik dalam skala laboratorium maupun skalakomersial. Kelebihan dari pemisahanmenggunakan membran adalah tidakmengubah struktur molekul zat yangdipisahkan dan tidak ada penambahan zatkimia selama proses pemisahan. Keunggulanlain adalah dapat dioperasikan padatemperatur ruang atau temperatur yang lebihrendah. Oleh karena itu membran dapat

menjalankan proses untuk zat-zat yangrentan terhadap suhu tinggi[1l.

Osmosis balik (Reverse Osmosis/RO)adalah suatu metode pemurnian melaluimembran semipermeabel pada suatutekanan tinggi (50-60 psi). Tekanan tinggitersebut akan mendorong air melewatiproses osmosis balik dari cairan yangmemiliki kepekatan tinggi rDenuju cairandengan kepekatan rendah. Selama prosesRO terjadi, kotoran dan bahan yangberbahaya akan dibuang sebagai airtercemar (concentrate), sedangkan molekulair dan bahan mikro yang berukuran lebihkecil dari pori-pori RO akan melewati pori­pori membran sehingga dihasilkan air yangmurni (permeate)[2J•

Pada awalnya, membran RO digunakanhanya untuk proses desalinasi. Akan tetapidengan teknologi yang modem, prosesmembran RO mulai dikembangkan untukberbagai kegiatan seperti pengolahanlimbah bahan berbahaya dan beracun (B3)dan perhurnian enzim.

Percobaan ini dilakukan untukmempelajari kemungkinan penggunaanmembran osmosis balik modul spiral wounduntuk meminimalkan kadar kadmium dalamlimbah B3, sehingga memenuhi syarat untukdibuang ke lingkungan.

TAT A KERJABahan dan Alat

Bahan kimia yang digunakan untuksimulasi limbah cair Cd adalah CdCI2.H20.Kt[Fe(CN}&].3H20 & NH~I(S04h·12H20,NaOH, HN03 semua bahan dalam keadaanpure analisis (p.a.) dan Aquadest.

Dibuat larutan simulasi kadmium padakonsentrasi Total Disolved Solid (TDS)dimulai dari 300 ppm sampai dengan 1300ppm dengan penambahan koagulan.

Untuk mengukur kea5aman darl larutandalam proses RO ini digunakan pH rhetermer!<. HANNA Instruments 8417 dan alat

osmosis balik yang digunakan adalah RObuatan Water Systems Inc. Untukmenganalisa kandungan logam Cd yangterdapat dalam limbah cair simulasi sesudahmelewati membran osmosis balik digunakanalat Spektrometer Serapan Atom Merk.Varian seri SpectraAA 200 FS.

Metode

Masing-masing larutan dengankonsentari yang telah dibuat, dilewatkan

78

pada sistem membran osmosis balik selamaselang waktu tertentu. Kadar kadmiumsebelum dan sesudah melewati membrandianalisis dengan alat spektrofotometerserapan atom. Faktor rejeksi (FR) dihitungdengan menggunakan persamaan di bawahini[3] :

FR = Co-Ct xIOO%Co

dimana :

FR Faktor Rejeksi ('Yo)

Co : Konsentrasi larutan awal (ppm)Ct : Konsentrasi larutan setelah melewati

membran (ppm)

HASIL DAN PEMBAHASANPengaruh Penambahan KoagulanTerhadap Penurunan Cd

Gambar 1 memperlihatkan pengaruhvariasi TDS terhadap penurunan Cd dalamlimbah simulasi dengan proses RO. Di manaperbandingan konsentrasi Cd dan~[Fe(CNM3H20 sama untuk semuasam pel. Dalam tabel dapat dilihat perbedaanyang sangat signifikan yaitu pada konsentrasiTDS 500 ppm. Pengaruh penambahankoagulan pada konsentrasi TDS 500 ppm initidak memberikan arti penting dalammenurunkan Cd. Kenaikkan nilai inidisebabkan oleh naiknya kandungan Cddalam TDS 500 ppm tersebut. Akan tetapipada konsentrasi TDS 700, 900, 1100 dan1300 ppm kandungan Cd dalam simulasi itukembali menurun dengan terjadinya flokulasidan koagulasi, sehingga untuk mendapatkanCd yang tidak larut harus dilakukan variasiTDS di atas 500 ppm. Pada umumnyakenaikkan konsentrasi TDS akanmemberikan kenaikkan pula padakonsentrasi Cd2+ dalam permeate. Karena

konsentrasi TDS memiliki hubunj1an yanglinier dengan konsentrasi Cd + dalampermeate. Hubungan linieritas ini tidaktercapai karena proses koagulasi kurangberjalan baik terutama pada konsentrasi TDS500 ppm.

