pengaruh jenis plat elektroda pada proses elektrokoagulasi untuk menurunkan kadar thorium ...

12 Pages·2017·0.35 MB·Indonesian

PROSIDING
PERTEMUAN DAN PRESENTASI ILMIAH PENELITIAN DASAR
ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI NUKLIR
Pusat Sains dan Teknologi Akselerator
Yogyakarta, 28 November 2017

PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES
ELEKTROKOAGULASI UNTUK MENURUNKAN KADAR THORIUM
DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH JARANG
Indah Muji Mulyani1, Prayitno2, F. Widhi Mahatmanti1 dan Ella Kusumastuti1
1Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam - Universitas Negeri Semarang
Kampus Sekaran Gunungpati 50229 Tel [phone]
e-mail: [email protected]
2Pusat Sains dan Teknologi Akselerator – Badan Tenaga Nuklir Nasional Yogyakarta
Jl. Babarsari 6101 ykbb Yogyakarta Tel. [phone] Fax [phone]
ABSTRAK
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG. Pengolahan logam tanah jarang menimbulkan limbah yang mengandung unsur pengotor dan
radioaktif. Thorium merupakan salah satu unsur yang terkandung didalam limbah hasil pengolahan
tersebut. Limbah yang mengandung thorium sangat berbahaya apabila tidak diolah dengan baik yaitu
menimbulkan kanker paru-paru dan leukimia. Pada penelitian ini penurunan kadar thorium dalam limbah
dilakukan dengan proses elektrokoagulasi. Proses elektrokoagulasi merupakan gabungan dari proses
elektrokimia, flokulasi dan koagulasi. Proses elektrokoagulasi dilakukan dengan variasi jenis plat yang
berbeda berturut-turut Al-Al, Al-Cu, Cu-Al dan Cu-Cu. Hal ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis
plat elektroda pada proses elektrokoagulasi berdasrakan efisiensi penyisihan, konsumsi elektroda dan
energi. Metode yang digunakan yaitu proses elektrokoagulasi dalam bak elektrokoagulator ukuran 22,5 ×
14,5 × 20 cm, menggunakan elektroda ukuran 20 × 20 cm2 dengan jarak antar elektroda 1 cm. Proses
elektrokoagulasi dilakukan selama 60 menit dan sampel diambil setiap interval 5 menit. Selain itu diukur
pula pH pada setiap sampel yang diambil. Untuk menunjukkan keefektifan proses elektrokoagulasi, endapan
yang dihasilkan dianalisis radioaktiviatsnya menggunakan ISOLO. Hasil pada penelitian diketahui bahwa
jenis plat berpengaruh terhadap proses elektrokoagulasi karena berkaitan dengan reaksi yang terjadi pada
katoda dan anoda selama proses berlangsung. Diketahui pula jenis plat yang paling efektif digunakan dalam
proses elektrokoagulasi yaitu plat Al-Al dengan efisiensi penyisihan mencapai 98,0% dari kadar Th 439,274
menjadi 8,503 ppm pada menit ke 5. Konsumsi elektroda dan energi yang digunakan berturut-turut yaitu
sebesar 5,95 × 10-3 g/m3 dan 117,20 kWh/m3.
Kata Kunci : (elektrokoagulasi, elektroda, efisiensi penyisihan, konsumsi energi, konsumsi elektroda)
ABSTRACT
EFFECT OF ELECTRODE PLATE TYPE ON ELECTROCOAGULATION PROCESS TO REDUCE
THORIUM IN WASTE OF RARE EARTH METAL PROCESSING. Rare earth metal processing creates
waste containing impurities and radioactive elements. Thorium is one of the elements contained in the waste
of processing. Waste containing thorium is very dangerous if it is not treated properly, it causes lung cancer
and leukemia. In this research the thorium level decrease in the waste is done by electrocoagulation process.
The electrocoagulation process is a combination of electrochemical processes, flocculation and coagulation.
The electrocoagulation process is done by variation of different plate types in Al-Al, Al-Cu, Cu-Al and Cu-
Cu respectively. It aims to determine the effect of electrode plate type on the electrocoagulation process
berdasrakan efficiency of allowance, electrode consumption and energy. The method used is
electrocoagulation process in electrocoagulator tub of size 22,5 × 14,5 × 20 cm, using electrode size 20 ×
20 cm2 with distance between electrode 1 cm. The electrocoagulation process was carried out for 60 minutes
and samples were taken every 5 min intervals. Also measured also pH on each sample taken. To demonstrate
the effectiveness of the electrocoagulation process, the resulting sediment was analyzed by radioactivities
using ISOLO. The results of this study revealed that plate types have an effect on the electrocoagulation
process because it is related to the reaction that occurs at the cathode and anode during the process. The
most effective type of plate used in the electrocoagulation process is the Al-Al plate with an allowance
efficiency of 98.0% from 439.274 to 8.503 ppm at 5 minute. Consumption of electrodes and energy used
respectively that is 5.95 × 10-3 g / m3 and 117.20 kWh/m3.
Keywords : (electrocoagulation, electrode, removal efficiency, energy consumption, electrode consumption)

