PENGARUH UNSUR LANTANUM (La) PADA KATALIS Fe- Zeolit DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR YANG MENGANDUNG FENOL
Oberlin Sidjabat
Oleh :
FAULINA MILIANIE
H1E109073
Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat, 2011
ABSTRAK
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat dibutuhkan oleh manusia, hewan dan tumbuhan. Limbah cair merupakan unsur pencemaran yang sangat potensial bagi lingkungan air. Unsur tersebut dapat membahayakan baik terhadap manusia maupun kehidupan biota air. Oleh karena itu, pengolahan limbah cair menjadi semakin penting artinya sebagai bagian dari upaya manusia untuk mengamankan sumber-sumber air yang sangat dibutuhkan mengingat air tersebut sangat terbatas.
Perkembangan teknologi dan pertumbuhan proses industry selain menghasilkan produk utana yang bermanfaat bagi masyarakat juga menghasilkan produk samping seperti limbah cair yang mengandung fenol. Limbah yang mengandung fenol bersifat karsinogenik atau toksis yang dapat merusak kesehatan meskipun dalam konsentrasi rendah.
Untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan maka limbah tersebut harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan sampai memenuhi persyaratan baku mutu yang diperbolehkan. Salah satu cara mereduksi limbah yang mengandung fenol adalah dengan mendegradasi fenol dengan bahan oksidator dan bantuan katalis.
Percobaan degradasi fenol dilakukan dengan menggunakan proses katalitik yaitu dengan menggunakan katalis berbasis zeolit dengan logam aktif besi (Fe) dan hydrogen peroksida (H₂O₂) sebagai bahan pengoksidasi. Katalis dipreparasi dengan metode impregnasi dan dikarakterisasi. Umpan yang digunakan mengandung fenol dengan konsentrasi 8ppm. Pengaruh penambahan unsure lantatum (La) pada katalis tersebut juga diteliti dalam degradasi senyawa fenol menjadi karbondioksida (CO₂) dan air (H₂O).
Hasil percobaan menunjukkan bahwa aktivitas katalis dapat mengkonversi umpan yang hanya mengandung fenol rata-rata sampai 98%. Pengaruh penambahan untur lantatum (La) menunjukkan sedikit peningkatan konversi dibandingkan dengan katalis tanpa lantatum. Sedangkan umpan yang mengandung campuran fenol dan hidrokarbon menunjukkan konversi lebih rendah dari pada umpan yang hanya mengandung fenol.
I. PENDAHULUAN
Pesatnya perkembangan aktivitas perindustrian akhir-akhir ini telah menyebabkan permasalahan lingkungan, akibat bertambahnya limbah berbahaya yang dihasilkan industri tersebut. Beberapa limbah berbahaya yang menjadi perhatian masyarakat sekarang ini diantaranya adalah limbah fenol..
Limbah industri yang mencemari air mengandung beberapa racun dan senyawa kimia yang sangat berbahaya apabila sampai pada lingkungan. Komponen-komponen organik yang berbahaya diantaranya adalah fenol yang terdapat dalam limbah cair sebagai hasil buangan dari industri penyulingan minyak bumi, gas, farmasi, tekstil, dan industri rumah tangga.
Pengolahan air buangan merupakan masalah sosial, teknologi, ekonomi, dan politik. Limbah fenol berbahaya karena merupakan limbah organik yang termasuk dalam kategori B3 (Bahan Berbahaya Beracun). Bila mencemari perairan dapat membuat rasa dan bau tidak sedap, serta pada nilai konsentrasi tertentu dapat mengakibatkan kematian organisme di perairan tersebut. Di lingkungan industri migas, fenol banyak ditemukan di dalam air buangan kilang. Pengamatan pada kegiatan produksi serta di lingkungan sumur minyak menunjukkan bahwa senyawa ini juga ditemukan di dalam air proses. Berdasarkan keputusan Menteri lingkungan hidup Nomor Kep.42/MENLH/10/1996, disebutkan bahwa kandungan fenol total di dalam limbah cair bagi kegiatan eksplorasi dan produksi dibatasi hingga 2 mg/L untuk pembuangan.
Tipikal pengolahan air limbah termasuk kombinasi dari beberapa metode yang diklasifikasikan sebagai fisika, kimia, dan biologi.
Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini. Teknik-teknik pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan:
1. pengolahan secara fisika
2. pengolahan secara kimia
3. pengolahan secara biologi
Untuk suatu jenis air buangan tertentu, ketiga metode pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara sendiri-sendiri atau secara kombinasi.
· Pengolahan Secara Fisika
Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan. Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam bak pengendap. Tahapan pengolahan secara fisik diantaranya :
· Pengolahan Secara Kimia
Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap (koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi. Tahapan pengolahan secara kimia diantaranya :
· Pengolahan secara biologi
Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi. Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara biologi dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien. Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode pengolahan biologi dengan segala modifikasinya.
Pada dasarnya, reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu:
a) Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor);
b) Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).
Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi. Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional,
oxidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam). Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan pendahuluan.
Kolam oksidasi dan lagoon, baik yang diaerasi maupun yang tidak, juga termasuk dalam jenis reaktor pertumbuhan tersuspensi. Untuk iklim tropis seperti Indonesia, waktu detensi hidrolis selama 12-18 hari di dalam kolam oksidasi maupun dalam lagoon yang tidak diaerasi, cukup untuk mencapai kualitas efluen yang dapat memenuhi standar yang ditetapkan. Di dalam lagoon yang diaerasi cukup dengan waktu detensi 3-5 hari saja.
Di dalam reaktor pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media pendukung dengan membentuk lapisan film untuk melekatkan dirinya. Berbagai modifikasi telah banyak dikembangkan selama ini, antara lain:
a) trickling filter
b) cakram biologi
c) filter terendam
d) reaktor fludisasi
Seluruh modifikasi ini dapat menghasilkan efisiensi penurunan BOD sekitar 80%-90%.Ditinjau dari segi lingkungan dimana berlangsung proses penguraian secara biologi, proses ini dapat dibedakan menjadi dua jenis:
1) Proses aerob, yang berlangsung dengan hadirnya oksigen;
2) Proses anaerob, yang berlangsung tanpa adanya oksigen.
Apabila BOD air buangan tidak melebihi 400 mg/l, proses aerob masih dapat dianggap lebih ekonomis dari anaerob. Pada BOD lebih tinggi dari 4000 mg/l, proses anaerob menjadi lebih ekonomis.
Metode biologi sangat penting untuk menghilangkan polutan organic, tetapi sering tidak sesuai untuk air buangan dari industry kimia karena mengandung polutan yang beracun, tidak dapat didegradasi secara biologi dan juga berbahaya. Sebagai contohnya adalah senyawa yang mengadung fenol dan turunannya. Selian itu juga memerlukan waktu yang cukup lama.
Meminimasi limbah tidak hanya menunjukkan suatu kemampuan untuk mengolah limbah dari segi ekonomi, tetapi juga suatu bagian penting dari tanggung jawab manajemen lingkungan. Proteksi lingkungan telah menjadi suatu tantangan besar yang dihadapi. Pada umumnya prinsip 4R selalu diadopsi untuk penanganan limbah.
Proses katalitik merupakan suatu teknologi untuk mendegradasi senyawa fenol dan turunannya dalam air buangan karena dapat mengurangi biaya proses.
Fenol adalah suatu senyawa organic yang paling umum terkandung dalam air buangan yang berasal dari industry proses kimia dan pengplahan minyak dan gas bumi misalnya. Fenol dan turunannya merupakam senyawa karsinpgenik, snagat beracun atau mematikan kehidupan dalam air. Oleh karena itu perlu dieliminasi atau dihilangkan dari air limbah sebelum dibuang.
Prinsip untuk menghilangkan atau mereduksi fenol dalam air limbah adalah dengan reaksi oksidasu dengan bantuan katalis. Pada umumnya bahan pengoksidasi dalam reaksi degradasi fenol dapat menggunakan oksigen, hydrogen peroksida dan ozon dengan bantuan katalis.
Untuk mengantisipasi kecemderungan produk limbah maka katalis yang akan digunakan juga memerlukan katalis yang sesuai dengan karakterisasi yang tepat dengan kondisi umpannya. Dalam hal ini perlu pengembangan katalis pengolahan limbah yang disesuaikan dengan umpan dan kondisi prosesnya.
