Departemen Teknik Kimia Universitas IndonesiaKampus UI Depok 16424, Indonesiae-mail: eva@che.ui.ac.id

Sebagai Bahan Pengikat

Eva F. Karamah1, Syafrizal2, Adinda Nirmala Sari11Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Kampus Baru UI, Depok 16424

2Kelompok Bioteknologi, PPPTMGB “Lemigas”, Jl. Ciledug Raya Cipulir, Jakarta Selatan

Abstract

Combination of flotation-filtration is a promising method to separate heavy metals and inorganiccompounds in wastewater. This method has been recently used in many industrial processes, especially inwastewater treatment processes. However, the study of alternative bonding agent to improve the effectivenessof the method is still needed. Hence, this research used Lampung natural zeolite as bonding agent, toeliminate heavy metals (Fe, Cu, and Ni) in synthetic wastewater containing heavy metals and inorganic (NH3)compounds. Zeolite are selective to remove waste compounds, based on their sizes and polarities.

This research consists of zeolite preparation and its performance test as bonding agent in flotation-filtration process. There are 3 variations made in flotation-filtration process: variation of synthetic wastesolution type (metals waste and metals - ammonia mixture), variation of pH, and variation of ammoniaconcentration in metals - ammonia mixture waste.

The results shows that, the optimum pH in processing heavy metals waste and metals - ammoniamixture waste are 8 and 9 respectively. The concentration of ammonia which gives significant removalpercentage of heavy metals in processing metals - ammonia mixture waste is 40 mg/L.

Keywords : Flotation-filtration, Lampung Natural zeolite, heavy metals, ammonia.

Pendahuluan

Limbah yang ditemukan pada air sebagianbesar merupakan campuran dari beberapa jenislimbah. Contohnya, campuran antara limbah logamberat dan limbah anorganik. Limbah logam berat yangterdapat pada air diantaranya, besi (Fe), tembaga (Cu)dan nikel (Ni). Limbah Fe dapat menimbulkan bahayabagi kulit dan pencernaan. Limbah Cu dapatmenyebabkan kerusakan hati dan ginjal. Sedangkanlimbah Ni dapat merusak sel-sel darah dan ginjal jikaterkonsumsi dalam jumlah banyak. Limbah amoniayang terkandung dalam air sangat berbahaya bagimanusia jika masuk ke dalam tubuh.

Standar baku mutu limbah yang ditetapkanpemerintah berdasarkan Keputusan Menteri NegaraLingkungan Hidup KEP-02/MENKLH/I/1988 untukair limbah Golongan III adalah: Fe 10 mg/L, Cu 3mg/L, Ni 0,5 mg/L dan amonia 5 mg/L. Padakenyataannya banyak sungai yang mengandunglimbah lebih tinggi dari yang telah ditetapkan.Contohnya, Sungai Cisadane kandungan tembaga (Cu)48,91 mg/L dan nikel (Ni) 310 mg/L, (Prabowo, H.E.,2004). Sungai Bojong, Kecamatan Tarumajaya,kandungan Amonia mencapai 19,52 mg/L, dan SungaiCBL (Cikarang Bekasi Laut), kandungan amoniakmencapai 30,73 mg/L.(Fai, 2002)

Berbagai metode pengolahan limbah dapatdilakukan untuk mengurangi kadar logam berat dan

amonia yaitu pertukaran ion, Sentrifugasi, flotasiudara, mikrofiltrasi, dan osmosis balik. Masing-masing metode memiliki kelemahan yang berbeda-beda misalnya, metode mikrofiltrasi memiliki masalahdengan pengotor (fouling) sehingga membran yangdigunakan tidak berumur lama. Sedangkan metodeflotasi udara memiliki kelemahan dalammempertahankan ikatan antara gelembung denganmateri yang akan dipisahkan. Namun jika keduametode tersebut digabungkan akan terbentuk suatukondisi yang saling menguntungkan. Dimana, masalahpengotor pada membran dapat diminimalisasi denganadanya udara yang disemprot dari bawah kolom untukmenghilangkan pengotor yang menempel padadinding membran. Dan dengan adanya flotasi udaramaka kerja membran akan berkurang sehingga energiyang dibutuhkan untuk mengoperasikan membranakan berkurang juga, umur membran pun akan lebihtahan lama.