PENDAHULUAN salah satu sumber daya alam yang tidak dapat
L diperbaharui (Saadah dan Kusuma, 2014).
ogam Tanah Jarang (LTJ) atau dikenal dengan
Penggunaan logam tanah jarang sangat luas dan erat
istilah Rare Earth Element (REE) merupakan
Indah Muji Mulyani, dkk ISSN 0216-3128 401
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

kaitannya dengan produk industri teknologi tinggi dengan susunan katoda-anoda berturut-turut antara
seperti industri komputer, telekomunikasi, nuklir lain Al-Al, Al-Cu, Cu-Al dan Cu-Cu. Hal ini
(Suprapto, 2008), katalis minyak bumi (Binnemans bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis plat
et al., 2013) dan lain-lain. pada proses elektrokoagulasi. Keefektifan proses
Logam tanah jarang tidak ditemukan di elektrokoagulasi pada penelitian ini dilihat
bumi sebagai unsur bebas melainkan paduan berdasarkan efisiensi penyisihan, konsumsi
berbentuk senyawa kompleks (Suprapto, 2008) atau elektroda dan energi. Hal ini agar dihasilkan proses
gabungan dari sebagian unsur-unsur tanah jarang pengolahan limbah yang tidak hanya efektif dalam
tertentu (Herman, 2009). Untuk pemanfaatannya, menyisihkan polutan tetapi juga rendah dalam
logam tanah jarang harus dipisahkan terlebih dahulu penggunaan energi.
dari senyawa kompleks tersebut (Suprapto, 2008),
sehingga menimbulkan limbah berupa pengotor dan TEORI
unsur radioaktif yang telah dipisahkan dari LTJ.
Proses elektrokoagulasi merupakan gabungan dari
Salah satu unsur radioaktif yang terkandung
proses elektrokimia dan proses flokulasi-koagulasi
dalam limbah hasil pengolahan LTJ yaitu thorium.
(Prayitno & Kismolo, 2012). Proses ini berdasar
Berdasar Atmawinata et al. (2014) thorium adalah
pada penggunaan elektroda (Tian et al., 2016) yang
residu beracun utama dalam proses pengolahan
terbuat dari besi atau alumunium atau logam lain
logam tanah jarang. Thorium terkandung pada
(Liu et al., 2015). Dalam proses elektrokoagulasi,
beberapa mineral antara lain monasit (Ce, La,
elektroda besi atau alumunium akan membentuk
Th)PO (Egorov et al., 2014), thorite (ThO ) dan
4 2 koagulan yang digunakan untuk memisahkan
thorianite (Th, U)O (Nugraheni et al., 2012).
2 kontaminan dalam limbah (Kobya et al., 2003).
Thorium berbahaya untuk pernapasan atau beresiko
Untuk menghasilkan ion logam yang
kanker paru-paru dan leukimia (sebagai contoh dosis
berfungsi sebagai koagulan diperlukan beda
efektif 1 Sievert dapat diperoleh dengan menghirup
potensial diantara elektroda. Perbedaan potensial ini
2,22 g thorium).
diperlukan untuk menimbulkan reaksi elektrokimia
Pada penelitian ini, pengolahan limbah
pada masing-masing elektroda (Trapsilasiwi &
dilakukan dengan proses elektrokoagulasi.
Assomadi, 2010). Proses ini menggunakan reaksi
Kelebihan utama pemilihan metode ini yaitu karena
reduksi dan oksidasi (Ashari et al., 2015) dimana
tidak terdapat penambahan bahan kimia tambahan,
ion positif (kation) bergerak ke katoda dan
waktu kontak yang singkat (Akyol et al., 2013),
menerima elektron yang direduksi dan ion negatif
biaya operasional rendah dan bahan elektroda
(anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan
mudah didapat (Thirugnanasambandham et al.,
elektron yang dioksidasi (Susetyaningsih et al.,
2013).
2008) ketika hal ini diterapkan, ion logam yang
Proses elektrokoagulasi telah diaplikasikan
dihasilkan bereaksi dengan hidroksida primer dan
pada penelitian sebelumnya diantaranya yaitu untuk
menghasilkan polihidroksida dan flok logam
menurunkan konsentrasi nikel (Ni) dan kromium
polihidroksida (Tian et al., 2016).
(Cr) pada limbah elektroplating (Lekhlif et al.,
Secara umum reaksi yang terjadi pada
2014), menurunkan Cr pada limbah industri sarung
katoda dan anoda dapat dijelaskan sebagai berikut :
(Kartika et al., 2015), filtrat hidrolisis limbah padat
pada katoda terjadi reduksi ion H+ dari suatu asam
penyamakan kulit (Wahyulis et al., 2014),
menjadi gas hidrogen yang akan bebas sebagai
pengolahan limbah laundry (Rachmawati et al.,
gelembung-gelembung gas sesuai pers. (1),
2014), menurunkan kadar arsen (As) pada air tanah
sedangkan larutan yang mengalami reduksi adalah
(Kobya et al., 2014), pengolahan limbah cair
pelarut (air) dan terbentuk gas hidrogen (H ) pada
industri minyak (Cerqueira & Marques, 2012), 2
katoda yang ditunjukkan oleh pers. (2).
pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit (Hanum
et al., 2015), dan pengolahan air yang mengandung 2H2eH (1)
2
polutan yaitu partikel tersuspensi, logam-logam 2H O2e 2OHH (2)
2 2
berat, produk minyak bumi, warna pada zat
Anoda terbuat dari logam akan teroksidasi
pewarna, larutan humus dan deflouridasi air
yang secara umum ditunjukkan oleh persamaan (3),
(Trapsilasiwi & Assomadi, 2010). sedangkan ion OH- dari basa akan mengalami
Parameter proses elektrokoagulasi meliputi
oksidasi membentuk gas oksigen (O ) yang
jenis plat elektroda, suhu, jarak antar elektroda 2
ditunjukkan oleh persamaan (4).
(Cerqueira & Marques, 2012), kuat tegangan
M Mn ne (3)
(Bazrafshan et al., 2012), kuat arus (Kurniasih et al.,
4OH 2H OO 4e (4)
2016), pH (Lekhlif et al., 2014), konduktivitas, 2 2
susunan elektroda (Khandegar & Saroha, 2013) dan Dari reaksi tersebut, pada anoda akan
waktu kontak (Rachmawati et al., 2014). dihasilkan gas H2, buih dan flok logam hidroksida
Pada penelitian ini, proses elektrokoagulasi (Susetyaningsih et al., 2008). Selanjutnya flok yang
dilakukan dengan memvariasi jenis plat elektroda terbentuk akan menjebak secara elektroionik
402 ISSN 0216-3128 Indah Muji Mulyani, dkk
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