Untuk mengolah limbah ini diperlukan suatu katalis yang sesuai dengan jenis dengan jenis limbah yang akan diolah. Perancangan katalis untuk pengolahan limbah sangat dipengaruhi oleh bebarapa factor yang penting yaitu harus dapat menimbulkan pembentukan limbah dari hasil proses, stabilisasi katalis, meminimalkan pengaruh pengotor terhadap selektivitas dan dapat meningkatkan kinerja katalis.
Dalam jurnal ini, peneliti menggunakan unsure besi (Fe) sebagai katalis dengan pendukung zeolit dan juga diteliti pengaruh unsure lanthanum (La) dengan model umpan senyawa fenol.
II. METODE
Metode yang dilakukan oleh peneliti meliputi :
a. Preparasi katalis pengolahan limbah untuk senyawa fenol
b. Karakterisasi katalis yang dikembangkan
c. Uji aktivitas katalis yang dikembangkan
d. Evakuasi katalis yang dikembangkan
A. Preparasi katalis
Preparasi katalis dilakukan dengan menggunakan bahan zeolit dengan perlakuan antara lain penambahan unsur besi (Fe) sekitar 10% berat dan dikombinasikan dengan logam lanthanum (La) sekitar 2% berat. Metode yang diguanakan adalah metode impregnasi. Kemudian bahan katalis yang sudah diimpregnasi dikeringkan. Bahan zeolit yang sudah diimpregnasi kemudian di kalsinasi selama 4jam pada suhu 450⁰C.
B. Karakterisasi Katalis
Katalis-katalis yang telah dipersiapkan dan zeolit dikarakterisasi dengan karakter sebagai berikut : Luas permukaan, Volume pori, SEM ( Scanning Electron Microscopy), XRD (Diffraksi sinar X) dan FTIR (Fourier Transform Infra Red)
C. Uji aktivitas
Uji kativitas dilakukan dengan menggunakan tabung/wadah gelas sebagai reactor untuk proses reactor. Untuk proses reaksi dan sebagai umpan adalah larutan fenol yang sudah diketahui kandungannya (sebagai modem air limbah) dan campuran fenol dengan hidrokarbon yang juga diketahui kandungannya. Umpan dimasukkan ke dalam reactor dengan jumlah tertentu yang telah berisiskan katalis dan larutan peroksida dengan jumlah tertentu, yang ditambahkan sebahai unsure oksigen. Kondisinya pada suhu kamar (25⁰C). kemudian diaduk perlahan-lahan dengan waktu tertentu, setelah itu kandungan fenolnya diukur dengan metode Photometer.
Aktivitas dihitung dengan rumus :
% konsentrasi = 
X 100%
X 100%III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil percobaan yang dilakukan oleh peneliti, katalis yang dipreparasi dikarakterisasi untuk melihat karakter spesifiknya. Hasil karakterisasi luas volume pori dan ukuran pori dari katalis-katalis yang dipreparasi oleh peneliti terlihat bahwa pengaruh penambahan atau perlakuan dengan unsure besi (Fe) dan lanthanum (La) dalam bentuk kombinasinya sangat mempengaruhi karakteristik katalis zeolit yang dipreparasi. Penambahan unsure tersebut menunjukkan bahwa luas permukaan dan volume pori katalis menjadi turun, sedangkan ukuran pori bertambah bila dibandingkan dengan katalis 2YT(tanpa perlakuan) yang dilakukan oleh peneliti. Dalam hal penambahan atau perlakuan dengan lanthanum (La), luas permukaan dan volume pori katalis yang mengandung Fe lebih besar dibandingkan dengan katalis-katalis yang hanya mengandung Fe saja.
Hasil scanning secara electron mikroskopik terhadap katalis yang dipreparasi penyebaran masing-masing unsure yang ditambahkan merata pendistribusiannya pada permukaan zeolit. Karakteristik dari hasil scanning ini dapat menunjukkan penyebaran logam yang ditambahkan dan dapat diamati dengan mudah. Hasil yang didapat peneliti tersebut tidak dapat menunjukkan adanya penggumpalan partikel-partikel katalis tersebut selama kalsinasi. Bila penggumpalan terjadi maka distribusi logam aktif tidak merata pada permukaan zeolit sehingga akan mengurangi keaktifan katalis.