Metode flotasi-filtrasi merupakan gabunganantara proses flotasi dan filtrasi yang bertujuan untukmemisahkan partikel-partikel padat atau cair darisuatu limbah berfasa cair. Keuntungan menggunakanflotasi-filtrasi diantaranya selektivitas yang tinggi,beroperasi pada keadaan ambien, tidak terjadiperubahan fasa pada proses penyisihan, unit operasiyang kecil dan sederhana. Dalam penelitian kali iniflotasi yang digunakan adalah metode sorptiveflotation yaitu flotasi yang menggunakan bahan

Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” ISSN 1693 – 4393Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam IndonesiaYogyakarta, 26 Januari 2010

B04 - 1

Pengolahan Limbah Campuran Logam Fe, Cu, Ni dan AmoniaMenggunakan Metode Flotasi-Filtrasi dengan Zeolit Alam Lampung

pengikat untuk mengikat partikel yang ingindipisahkan. Salah satu bahan pengikat yang digunakandalam penelitian kali ini adalah zeolit alam Lampungyang berfungsi sebagai penukar ion, penyaring danabsorbent karena strukturnya yang berupa kristalberpori.

Pada penelitian ini, gas yang disemprotkandalam bentuk gelembung (bubbling) adalah campuranudara-ozon. Pemilihan ozon sebagai gas bubblingdidasarkan pada kemampuan ozon yang lebih baikdalam mengoksidasi logam dari pada oksigen (ozonlebih bersifat oksidator). Di samping itu kelarutanozon juga lebih besar daripada oksigen sehinggaoksidasi akan berlangsung lebih cepat. Dengan ozonsebagai gas bubbling diharapkan pemisahannyaberlangsung lebih cepat dengan efisiensi lebih besardibandingkan dengan oksigen. Biasanya derajatpemisahan flotasi dinaikkan dengan penambahansenyawa-senyawa aditif kimia. Dengan ozon sebagaigas bubbling akan memberi keuntungan yang lebih,karena ozon merupakan senyawa aditif kimia yangberfungsi sebagai disinfektan dan koagulan, sehinggaflotasi dengan ozon tidak perlu menambahkan ataumengurangi dosis senyawa aditif kimia dan air hasilpemisahan lebih terjamin untuk digunakan dalampemenuhan kebutuhan proses industri, serta jumlahlogam hasil pemisahannya juga lebih besar sehinggamemungkinkan untuk diolah lebih lanjut (Recovery)atau digunakan kembali (recycle). Dengan demikianproses ini sangat efektif digunakan untuk mengolahlimbah fasa cair dengan kandungan logam-logamberat (Karamah dan Bismo, 2008).

Metodologi

Diagram alir penelitian dapat dilihat padaGambar 1.

Variasi: - jenis limbah (A: logam,

B: logam+NH3); - pH (A: 5, 7, 8, 9; B: 5,

7, 9); - kons. NH3: (B: 40, 60,

120 mg/L)

Preparasi zeolit alam

MULAI

Uji kinerja zeolit untuk proses flotasi-filtrasi

SELESAI

Rancang Bangun kolom flotasi-filtrasi

Kalibrasi alat ukur

Analisis sampel Logam (AAS), COD, pH

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

Peralatan yang dalam proses flotasi-filtrasiterangkai menjadi suatu sistem, seperti yang dapatdilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema Peralatan Proses Flotasi-Filtrasi

Hasil dan Pembahasan

Dalam penelitian ini dilakukan 3 variasiproses flotasi-filtrasi yaitu :� Variasi jenis limbah: A (limbah campuran logam

Fe, Cu dan Ni) dan B (limbah campuran logamdan NH3).

� Variasi pH awal limbah (A: 5,7,8,9 dan B: 5,7,9)� konsentrasi amonia dalam limbah logam B: 40,

60, 120 mg/L)Terdapat 3 parameter yang diamati dari ketiga

variasi proses flotasi-filtrasi yaitu, persentasepemisahan logam, pH akhir air, dan COD akhir air.