terhadap logam atau kontaminan (Prayitno & meter AD1C00, spektrofotometer UV1800 dan
Kismolo, 2012). Ketika medan magnet diantara plat ISOLO.
elektroda masih cukup besar, sistem ionik dari Proses elektrokoagulasi dilakukan secara
polutan limbah cenderung akan berkompeten batch. Elektroda ditimbang terlebih dahulu sebelum
membentuk suatu flok-flok dengan ukuran yang digunakan. Elektroda-elektroda dihubungkan secara
jauh lebih besar sehingga proses oksidasi pada plat paralel menggunakan kabel penjepit buaya yang
anoda juga semakin besar (Prayitno et al., 2016). dihubungkan pada power supply. Tegangan
dihubungkan secara paralel dan kuat arus
Efisiensi penyisihan, konsumsi elektroda dan dihubungkan secara seri. Proses dijalankan pada
energi tegangan 2 V selama 60 menit, pH, dan kuat arus
sesuai kondisi. Sampel diambil setiap interval 5
Berdasar Kobya et al. (2014) efisiensi penyisihan
menit. Setelah selesai, elektroda dilepas dari bak
setiap parameter dihitung dengan pers. (5) sebagai
elektrokoagulator dan dicelupkan ke dalam larutan
berikut :
asam perklorat, kemudian dicuci dengan air,
Eff(%)C0 C1 x100% (5) dikeringkan dan ditimbang. Pencucian ini bertujuan
C0 untuk menghilangkan residu yang menempel pada
dengan elektroda. Proses elektrokoagulasi diulang kembali
C0 : kadar sebelum proses elektrokoagulasi menggunakan jenis plat yang berbeda. Skema alat
C1 : kadar sesudah proses elektrokoagulasi elektrokoagulasi disajikan pada Gambar 1.
Sampel diambil sebanyak 2 mL dalam labu
Salah satu parameter yang paling penting ukur 25 mL. Kemudian ditambahkan 1 mL larutan
yang mempengaruhi aplikasi metode pengolahan air asam oksalat, 2 mL larutan arsenazo III 0,2% dan
dan limbah cair yaitu operasional biaya (Akyol et diatur sampai pH 3 (larutan HNO dan NaOH).
3
al., 2013). Operasional biaya utama dalam Larutan ditandabataskan dengan aquades dan
pengolahan limbah cair dengan proses didiamkan selama 30 menit agar pembentukan
elektrokoagulasi adalah konsumsi energi listrik, kompleks sempurna. Larutan dimasukkan ke dalam
elektroda logam (Nasution et al., 2013). Besar kuvet dan diukur menggunakan spektrofotometer
konsumsi elektroda dan energi disajikan sesuai pers. UV-Vis dengan panjang gelombang 665 nm,
(6 dan 7). sehingga dihasilkan besar penurunan konsentrasi
U.i.t proses elektrokoagulasi.
C  ec
energi v (6) Proses tersebut diulang kembali
i.t .Mr menggunakan jenis plat yang berbeda susunan
C  ec anoda katodanya. Skema alat elektrokoagulasi yang
elektroda zFv (7)
digunakan pada penelitian ini disajikan pada
dengan Gambar 2, sedangkan susunan plat disajikan pada
U : rata-rata tegangan sel (V) Tabel 1.
i : kuat arus (A)
Tabel 1. Variasi Susunan Plat Anoda Katoda
t : waktu (jam)
ec
Mr : berat molekul
Anoda Katoda
F : konstanta Faraday (96.500 C/mol)
Alumunium Alumunium
z : bilangan elektron yang terlibat redoks
v : volume larutan (m3). Alumunium Tembaga
Tembaga Alumunium
TATAKERJA Tembaga Tembaga

Limbah yang akan diolah dalam penelitian ini yaitu
Setelah proses elektrokoagulasi berlangsung
limbah hasil pengolahan logam tanah jarang yang
dihasilkan endapan dan effluent yang terpisah.
mengandung thorium yang diambil Gedung 02
Endapan yang dihasilkan dianalisis menggunakan
PSTA-BATAN Yogyakarta. Diketahui kandungan
ISOLO untuk mengetahui besar radioaktivitasnya.
thorium dalam limbah yaitu sebesar 439,274 ppm
Hal ini untuk menunjukkan keefektifan proses
dan pH 5,54. Alat yang digunakan meliputi
elektrokoagulasi yang dilakukan. Preparasi sampel
rangkaian alat elektrokoagulasi yang terdiri dari bak
dilakukan dengan mengambil sampel endapan
elektrokoagulator terbuat dari kaca dengan ukuran
sebanyak kurang lebih 0,1 g. kemudian disiapkan
22,5 × 14,5 × 20 cm, plat elektroda alumunium dan
planset yang sudah diketahui berat awalnya dan
tembaga ukuran 20 × 20 cm dengan luas permukaan
efektif 250 cm2, kabel penghubung (kabel buaya), bersih. Endapan dituangkan ke dalam planset dan
dikeringkan di atas lampu wolfram. Setelah sampel
stirrer, adaptor, power supply DC, voltmeter digital,
kering diambil dan dilakukan pencacahan
ammeter digital, alat-alat gelas laboratorium, pH
menggunakan ISOLO. Setelah selesai dicacah,
planset ditimbang kembali.
Indah Muji Mulyani, dkk ISSN 0216-3128 403
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

Gambar 2. Rangkaian Alat Elektrokoagulasi

HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini diketahui pH awal sebesar 5,54,
pH diukur pada setiap interval waktu 5 menit untuk
Proses elektrokoagulasi menggunakan plat Al-Al
masing-masing sampel yang diambil dan disajikan

pada Gambar 4.