Hasil karakterisasi difraksi sinar X menunjukkan bahwa perbedaan yang mencolok adalah intensitas dari Kristal bahan zeolit akibat perlakuan atau penambahan Fe dan La maupun kombinasinya.
Karakterisasi dengan XRD bertujuan untuk mengetahui tekstur dari suatu unsure atau senyawa dalam bentuk padat. Pada umumnya setiap unsure/senyawa yang berbentuk padat akan memberikan pola difraksi yang spesifik sehingga dapat dibedakan. Penambahan Fe dan La tidak memperlihatkan perbedaan yang mencolok dalam pola didifraksinya dengan bahan bakunya. Dalam penelitian ini perlakuan dengan unsure-unsur tidak terlihat karena senyawa yang ditambahkan peneliti dalam jumlah sangat kecil dan juga distribusinya merata. Hasil intensitas menunjukkan bahwa ada pengaruh tekstur Kristal dari setiap perlakuan yang ada kaitannya terhadap luas permukaan, ukuran pori, dan volume pori.
Hasil karakterisasi FTIR dari katalis-katalis yang dipreparasi sudah banyak digunakan untuk mengkarakterisasi katalis. Hasil karakterisasi dengan FTIR menunjukkan bahwa katalis-katalis itu mempunyai cir khusus. Peneliti menyimpulkan kemampuan alat FTIR dapat digunakan untuk mendukung evaluasi karakteristik katalis dalam penelitiannya.
Dari hasil uji aktivitas peneliti melihat katalis-katalis yang mengandung unsure Fe menunjukkan aktivitas sangat tinggi. Namun katalis yang mengandung unsure La menunjukkan aktivitas lebih tinggi jika dibandingkan dengan katalis-katalis yang tidak mengandung La. Penambahan unsure La sangat berpengaruh sangat signifikan terhadap oksidasi senyawa fenol.
Analisis uji aktivitas didasarkan hanya pada senyawa fenol. Oleh karena itu nilai ativitas pada umpan yang hanya mengandung senyawa fenol dan hidrokarbon lebih rendah nilainya. Dengan kata lain unsure oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi fenol terpakai juga untuk mengoksidasi hidrokarbon.
IV. KESIMPULAN
Dari penelitian yang dilakukan oleh peneliti dapat disimpulkan bahwa :
· Penambahan suatu bahan tertentu dalam katalis mempengaruhi luas permukaan, volume pori, dan ukuran pori yang didapatkan oleh peneliti.
· Penambahan unsure yang dilakuan yaitu unsure Fe dan La menghasilkan tidak adanya peningkatan luas pemukaan yang mencolok
· Penambahan unsure La dan Fe menunjukkan pertambahan luas permukaan katalisjika dibandingkan dengan katalis yang mengandung hanya satu unsure Fe pada karakterisasi katalis.
· Karakterisasi dengan FTIR dapat memberikan hasil yang memuaskan karena dapat mengidentifikasi zeolit.
· Uji aktivitas yang dilakukan peneliti menunjukkkan nadanya perlakuan unsure Fe dan La dapat mempercepat oksidasi fenol.
· Secara singkat dengan adanya penelitian yang dilakukan oleh peneliti maka dapat disimpulkan bahwa penggunaan katalis Fe dan zeolit dengan menggunakan unsure La dapat menurunkan konsentrasi fenol, asalkan disesuaikan dan diperhatikan karakteristik umpan.
· Pengolahan air buangan yang mengandung fenol dan campurannya dengan hidrokarbon harus menggunakan pengoksidasi.
DAFTAR PUSTAKA
Jurnal : PENGARUH UNSUR LANTANUM (La) PADA KATALIS Fe- Zeolit DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR YANG MENGANDUNG FENOL, Sidjabat, Oberlin. 2007.
diakses tanggal 15 Oktober 2011
Pengolahan dan Pemanfaatan limbah Tekstil. 2010.
diakses tanggal 15 Oktober 2011
Pengelolaan Bahan Berbahaya dan Beracun (B3). Indra Praseyo, Hieronimus. 2009.
diakses tanggal 15 Oktober 2011
Tidak ada komentar:
Posting Komentar