Bahan-bahan kimia tambahan yang digunakandalam proses flotasi-filtrasi adalah polyaluminiumchloride (PAC) sebagai koagulan, sodium laurylsulphate (SLS) sebagai surfaktan, zeolit alam lampungdengan konsentrasi berturut-turut sebesar, 0,013 g/L,0,2 g/L dan 2 g/L.

a. Pengaruh Variasi pH Awal TerhadapPersentase Pemisahan Logam

Pengaruh pH awal pencampuran terhadappresentase pemisahan ion logam Fe3+, Cu2+, Ni2+

dalam limbah campuran dapat dilihat pada Gambar 3.pH awal limbah divariasikan menjadi 5, 7, 8, dan 9.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

3 4 5 6 7 8 9 10pH

% P

emis

ahan

Log

am

Fe Cu Ni

Gambar 3. Pengaruh Variasi pH Awal Dalam LimbahCampuran Logam Fe, Cu, Dan Ni

Penyisihan logam dengan metode flotasi-filtrasimenggunakan zeolit alam lampung dipengaruhi oleh 3mekanisme penting yaitu, pengendapan (presipitasi),

B04 - 2

peran zeolit sebagai adsorben atau penukar ion danfiltrasi oleh membran.

Pada saat pencampuran awal, dilakukanpengaturan pH menggunakan NaOH sehingga terjadireaksi antara gugus OH- dari NaOH dengan ion-ionlogam Fe3+, Cu2+, dan Ni2+. Reaksi tersebut akanmenghasilkan hidroksida logam, dengan persamaanreaksi sebagai berikut :

� �33 3 OHFeOHFe �� �� (1)

� �22 2 OHCuOHCu �� �� (2)

� �22 2 OHNiOHNi �� �� (3)

Hidroksida logam yang dihasilkan akanmembentuk endapan tidak larut, sehingga semakinbanyak hidroksida logam yang terbentuk akansemakin besar persentase penyisihan logam. Kelarutanhidroksida logam sangat dipengaruhi oleh pH larutan.Semakin tinggi pH larutan maka kelarutan hidroksidalogam Fe, Cu dan Ni akan semakin kecil. (Ayers,David. Et al. 1994)

Kemampuan pertukaran ion zeolit terhadaplogam akan menurun seiring dengan penurunan pHlarutan. Hal ini disebabkan karena pada pH yangrendah jumlah H+ yang terbentuk akan lebih banyak,ion H+ merupakan pesaing dari kation logam dalamproses pertukaran ion dengan zeolit (Calgin, Volkan,2006).

Namun bukan berarti pH yang paling tinggiadalah pH yang optimum, karena pada pH tinggiterjadi kemungkinan terbentuknya endapan hidroksidaatau karbonat dalam pori-pori atau saluran zeolit danjuga di permukaan zeolit. Endapan ini kemungkinanakan menghambat jalannya proses pertukaran ion padazeolit (Ouki, Sabeha And Kavannagh, 1996 ).

Dalam proses filtrasi kompetisi logamdipengaruhi oleh ukuran logam hidroksida yangterbentuk. Semakin besar ukuran molekul hidroksidayang terbentuk maka persentase penyisihannya akansemakin besar karena molekul dengan ukuran yangbesar tidak dapat melewati pori-pori membran.Membran keramik yang digunakan dalam penelitianini memiliki ukuran pori-pori 0,2 nm.

Ukuran atom dipengaruhi oleh jari-jari dankelektronegatifan atom. Berdasarkan tabel periodik,jari-jari atom berturut-turut dari besar ke kecil adalahFe > Ni > Cu > O > H. Sedangkan keelektronegatifanatom berturut-turut dari besar ke kecil adalah O > Cu> Ni > Fe > H.

Molekul logam yang akan dipisahkan olehmembran berupa hidroksida, berdasarkan jari-jariatom dan kelektronegatifan zat penyusunnya makadapat diperkirakan molekul mana yang paling besar.Urutan molekul hidroksida logam berturut-turut daribesar ke kecil adalah Fe(OH)3 > Ni(OH)2 > Cu(OH)2.

b. Pengaruh Variasi Konsentrasi AmoniaTerhadap Persentase Pemisahan Logam

Limbah yang digunakan pada bagian inimerupakan campuran limbah logam berat denganamonia, dengan komposisi 40 mg/L untuk masing-masing logam besi, tembaga dan nikel. Sedangkanuntuk amonia konsentrasinya divariasikan menjadi 40mg/L, 60 mg/L, dan 120 mg/L. Proses flotasi-filtrasidilakukan pada pH 7.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 50 100 150Konsentrasi Amonia (mg/L)

% P

emis

ahan

FeCu NiAmonia

Gambar 4 Variasi Konsentrasi Amonia Dalam LimbahCampuran Logam Dan Amonia

Pada Gambar 4 terlihat bahwa konsentrasiamonia tidak terlalu mempengaruhi proses penyisihanlogam besi dan tembaga. Persentase penyisihan logambesi dan tembaga akan mengalami sedikit kenaikandengan bertambahnya amonia. Hal ini disebabkankarena terjadinya reaksi antara amonia dengan besidan tembaga yang menyebabkan presipitasi logam.Sehingga besi dan tembaga akan semakin mudahuntuk dipisahkan. Reaksi antara ammonia dengangaram logam yaitu :