Flokulasi yang terjadi pada konsentrasiTDS 500 ppm kurang baik, hal ini terjadikarena penambahan koagulan tidak optimumsehingga proses koagulasi tidak tercapaidengan baik. Dari data di atas dapatdisimpulkan bahwa penambahan koagulanyang optimum terjadi pada konsentrasi TDS700 ppm.

0.06

0.050.04- ..."'= 0.03U - 0.02

0.010

300 500 7()O <)()O I I ()() I JOU

[TDS]

Gambar 1. Grafik Hubungan [Cd2+] dengan Variasi TDS padaPenambahan Koagulan K4[Fe(CN)s].3H20

Gambar 2 memperlihatkan pengaruhvariasi koagulan ~[Fe(CN)s].3H20 terhadappenurunan Cd pada konsentrasi feed yangtetap (100 ppm). Dalam gambar dapat dilihatpenurunan konsentrasi Cd yang signifikanyaitu pada konsentrasi TDS 500 ppm. Hal inimenunjukkan bahwa pada konsentrasi 500ppm koagulasi mulai terjadi. Denganbertambahnya koagulan, proses koagulasi

akan semakin bertambah sampai mencapaititik optimum (dalam hal ini pada konsentrasi700 ppm sampai1000 ppm). Akan tetapisetelah titik optimum dilewati, Cd dalampermeate akan naik kembali. Hal inidisebabkan oleh titik jenuh dari larutankompleks Cd telah terlampaui dan kelarutanCd akan bertambah, sehingga Cd dalampermeate akan bertambah[4J•

0.16

0.140.]2---

0.1

JIll ")

", O.OXUtoooo;I (),O(1

0.040.0200

2004006001<00100012001400

ITDSI

Gambar 2. Grafik Penurunan [Cd2+] dengan Penambahan2+

~[Fe(CN)s].3H20 pada [Cd ]Feed tetap

79

Seperti halnya pada penambahankoagulan dengan ~[Fe(CNM3H20,penambahan NH4AI(S04h.12H20dimaksudkan agar koagulasi dapat berjalandengan baik, sehingga diperoleh flok-flokyang ukurannya besar dan dapat tertahanpad a membran. Akan tetapi padapenambahan NH4AI(S04h.12H20 ini,kenaikkan TDS memberik<;1n kenaikkankandungan Cd dalam permeate atau hasilpenyaringan membran RO yang tinggidibandingkan dengan penambahan koagulan~[Fe(CNM3H20.

Pada Gambar 3 terlihat kenaikan

kandungan Cd dalam permeate dengannaiknya konsentrasi TDS. Hal inimembuktikan bahwa NH~I(S04h.12H20kurang efisien digunakan sebagai koagulanuntuk menurunkan Cd dibandingkan dengan~[Fe(CN)6].3H20. Hubungan linieritas yangterbentuk dari konsentrasi Cd permeatedengan konsentrasi TDS sangat baik, hal inimenunjukkan bahwa flokulasi padapenambahan tawas berjalan baik. Akantetapi karena kompleks yang dibentuk olehNH~I(S04h.12H20 kurang stabildibandingkan dengan penambahan~[Fe(CNM3H20. Maka jumlah logam Cdyang terdapat dalam permeate denganpenambahan NH4AI(S04h.12H20 masihmemiJiki nilai yang tinggi(5]

Gambar 4 memperlihatkan penurunankonsentrasi Cd2+ dengan PenambahanNH~I(S04h.12H20. Dapat kita lihat semakinbertambah koagulan konsentrasi Cd semakinberkurang. Akan tetapi penambahanNH~I(S04h.12H20 berbeda dengan padapenambahan K4[Fe(CN)s].3H20. Padapenambahan NH4AI(S04h.12H20 tidakdicapai titik optimum, karena koagulasi tidakberjalan dengan baik. Hal ini disebabkanoleh ukuran kompleks yang dibentuk olehNH4AI(S04h.12H20 lebih kecil dibandingkandengan ukuran molekul pada penambahan~[Fe(CNM3H20. Molekul kompleks yangdibentuk oleh ligan NH3 akan berukuran lebihkecil dibandingkan dengan ukuran molekulkompleks yang dibentuk oleh ligan CN. Sifatini ditentukan oleh kekuatan ligan dalammembentuk molekul kompleks jugadipengaruhi oleh jari-jari atom dari masing­masing senyawa ligan di atasl5]

Pengaruh pH Terhadap Kelarutan CdNilai pH pada proses koagulasi sangat

penting dan merupakan faktor pendukungdalam pembentukan flok-flok. Pengaturan pHdapat memberikan hasil koagulasi yang baikdan pada umumnya, pengendapan untuk ionlogam berat yang optimal adalah berkisarantara 6 sampai 9.