100,0
)% 8,75
( 90,0 8,50
n 8,25
a
h 80,0 8,00
isiy 7,75
n 70,0 7,50
eP H 7,25
isn 60,0 p 67,,7050
eisif 50,0 66,,2550
E 0 5 101520253035404550556065 6,00
5,75
Waktu (menit) 5,50
5,25
Gambar 3. Efisiensi Penyisihan Proses 5,00
Elektrokoagulasi dengan Plat Al-Al 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Waktu (Menit)

Dari Gambar 3 dapat diketahui bahwa Gambar 4. pH Proses Elektrokoagulasi Plat Al-Al
efisiensi penyisihan proses elektrokoagulasi
Dari Gambar 4 menunjukkan selama proses
menggunakan plat Al-Al telah menunjukkan hasil
elektrokoagulasi pH larutan akan mengalami
yang tinggi pada menit ke 5 yaitu sebesar 98,0%
perubahan, yang terlihat cenderung semakin
dengan kadar Th 439,274 menjadi 8,503 ppm.
meningkat pada setiap waktu. Menurut Lekhlif et al.
Kemudian mengalami penurunan pada menit ke 10,
(2014) semakin meningkatnya pH maka
dan terjadi peningkatan dan penurunan kembali.
menghasilkan perbedaan distribusi kompleks
Namun secara keseluruhan, peningkatan dan
hidrokso monomer dan polimer seperti [Al(OH)]2+,
penurunan efisiensi penyisihan tidak signifikan. Hal
[Al(OH) ]+, [Al (OH) ]4+, [Al (OH) ]3+,
ini menunjukkan bahwa proses elektrokoagulasi 2 2 2 6 15
[Al (OH) ]4+, [Al (OH) ]7+, [Al O (OH) ]7+,
terus berjalan secara efektif selama proses 7 17 8 20 13 4 24
[Al (OH) ]5+. Hal ini tentu menyebabkan reaksi
berlangsung. 13 34
yang terjadi didalamnya pun berbeda sesuai pada
Berdasar Lekhlif et al. (2014) proses
kondisi pH.
elektrokoagulasi sangat bergantung pada pH larutan.

404 ISSN 0216-3128 Indah Muji Mulyani, dkk
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

H
O 4+
6H+ + 6e- 3H E0 = 0 V
2 sel 4[Al(OH)3(H2O)3] + 2Th4+ (H2O)2Al Al(H2O)2 +4H2O
2Al 2Al3+ + 6e- E0 = -1,66 V
sel HO OH O OH OH
(10)
H
6H+ + 2Al 3H + 2Al3+ Th H Th
2
HO OH O OH OH
Pada kondisi asam katoda Al akan
mengalami reduksi asam menghasilkan gas H , (H2O)2Al Al(H2O)2
2
sedangkan anoda alumunium akan mengalami O
oksidasi menghasilkan ion Al3+ sesuai pers. (8). H
Adanya gas H yang dihasilkan membuat
2
ion hidroksida yang mengikat polutan dalam limbah Pada pers. (10) diketahui bahwa kompleks
menjadi senyawa yang tidak larut yang ak(a8n) koagulan terdiri dari ion logam Al sebagai atom
mengalami pengapungan ke permukaaan reaktor pusat dan mengikat 6 ligan yang terdiri dari 3 ligan
(Prayitno et al., 2016) atau terjadi flotasi elektrolitik H2O dan 3 ligan OH. Thorium akan terikat oleh
(Ridantami et al., 2016). gugus OH pada koagulan dengan membentuk ikatan
Pada kondisi ini koagulan belum terbentuk. kovalen koordinasi dimana pada gugus OH, atom O
Namun apabila dihubungkan dengan Gambar 3, memiliki pasangan elektron bebas yang akan
efisiensi penyisihan sudah terlihat tinggi pada menit mengisi orbital Th yang kosong.
awal proses berlangsung. Hal ini dapat dijelaskan Berdasarkan Gambar 4 dan pers. (8 dan 9),
dengan berdasar pada Gambar 4, bahwa pada menit maka dapat diketahui bahwa reduksi H+ terjadi
ke 5 pH meningkat secara signifikan yaitu >7. sangat cepat sekitar 3 menit yang ditunjukkan pH
Kondisi ini menyebabkan reaksi yang terjadi pun meningkat dari 5,54 menuju 7, kemudian terjadi
berubah sesuai pers. (9). reduksi air pada pH yang semakin meningkat dari 7
sampai >7, dimana pada kondisi ini koagulan
6H2O + 6e- 6OH- + 3H2 E0sel = -0,83 V Al(OH)3 mulai terbentuk. Oleh karena rasio thorium
dan koagulan berbeda jauh, baik koagulan yang
(9)
2Al 2Al3+ + 6e- E0 = -1,66 V terbentuk masih sedikit dan jumlah thorium yang
sel
banyak atau sebaliknya maka efisiensi penyisihan
6H2O + 2Al 6OH- + 2Al3+ + 3H2 cukup be sar pada menit ke 5 ini.

Ion Al3+ yang terbentuk akan berikatan Proses elektrokoagulasi menggunakan plat Al-
Cu
dengan ion OH- dari katoda sehingga terbentuk

koagulan sesuai persamaan (24). Hal ini sesuai
dengan Elnenay et al. (2016) dan Akyol et al. 100,00
(2013) bahwa pada pH lebih dari 6,5 terjadi adsorpsi )% 90,00
dan koagulasi.
( 80,00
Berdasar dari Daneshvar et al. (2002) nah 70,00
kompleks [Al(OH)3(H2O)3] dibentuk oleh isiy 60,00
terhubungnya polimer hidroksi menjadi partikel n
e
tdearlsaumsp evnasri.i asiK okmombipnlaeskis paelurmmuuknaiuamn tehriddirroi ksdiadrai P isn 4500,,0000
e
daerah yang bermuatan positif dan negatif serta isifE 30,00
muatan oposisi yang bersifat menarik, dimana 20,00
daerah tersebut cukup kuat untuk menghilangkan 10,00
spesies terlarut dan ion dalam fasa larutan. Reaksi
0,00
tersebut dapat dijelaskan pers. (10). 0 5 101520253035404550556065

Waktu (menit)