� � � �2424342 22 OHFeSONHNHFeSOOH ���� (4)

� � � �2424342 22 OHCuSONHNHCuSOOH ���� (5)

Sedangkan untuk nikel semakin besarkonsentrasi amonia maka persentase penyisihan nikelakan semakin menurun. Hal ini disebabkan olehsemakin menurunnya pH limbah seiring dengansemakin tingginya konsentrasi amonia. Karena dalamair amonia akan mengalami hidrolisis dengan reaksisebagai berikut :

���� OHNHOHNH 3324 (6)

Seperti telah dibahas pada bagian a bahwa padapH di bawah 8, nikel hidroksida akan terlarut dalamair sehingga akan mempersulit proses penyisihannikel.

c. Pengaruh Variasi pH Awal Limbah CampuranLogam Dan Amonia Terhadap PersentasePemisahan Logam

Limbah yang digunakan pada bagian inimerupakan campuran limbah logam berat denganamonia, dengan komposisi 40 mg/L untuk masing-

B04 - 3

masing logam besi, tembaga nikel dan amonia. Prosesflotasi-filtrasi dilakukan pada pH 5, 7, dan 9.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

3 5 7 9 11pH

% P

emis

ahan

FeCu Ni Amonia

Gambar 5 Pengaruh Variasi pH Awal Limbah CampuranLogam Dan Amonia

Dari Gambar 5 terlihat bahwa pengaruh variasipH awal dalam campuran limbah Fe, Cu, Ni danamonia menghasilkan kecenderungan kenaikanpersentase penyisihan logam Fe, Cu, dan Ni seiringdengan bertambahnya nilai pH larutan. Seperti padavariasi pH awal campuran limbah Fe, Cu, dan Ni. Halini disebabkan karena konsentrasi amonia yangdigunakan kecil dalam proses yang berlangsungkontinyu sehingga tidak memberikan banyak pengaruhdalam proses penyisihan logam.

d. pH Akhir Air Yang Dihasilkan

Pengaruh variasi pH terhadap pH akhir air hasilolahan limbah campuran logam dapat terlihat padaGambar 6.

4

5

6

7

8

9

0 2 4 6 8 10 12

Menit ke-

pH

pH awal = 5

pH awal = 7

pH awal = 8

pH awal = 9

Gambar 6 Pengaruh Variasi pH Awal Terhadap pH AkhirAir Hasil Olahan Limbah Campuran Logam

Pengaruh variasi konsentrasi amonia terhadappH akhir air hasil olahan limbah campuran logam danamonia dapat terlihat pada Gambar 7.

6.26.36.46.56.66.76.86.9

77.1

0 5 10

Menit ke-

pH

Kons. Aawalamonia = 40mg/L

Kons. Awalamonia = 60mg/L

Kons. Awalamonia = 120mg/L

Gambar 7 Pengaruh Variasi Konsentrasi Amonia TerhadappH Akhir Air Hasil Olahan

Pengaruh variasi pH terhadap pH akhir air hasilolahan limbah campuran logam dan amonia dapatterlihat pada Gambar 8.

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 4 6 8 10 12Menit ke-

pH

pH awal = 5

pH awal = 7

pH awal = 9

Gambar 8 Pengaruh Variasi pH Terhadap pH Akhir AirHasil Olahan Limbah Campuran Logam Dan Amonia

Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelahdilakukan proses flotasi-filtrasi, setiap variasi yangdilakukan memiliki kecendrungan yang sama yaitumenurunnya pH air hasil olahan. Hal ini disebabkanoleh penambahan PAC sebelum dilakukan prosesflotasi-filtrasi, PAC merupakan koagulan yang bersifatasam. Pada saat dilarutkan ke dalam air ion Al3+ dariPAC akan bereaksi dengan air dan akan mengikat ionhidroksida dan melepaskan H+ sehingga pH air akanturun. Penggunaan ozon juga akan menurunkan pHlarutan karena ozon akan mengoksidasi logam danamonia. Reaksi oksidasi ini akan melepas ion H+ .