4

2

a

r-------------------·---:: • ------------·-------·---1

I 12 Y = O,0484x - 1,9449 II~O· I

'\, 8 - Iu........6

III

300 500 700 900 1100 I[TDS] J-_._------§--_._-------------_ .._~.-_..._--_._-----_.-------_.

Gambar 3. Grafik Hubungan [Cd2+] dengan Variasi TDS padaPenambahan Koagulan H4AI(S04h.12H20

80

------.----.-.-.--.----.-.--- ....-- ..-------.--.-.!

iI

2.5

2,......5

.;."0!:2.1

0.50

0

200 400 600 XOO 1000 1200 1400(TDS(

Gambar 4. Grafik Penurunan [CdZ] dengan PenambahanNH4AI(S04h·12HzO pada [Cd +]Feed tetap

Dalam gambar 5 diperlihatkan pengaruhpH terhadap penurunan kandungan Cd padapenambahan ~[Fe(CNM3H20. DiperolehpH optimum antara 7 dan 8 untukmengendapkan logam Cd. Pad a pH tersebut,kelarutan Cd terus berkurang hinggaakhirnya terbentuk endapan. Reaksi :

Cd2+ + 20H· ~ - Cd(OHh

Akan tetapi jika pH terus dinaikkan, makaakan terbentuk kompleks [Cd(OHhrsehingga kelarutan Cd akan bertambah danakan lolos dari membran. Reaksi[6J:

Cd2+ + OH' ~ [Cd(OH)t[Cd(OH)t + OH' _ ' [Cd(OHh}[Cd(OHhJ + OH' " [Cd(OHhr

54.5

4

3.5•.•.• 3~"C 2.5~ 2

1.51

0.5o

o 2 4 pH 6 8 10

Gambar 5. Grafik Pengaruh pH Terhadap [CdClz.H20] denganpenambahan K4[Fe(CN)6].3HzO

81

Sama halnya seperti pad a pengaturanpH dengan penambahan ~[Fe(CNM3H20,pengaturan pH pad a penambahanNH~I(S04h. 12H20 bertujuan untuk mengoptimalkan proses koagulasi.

Dapat dilihat pada Gambar 6 pHoptimum untuk menurunkan kandungan Cddengan penambahan NH4AI(S04h.12H20diperoleh pada pH 6 sal\lpai 8. Padapengaturan pH ini, penambahan koagulan~[Fe(CNM3H20 maupunNH~I(S04h.12H20 memberikan nilai pHoptimum yang sama, karena kedua koagulantersebut memiliki sifat basa. Gugus N padamasing-masing ligan (NH3 dan CN), memilikisifat yang stabil dalam kondisi basa,sehingga kinerja gugus N yang terdapatdalam ligan akan be~alan baik pada kondisibasa[7]

Faktor Rejeksi dari Membran ROUntuk konsentrasi TDS 700 ppm tanpa

penambahan koagulan didapatkankonseritrasi Cd Feed sebesar 390,82 ppmdan konsentrasi Cd dalam Permeate sebesar13,93 ppm. Sehingga Faktor Rejeksi untukkonsentrasi TDS 700 ppm adalah 96,44 %.

Pada Tabel 1 dan 2 di atas dapat dilihatnilai FR dari membran RO denganpenambahan koagulan ~[Fe(CN)6]' 3H20memberikan nilai rata-rata yang tinggi yaitu99,98 %, sedangkan pada penambahc;!nkoagulan NH4AI(S04h.12H20 nilai rata­ratanya 93,41 % dan tanpa penambahankoagulan sebesar 96,44 %. Nilai FR inimenggambarkan efisiensi kerja darimembran. Pada hasil yang diperoleh,K4[Fe(CN)6]' 3H20 merupakan koagulanuntuk mengolah limbah yang mengandungCd paling baik dibandingkan denganNH4AI(S04h.12H20. Karena koagulan~[Fe(CNM3H20 memberikan ukuranmolekul Cd yang lebih besar daripadakoagulan NH4AI(S04h.12H20 dan muatanligan dari CN memberikan kestabilan padakompleks yang terbentuk. Karena kompleks[Cd(CN)4f lebih stabil dibandingkan dengankompleks [Cd(NH3)4]2+ sehingga molekul Cdyang membentuk kompleks dengan koagulan~[Fe(CNM3H20 dapat tertahan padamembran. Perubahan atau pengaturan pHpad a proses pemisahan, dapat pulamempengaruhi nilai FR seperti ditunjukkanpada Tabel 3.