Gambar 5. Efisiensi Penyisihan Proses
Elektrokoagulasi dengan Plat Al-Cu
Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa efisiensi
penyisihan pada sampel yang diambil mencapai
96,0% pada menit ke 5 dengan penurunan dari
439,274 menjadi 13,559 ppm, kemudian menurun
Indah Muji Mulyani, dkk ISSN 0216-3128 405
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

pada menit ke 10, selanjutnya terjadi peningkatan banyak. Namun pembentukan koagulan dapat
dan penurunan pada menit berikutnya. terjadi jika OH- dan ion logam tersedia, sehingga
Pada proses elektrokoagulasi ini jika OH- telah banyak tersedia sedangkan belum
dipengaruhi pula oleh pH yang disajikan pada cukup Cu2+ yang terbentuk maka pembentukan
Gambar 6. koagulan Cu(OH) juga belum cukup banyak.
2
Proses elektrokoagulasi menggunakan plat Cu-Al
9,50
9,00 100,00
8,50 )%
8,00 ( n 90,00
a
H 7,50 his 80,00
p 7,00 iy
n
6,50 eP 70,00
6,00 is
n
5,50 eis 60,00
5,00 ifE
50,00
0 5 101520253035404550556065
0 5 101520253035404550556065
Waktu (Menit) Waktu (menit)

Gambar 6. pH Proses Elektrokoagulasi Plat Al-Cu Gambar 7. Efisiensi Penyisihan Proses
Elektrokoagulasi dengan Plat Cu-Al
Reaksi yang terjadi pada pH asam sesuai Pada Gambar 7 menunjukkan bahwa
pada pers. (11), dimana pada anoda terjadi oksidasi efisiensi penyisihan mencapai 97,0% pada menit ke
Cu menghasilkan ion Cu2+. Saat pH meningkat pada 5 (dari 439,274 menjadi 13,152 ppm). Sama halnya
menit ke 5 sesuai Gambar 6 terbentuk koagulan dengan proses elektrokoagulasi menggunakan plat
Cu(OH) yang disajikan pada pers. (12). Al-Al dan Al-Cu, efisiensi penyisihan menggunakan
2
2H+ + 2e- H E0 = 0 V plat Cu-Al mengalami peningkatan dan penurunan
2 sel (11)
meskipun tidak signifikan selama proses
Cu Cu2+ + 2e- E0sel = 0,34 V berlangsung. Begitu pula pada pH yang diukur
mengalami peningkatan selama proses
2H+ + Cu Cu2+ + H elektrokoagulasi berlangsung sesuai Gambar 8.
2

9,50

2H2O + 2e- 2OH- + H2 E0sel = -0,83 V 9,00
(12)
Cu Cu2+ + 2e- E0sel = 0,34 V 88,,0500
7,50
2H2O + Cu Cu2+ + 2OH- + H2 H 7,00
p
6,50
Apabila Gambar 3 dan 5 dibandingkan, 6,00
maka pada menit yang sama (menit ke 5), efisiensi 5,50
penyisihan proses elektrokoagulasi menggunakan 5,00
plat Al-Cu justru lebih rendah dibandingkan plat Al- 0 5 101520253035404550556065
Al. Hal ini dapat dijelaskan oleh berdasar Yen
(1999) tentang pembentukan kompleks logam Waktu (Menit)
hidroksida berdasarkan pada kelarutan, diketahui
Gambar 8. pH Proses Elektrokoagulasi Plat Cu-Al
bahwa Cu2+ akan terlarut dengan cepat pada kondisi
yang lebih basa yaitu rentang 6 ≥ pH ≤ 8, sehingga Pada kondisi asam (limbah awal 5,54)
pada kondisi ini, saat menit ke 5 ion Cu2+ yang terjadi reduksi air menghasilkan H sesuai reaksi
2
terbentuk tidak sebanyak Al untuk berikatan dengan pada pers. (8), namun selain terjadi reduksi asam
ion OH- dalam membentuk koagulan. terjadi pula reduksi pada katoda (ion Cu2+
Pada proses elektrokoagulasi menggunakan mengalami reduksi pada katoda), sedangkan pada
plat Al-Cu ini, pH meningkat lebih cepat anoda mengalami oksidasi menjadi Al3+. Reaksi ini
dibandingkan pada plat Al-Al yang dicapai pada dirumuskan sesuai pers. (13).
menit ke 5. Oleh karena itu, reaksi reduksi pelarut
pun akan terjadi lebih cepat, sehingga lebih cepat
pula terbentuk ion OH- oleh katoda. Maka
seharusnya koagulan yang terbentyk juga lebih
406 ISSN 0216-3128 Indah Muji Mulyani, dkk
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

3Cu2++ 6e- 3Cu E0 = 0,34 V 100,00
sel (13) )% 95,00
2Al 2Al3++ 6e- E0sel = -1,66 V ( na 8950,,0000
h
is 80,00
3Cu2+ + 2Al 3Cu + 2Al3+ iyneP 7705,,0000

is 65,00
n
Kemudian saat pH meningkat menjadi >7 e 60,00
pada menit ke 5 sesuai Gambar 8, pada katoda akan isif 55,00
E 50,00
mengalami reduksi pelarut sesuai pers. (9), sehingga
0 5 101520253035404550556065
terbentuk koagulan.
Waktu (menit)
Bila dibandingkan dengan proses