Setelah dilakukan penambahan amonia pHlarutan akan semakin turun karena amonia akanmengalami hidrolisis dalam air yang melepas ion H+.

e. COD Akhir Air Yang Dihasilkan

Pengaruh variasi pH terhadap COD akhir airhasil olahan limbah campuran logam dapat terlihatpada Gambar 9.

B04 - 4

050

100150200250300

Konsentrasi COD (ppm)

5 7 8 9

pH awal

CODawalCODAkhir

Gambar 9 Pengaruh Variasi pH Awal Terhadap COD AkhirAir Hasil Olahan Limbah Campuran Logam

Pengaruh variasi konsentrasi amonia terhadapCOD akhir air hasil olahan limbah campuran logamdan amonia dapat terlihat pada Gambar 10.

0

50

100

150

200

250

300

Konsentrasi COD

(mg/L)

40 60 120

Konsentrasi Amonia (mg/L)

CODawalCODAkhir

Gambar 10 Pengaruh Variasi Konsentrasi AmoniaTerhadap COD Akhir Air Hasil Olahan

Pengaruh variasi pH terhadap COD akhir airhasil olahan limbah campuran logam dan amoniadapat terlihat pada Gambar 11.

0

50

100

150

200

250

300

Kons. COD (mg/L)

5 7 9

pH awal

COD awal

COD akhir

Gambar 11 Pengaruh Variasi pH Terhadap COD Akhir AirHasil Olahan Limbah Campuran Logam Dan Amonia

Pada Gambar 9 terlihat bahwa semakintingginya pH awal limbah maka nilai COD pun akanmeningkat. Hal ini disebabkan oleh adanya SLS dalamlimbah, SLS merupakan senyawa organik yang dapatdioksidasi. Dengan semakin tingginya nilai pH awalmaka, tegangan permukaan SLS akan semakin kuatsehingga proses oksidasi akan sulit berjalan dan nilaiCOD akan meningkat.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelahdilakukan proses flotasi-filtrasi, setiap variasi yangdilakukan memiliki kecendrungan yang sama yaitumenurunnya nilai COD. Hal ini disebabkan SLSdalam limbah sebagian besar akan terbuang dalamproses. Dimana, SLS tersebut akan mnghasilkan busa

yang akan menjadi media pembawa logam dan amoniayang telah terikat pada zeolit keluar dari kolomflotasi-filtrasi.

Kesimpulan

Dari penelitian yang dilakukan didapatkesimpulan sebagai berikut :1. Proses flotasi-filtrasi limbah yang mengandung

logam Fe, Cu dan Ni dengan konsentrasi awalmasing-masing logam adalah 40 mg/Lberlangsung secara optimum pada pH 8. Denganpersentase penyisihan Cu 99,7 %, Fe 93,6 %, danNi 78,5 %.

2. Pengaruh amonia pada proses flotasi-filtrasisecara kontinyu selama 10 menit untukpenyisihan logam Fe dan Cu tidaklah signifikan.Namun, persentase pemisahan nikel semakin kecilseiring dengan kenaikan konsentrasi amonia.

3. Proses flotasi-filtrasi limbah yang mengandunglogam Fe, Cu, Ni dan amonia dengan konsentrasiawal masing-masing logam dan amonia adalah 40mg/L berlangsung secara optimum pada pH 9.Dengan persentase penyisihan Cu 99,7 %, Fe 96,3%, dan Ni 58,3 %.

Daftar Pustaka

Ayers, David, et al., Removing heavy metals fromwastewater. University Maryland. 1994.

Çagin, Volkan .Use Of Clinoptilolite For Copper AndNickel Removal From Aqueous Solutions. TheGraduate School Of Natural And AppliedSciences Of Middle East Technical University,2006

Fai. Pencemaran 10 Sungai Bekasi Mengkhawatirkan.www.inawater.com. 2002

Karamah, Eva F. dan Setijo Bismo, Pengaruh OzonDan Konsentrasi Zeolit Terhadap Kinerja ProsesPengolahan Limbah Cair Yang MengandungLogam Dengan Proses Flotasi, Jurnal Makaraseri Teknologi, edisi Maret 2008.

Ouki, Sabeha Kesraoui and Mark Kavannagh,Performance of Natural Zeolites for theTreatment of Mixed Metal-ContaminatedEffluents, Department Civil Engineering,University Of Surrey. London. 1996.

Stefica Cerjan-Stefanovic, Evaluation of CroatianClinoptilolite- and Montmorillonite-rich Tuffs forAmmonium Removal, Department of AnalyticalChemistry, Croatia, 2000.

B04 - 5