12

108......

N 6"g U•...• 4

200

246810pH

Gambar 6. Grafik Pengaruh pH Tcrhadap [CdCI2.H20] denganpenambahan NH~I(S04h.12H20

82

Tabel1. Faktor Rejeksi Membran RO den

No.

[TDS]CdClz.HzO

(ppm)(ppm)

1300 96,7053,940,002099,99

2500 161,3090,060,049099,95

3700 225,80126,070,003699,99

4900 290,30162,080,025099,98

51100 354,80198,090,017099,99

61300 419,40.243,160,024099,99

Tabel 2. Faktor Rejeksi Membran RO den

No.

[TDS]CdClz.HzO(ppm)

(ppm1

300 92,351,531,7296,662

500 153,885,876,5692,333

700 215,4102,268,2893,114

900 276,9154,6011,9392,285

1100 338,5188,9913,9492,62

Tabel 3.

No.

pH

1

4 700126,074,57296,372

5 700126,070,70399,443

6 700126,070,35799,724

7 700126,070,23899,815

8 700126.070.24399,81

Tabel 4. Nilai FR karena Pengaruh pH pada penambahan koagulan NH4AI(SO4h.12HzO

No.

pH[TDS]

CdCIz.HzO[Cd2+]o[Cd<T]tFR(ppm)

(ppm)-(ppm)(ppm)(%)1

4 700215,4120,269,81091,842

5700215,4120,267,25893,963

6 700215,4120,263,99896,684

7700215,4120,26473496,065

8700215,4120,262,97697,52

Nllt:li rat.a*ratg FR dtlri Ttl bl:l I a adaltlh99,03 % dan nilai rata-rata FR dari Tabel 4adalah 95,21 %.

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil daripeneliltian ini yaitu :1. Nilai pH optimum untuk menurunkan Cd

dicapai pada pH 6 sampai 8.2. Dengan membran RO Cd dapat menu run

hingga 99,98 % dengan penambahankalium ferrosianida, 93,41 % denganpenambahan tawas dan 96,44 % tanpapenambahan koagulan.

83

a, KonsantrQsi Cd2+ dalam permoate daripercobaan dengan penambahanK4[Fe(CNM3H20 pada TDS 300 sampai1300 ppm memiliki nilai dibawah 0,05ppm (yang sangat memenuhi syaratuntuk dibuang ke lingkungan).

4. Konsentrasi Cd dalam permeate daripercobaan dengan penambahanNH4AI(S04)z.12H20 adalah diatas 2 ppm(melebihi batas ambang yangdiperbolehkan untuk dibuang kelingkungan)

DAFTAR PUSTAKA1. RADiMAN, CHYNTIA L., 1995,

"Pembuatan Membran Komposit UntukProses Osmosis Balik", Bandung.

2. NUR, RM., "Status PengembanganSains dan TeknologiMembran diIndonesia", Buletin Limbah, 7 (1), 26-33(2002).

3. NUR, RM., Yohan & Hendro,"Karakteristik Permeasi Air padaMembran Osmosis Balik: Pengaruh Suhudan pH", HasH penelitian PTPLR BATAN,1995/1996, him: 62-71.

4. HARJADI, W., 1993, "lImu Kimia analitikDasar", Penerbit PT. Gramedia Utama,Jakarta, Him: 240-246.

84

5. SVEHLA, G., Vogel, 1965, "Buku TeksAnalisis Anorganik Kualitatif Makro danSemimikro", Edisi ke lima, Penerbit PT.Kalman Media Pusaka, Jakarta.

6. COTTON, F. ALBERT, & YANTI RH.K.,1989, "Kimia Anorganik Dasar", PenerbitUniversitas Indonesia (UI-Press),Jakarta, Him: 161-162 & 229.

7. MORGAN, JAMES J. & WERNER. STUMM, "Aquatic Chemistry", Chemical

Equalibria and rates in Natural Water,Third edition, John Wiley and son, Inc.,New York, 1996, P: 852-857.