elektrokoagulasi dengan plat Al-Cu, efisiensi Gambar 9. Efisiensi Penyisihan Proses
penyisihan yang dihasilkan dari proses Elektrokoagulasi dengan Plat Cu-Cu
elektrokoagulasi dengan plat Cu-Al lebih besar. Hal
Sama halnya dengan 3 proses
ini karena anoda alumunium bersifat amfoter,
sehingga ion Al3+ akan mudah terlarut pada pH yang elektrokoagulasi sebelumnya, proses
asam maupun basa, sedangkan ion Cu2+ untuk elektrokoagulasi dengan plat Cu-Cu juga
dipengaruhi oleh pH yang disajikan pada Gambar
terlarut terjadi pada rentang pH basa.
10.
Pada kondisi asam ion Al3+ akan mudah
terlarut pada anoda. Begitu pula pada katoda, ion
OH- sangat cepat terbentuk pada proses 8,50
elektrokoagulasi menggunakan plat Cu-Al ini 8,00
dibuktikan dengan meningkatnya pH secara
7,50
signifikan pada menit ke 5 yaitu mendekati 8. Oleh
karena ion Al3+ dan OH- telah banyak terbentuk, 7,00
H
maka koagulan yang terbentuk pun akan semakin p 6,50
banyak. Meskipun demikian, apabila Gambar 3
6,00
dibandingkan dengan Gambar 7 maka efisiensi
5,50
penyisihan proses elektrokoagulasi menggunakan
plat Cu-Al lebih rendah dibandingkan dengan plat 5,00
Al-Al. Hal ini karena pada katoda plat Al-Al setelah 0 5 101520253035404550556065
terjadi reduksi air maka akan terjadi reduksi pelarut
Waktu (Menit)
pada pH yang semakin meningkat, sedangkan pada

plat Cu-Al terjadi pula reduksi ion Cu2+. Gambar 10. pH Proses Elektrokoagulasi Plat Cu-
Saat pH semakin basa berarti ion OH- yang Cu
terbentuk semakin banyak sehingga semakin banyak Reaksi yang terjadi pada katoda yaitu
pula yang berikatan dengan ion Al3+ untuk reduksi asam dan ion Cu2+ sesuai pers. (11 dan 13)
membentuk koagulan. Maka seharusnya efisiensi yang telah dijelaskan sebelumnya. Pada anoda
penyisihan pun akan meningkat oleh meningkatnya terjadi oksidasi Cu menghasilkan ion Cu2+ sesuai
pH. Namun berdasar pada Gambar 3 efisiensi pers. (12).
penyisihan justru semakin menurun meskipun tidak Apabila proses elektrokoagulasi
signifikan. menggunakan plat Cu-Cu dibandingkan dengan plat
Cu-Al, maka efisiensi penyisihan dengan plat Cu-Cu
Proses elektrokoagulasi menggunakan plat Cu- lebih rendah dibandingkan dengan plat Cu-Al. Hal
Cu ini seperti yang telah dijelaskan sebelumnya tentang
perbedaan jenis plat anoda yang berhubungan
Berdasarkan Gambar 9 dapat diketahui bahwa pada
dengan kelarutan logam dan diketahui ion Cu2+ akan
menit ke 5 proses elektrokoagulasi telah
larut pada pH yang cenderung basa sedangkan ion
menghasilkan efisiensi penyisihan sebesar 96,0%
Al3+ dapat terlarut pada kondisi asam maupun basa.
(dari 439,274 menjadi 16,015 ppm), terjadi
Oleh karena itu pada menit yang sama (menit ke 5),
penurunan dan peningkatan pada rentang waktu 10
koagulan Al(OH) akan lebih banyak dihasilkan
sampai 15 menit. Kemudian cenderung semakin 3
dibanding Cu(OH) yang ditunjukkan lebih
menurun selama proses elektrokoagulasi. 2
tingginya efisiensi penyisihan dengan plat Cu-Al

dibandingkan dengan plat Cu-Cu.
Begitu pula saat proses elektrokoagulasi
menggunakan plat Cu-Cu dibandingkan dengan plat
Indah Muji Mulyani, dkk ISSN 0216-3128 407
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

Al-Cu, maka efisiensi penyisihan plat Cu-Cu juga Oleh karena pengadukan tetap berjalan, maka flok
lebih rendah. Dengan menggunakan plat anoda yang yang terendap pun ikut kembali bercampur dengan
sama berarti kelarutan ion Cu2+ yang terjadi juga larutan sehingga akan ikut saat proses sampling
sama banyaknya pada kondisi yang sama. Sama dilakukan.
seperti yang dijelaskan pada perbandingan proses
Konsumsi elektroda dan energi
elektrokoagulasi Al-Al dengan Cu-Al bahwa pada
katoda Al hanya terjadi reduksi air, karena ion Al3+ Proses elektrokoagulasi dikatakan efektif
tidak mengalami reduksi pada katoda, sedangkan jika proses elektrokoagulasi tidak hanya memiliki
katoda Cu selain mengalami reduksi air juga efisiensi penyisihan besar namun juga efisien
mengalami reduksi ion Cu2+. terhadap konsumsi energi dan elektroda. Hal
Secara keseluruhan, keempat proses tersebut karena berdampak pada pengaplikasian
elektrokoagulasi menggunakan variasi jensi plat metode elektrokoagulasi secara luas dalam
dihasilkan efisiensi penyisihan yang cenderung mengolah limbah, sehingga faktor biaya juga sangat
mengalami peningkatan dan penurunan selama penting untuk diperhitungkan. Konsumsi elektroda
proses berlangsung. Hal tersebut dapat dijelaskan dan energi pada proses elektrokoagulasi pada variasi
oleh adanya pasivitas plat yang terjadi pada jenis plat disajikan dalam Gambar 11 dan 12. Data
elektroda. selengkapnya disajikan pada Tabel 2.
Pasivitas plat yaitu plat yang telah
mengalami kejenuhan oleh adanya flok yang 300,00
Al-Al
menempel pada permukaan plat, sehingga akan
3m 250,00 Al-Cu
menghambat pembentukan ion logam oleh anoda
dan OH- oleh katoda. Menurunnya ion Al3+ atau OH- (/g Cu-Al
a 200,00
mengakibatkan semakin sedikit pula koagulan yang d
o Cu-Cu
terbentuk. rtk3)) 150,00
Berdasar Ridantami et al. (2016) flok yang elE-01
terbentuk akan semakin banyak dan saling is(100,00
m
bertumbukan. Tumbukan antar flok menyebabkan
u 50,00
berat jenis flok meningkat sehingga sebagian akan sn
o
jatuh dan membentuk endapan. Oleh karena flok K 0,00
semakin lama akan jatuh, maka permukaan 0 5 101520253035404550556065
elektroda akan lebih aktif kembali, dalam penelitian
Waktu (Menit)
ini ditunjukkan oleh naik turunnya efisiensi
Gambar 11. Konsumsi Elektroda Proses
penyisihan selama elektrokoagulasi berlangsung.
Elektrokoagulasi Pada Variasi Jenis
Faktor lain yang menyebabkan efisiensi
Plat
penyisihan mengalami peningkatan dan penurunan
selama proses elektrokoagulasi yaitu kandungan
limbah kompleks, tidak hanya mengandung thorium 1600
nmaemnuinng ksaetnnyyaaw kao nlaseinn.t raMsie nkuarnudtu nHgua ne st enayl.a w(2a0 0la3i)n, 3m) 1400 AAll--ACul
/h1200
dalam limbah yang mana memiliki afinitas yang W Cu-Al
tinggi terhadap M+ akan menurunkan kapasitas k1000
adsorpsi dan membentuk alumina hidrat, sehingga ( ig 800 Cu-Cu
r
akan terjadi efek kompetisi antar senyawa yang en
E 600
terkandung dalam limbah yang memungkinkan
menyebabkan penurunan efisiensi penyisihan pada ism 400
u
proses ini. s 200
n
Selain pasivitas plat dan efek kompetisi, o
K 0
pengadukan juga mempengaruhi hasil efisiensi
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
penyisihan. Pengadukan akan mengakibatkan
Waktu (Menit)
larutan menjadi homogen dan semakin lama waktu
pada proses elektrokoagulasi dengan terbentuknya Gambar 12. Konsumsi Energi Proses
koagulan dan flok yang semakin banyak, dilihat dari Elektrokoagulasi Pada Variasi Jenis
semakin keruhnya larutan dalam elektrokoagulator. Plat

408 ISSN 0216-3128 Indah Muji Mulyani, dkk
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

Tabel 2. Konsumsi Elektroda dan Energi
Waktu Konsumsi elektroda Konsumsi energi
(menit) g/m3 (10-3) kWh/m3
Al-Al Al-Cu Cu-Al Cu-Cu Al-Al Al-Cu Cu-Al Cu-Cu
5 5,95 6,21 27,89 22,87 117,20 118,20 72,23 137,90
10 11,39 11,39 53,96 45,73 224,20 216,70 139,70 275,90
15 16,69 16,69 74,09 67,23 328,60 317,70 191,80 405,60
20 21,75 21,75 96,95 85,98 427,90 413,80 251,01 518,70
25 26,54 26,54 116,60 105,20 522,20 504,90 301,90 634,60
30 29,51 31,84 139,90 131,70 580,80 605,90 362,30 794,70
35 33,52 37,15 156,90 147,30 659,80 706,90 406,10 888,50
40 38,31 42,46 175,60 160,90 754,10 807,90 454,70 971,30
45 43,10 45,43 197,60 181,10 848,30 864,50 511,50 1092,00
50 47,89 50,48 219,50 205,80 942,60 960,60 568,30 1241,00
55 51,26 55,53 236,40 216,30 1009,00 1056,00 612,10 1305,00
60 55,92 59,02 257,90 236,00 1101,00 1123,00 667,80 1423,00

Dari Gambar 11 dan 12 diketahui bahwa Al dijalankan menggunakan ½ dari besar tegangan
konsumsi elektroda dan konsumsi energi secara semula yaitu sebesar 1 V.
keseluruhan pada masing-masing plat cenderung Dari hasil proses elektrokoagulasi pada
meningkat terhadap meningkatnya waktu kontak. variasi jenis plat, diketahui bahwa plat elektroda
Konsumsi elektroda paling rendah diperoleh pada yang paling efektif yaitu Al-Al. Hal tersebut selain
proses elektrokoagulasi menggunakan plat Al-Al, karena efisiensi penyisihan yang dihasilkan paling
begitu pula pada konsumsi energinya. Namun dalam tinggi yaitu sebesar 98,06%, namun juga dilihat dari
Gambar 12, konsumsi energi terendah diperoleh rendahnya konsumsi elektroda dan energi yang
pada proses elektrokoagulasi menggunakan plat Cu- dibutuhkan dalam proses elektrokoagulasi masing-
Al. Hal ini karena tegangan yang digunakan dalam masing sebesar 5,95 × 10-3 g/m3 dan 117,20
proses elektrokoagulasi dengan variasi plat ini kWh/m3.
sebesar 2 V kecuali plat Cu-Al. Hal ini karena pada Untuk membuktikan keefektifan proses
proses elektrokoagulasi dengan plat Cu-Al elektrokoagulasi dalam menurunkan kadar thorium
dihasilkan hambatan yang sangat besar, maka kuat dalam limbah dilakukan analisis endapan yang
arus yang digunakan pun akan semakin besar. Oleh dihasilkan setelah proses elektrokoagulasi
karena itu proses elektrokoagulasi dengan plat Cu- menggunakan ISOLO. Hasil pencacahan sampel
disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Cacah Sampel Endapan Hasil Proses Elektrokoagulasi
Sampel Berat Aktivitas (Bq) Berat Aktivitas jenis
awal sesudah (Bq/g)
(g) α β (g) α β
Al-Al 7,602 8,56 5,60 7,625 372,17 243,48
Al-Cu 7,608 3,80 2,32 7,630 172,73 105,46
Cu-Al 7,581 0,68 0,45 7,599 37,78 25,00
Cu-Cu 7,607 12,10 6,88 7,633 465,39 264,62

Indah Muji Mulyani, dkk ISSN 0216-3128 409
PENGARUH JENIS PLAT ELEKTRODA PADA PROSES ELEKTROKOAGULASI UNTUK
MENURUNKAN KADAR THORIUM DALAM LIMBAH HASIL PENGOLAHAN LOGAM TANAH
JARANG

Dari Tabel 3 diketahui bahwa radioaktivitas Aluminum Electrodes for Fluoride Removal
terbesar terkandung dalam endapan hasil proses from Aqueous Environment. E-Journal of
elektrokoagulasi Cu-Cu dengan besar radioaktivitas Chemistry 9(4): 2297-2308, 2012.
alfa dan beta berturut-turut sebesar 465,39 Bq/g dan [5] BINNEMANS K., PONTIKES Y., JONES
264,62 Bq/g. Semakin besar radioaktivitas alfa dan P.T., GERVEN T.V., dan BLANPAIN B.,
beta pada endapan menunjukkan proses Recovery of Rare Earths from Industrial Waste
elektrokoagulasi semakin efektif. Dari Tabel 3 Residues: A Concise Review. Proceedings of
radioaktivitas plat Cu-Cu lebih besar dari Al-Al, the Third International Slag Valorisation
namun dilihat kembali dari pengaruh sebelumnya Symposium,. Leuven, Belgium, 2013.
yaitu plat Cu-Cu menghasilkan limbah ion Cu2+ [6] CERQUEIRA A.A., dan MARQUES M.R.,
sehingga yang paling efektif yaitu plat Al-Al. New Technologies in the Oil and Gas Industry.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro,
KESIMPULAN Brazil, 2012.
[7] DANESHVAR N., HABIB A., dan ROHAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat ditarik
R., Pretreatment of Brackish Water Using DC-
kesimpulan bahwa plat elektroda berpengaruh
Electrocoagulation Method and Optimization.
terhadap proses elektrokoagulasi, hal ini berkaitan
Journal Chemistry & Chemistry Engineering
dengan reaksi yang terjadi pada setiap elektroda
2(1): 13-20, 2002.
yang digunakan.
[8] EGOROV N., DYACHENKO N., AKIMOV
Plat elektroda yang paling efektif yaitu plat
D., KISELEV A., OBMUCH K., dan
Al-Al dengan efisiensi penyisihan proses
CHALOV S., Influence of Adding
elektrokoagulasi sebesar 98,0% pada menit ke 5
Ammonium Bifluoride When Leaching
serta rendah konsumsi elektroda dan enrgi berturut-
Monazite Using Sulphur Acid. Procedia
turut sebesar 5,95 × 10-3 g/m3 dan 117,20 kWh/m3.
Chemistry 10: 168-172, 2014.
[9] ELNENAY A.M.H., NASEEF E., MALASH
UCAPAN TERIMA KASIH
G.F., dan MAGID M.H.A., Treatment of
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Drilling Fluids Wastewater by
PSTA-BATAN Yogyakarta, Universitas Negeri Electrocoagulation. Egyptain Journal of
Semarang, Ir. Prayitno, M.T, Dr. F. Widhi Petroleum 5:1-6, 2016.
Mahatmanti, M.Si, Ella Kusumastuti, S.Si, M.Si, [10] HANUM F., TAMBUN R., RITONGA M.Y.,
Imam Prayogo, S.T dan Vemi Ridantami, A.Md. dan KASIM W.W., Aplikasi Elektrokoagulasi
dalam Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa
DAFTAR PUSTAKA Sawit. Jurnal Teknik Kimia USU 4($): 13-17,
2015.
[1] AKYOL A., CAN O.T., DEMIRBAS E., dan
[11] HERMAN D.Z., Tinjauan Kemungkinan
KOBYA M., A Comparative Study of
Sebaran Unsur Tanah Jarang (REE) di
Electrocoagulation and Elekctro-Fenton for
Lingkungan Panas Bumi. Jurnal Geologi
Treatment of Wastewater from Liquid Organic
Indonesia 4(1): 1-8, 2009.
Fertilizer Plant. Separation and Purification
[12] HU C.Y., LO S.L., dan KUAN W.H., Effects
Technology Journal 112: 11-29, 2013.
of Co-Existing Anions On Fluoride Removal
[2] ASHARI D., BUDIANTA dan
in Electrocoagulation (EC) Process Using
SETIABUDIDAYA D., Efektivitas Elektroda
Aluminum Electrodes. Water Research 37:
pada Proses Elektrokoagulasi untuk
4513-4523, 2003.
Pengolahan Air Asam Tambang. Jurnal
[13] KARTIKA Y., PANGGABEAN A.S., dan
Penelitian Sains MIPA Universitas Sriwijaya
GUNAWAN R., Penurunan Kadar Ion Logam
17: 45-50, 2015.
Kromium pada Limbah Industri Sarung
[3] ATMAWINATA A., YAHYA F.,
Samarinda dengan menggunakan Metode
WIDHIANTO S., ROOSMARIHARSO,
Elektrokoagulasi. Jurnal Kima Mulawarman
IRIANTO D., ADLIR A., SUSILO Y.,
13(1): 45-49, 2015.
RADJID W., MASSARUDDIN,
[14] KHANDEGAR V., dan SAROHA A.K.,
NOVIANSYAH D., SUTJIATMO A.I.,
Electrocoagulation for The Treatment of
SHINTA, WURI S., SUTJIATMO B.P., DAN
Textile Industry Effluent-A Review. Journal
ARDHANA, Telaah Penguatan Struktur
of Environmental Management 128: 949-963,
Industri Pemetaan Potensi Logam Tanah
2013.
Jarang di Indonesia. Jakarta: Kementerian
[15] KOBYA M., DEMIRBAS E., ONCEL M.S.,
Perindustrian Republik Indonesia.
YILDRIM Y., SIK E., GOREN A.Y., dan
[4] BAZRAFSHAN E., OWNAGHI K.A., dan
AKYOL A., Modeling and Optimization of
MAHVI A.H., Application of
Arsenite Removal from Groundwater Using Al
Electrocoagulation Process Using Iron and
Ball Anodes by Electrocoagulation Process.
410 ISSN 0216-3128 Indah Muji Mulyani, dkk