metoda penghilangan logam merkuri di dalam air …

Nusa Idaman Said : Metoda Penghilangan Logam Merkuri Di Dalam Air .. JAI Vol 6. No. 1. 2010

11

METODA PENGHILANGAN LOGAM MERKURI DI DALAMAIR LIMBAH INDUSTRI

Nusa Idaman Said

Pusat Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT).Jln. MH. Thamrin No.8 Jakarta Pusat. Gedung II Lt.20.

AbstractIndustry is a potential source of water pollution, it produces pollutants that are extremelyharmful to people and the environment. Many industrial facilities use freshwater to carryaway waste from the plant and into rivers, lakes and oceans. Inorganic industrial wastesare more difficult to control and potentially more hazardous Industries discharge a varietyof toxic compounds and heavy metals.The most pollutans heavy metals are Lead, Cadmium, Copper, Chromium, Selenium,Mercury, Nickel, Zinc, Arsen and Chromium. Heavy metals are dangerous because theytend to bioaccumulate. Mercury for example, causes damages to the brain and thecentral nervous system, causes psychological changes and makes development changesin young children. Normally Mercury is a toxic substance which has no known function inhuman biochemistry.There are several methods to eliminate or remove mercury in water such as chemicaloxidation process, ion exchange process, adsorption process, an electrochemicalprocess, reverse osmosis process and other alternative methods likes biosorption.Each method has strengths and weaknesses, therefore to choose the method ofremoving of mercury in wastewater depending on pollutants conditions such asconcentrations of mercury in wastewater, types of mercury, mercury concentrations intreated water, land availability, flow rate of wastewater will be processed and otherparameters.This paper discusses several methods of removal of mercury heavy metals in industrialwastewater such as chemical precipitation and oxidation processes, adsorption and ionexchange process.

Keywords : water pollution, heavy metals, mercury, industrial wastewater, removalmethods.

1. PENDAHULUAN

Secara umum, pencemaran airdigambarkan sebagai masuknya unsur atausenyawa yang membahayakan atau materialyang tidak diharapkan ke dalam air dalam jumlahcukup untuk merusak kualitas air. BerdasarkanUndang-Undang Republik Indonesia Nomor 23Tahun 1997 Tentang Pengelolaan LingkunganHidup(1), pencemaran lingkungan hidupdidefinisikan sebagai masuknya ataudimasukkannya makhluk hidup, zat, energi,dan/atau komponen lain ke dalam lingkunganhidup oleh kegiatan manusia sehinggakualitasnya turun sampai ke tingkat tertentu yangmenyebabkan lingkungan hidup tidak dapatberfungsi sesuai dengan peruntukannya.

Pencemaan air berasal dari banyaksumber serta mempunyai karakteristik yangberbeda. Manusia serta mahluk hidup atauorganisme lainnya di dalam kegiatannyamenghasilkan limbah yang selanjutnya masuk kedalam sungai, danau, laut serta air permukaanlainnya. Industri menghasilkan limbah yang pada

akhirnya akan masuk kedalam air, yangmerupakan sumber pencemaran air yang sangatpotensial. Pada konsentrasi yang tinggi, limbahtersebut menyebabkan kontaminasi bakteriologisserta beban nutrien yang berlebihan(euthrophication). Limbah industri anorganiklebih sulit untuk dikontrol dan mempunyaipotensi bahaya yang lebih besar. Industri kimiaberbahaya mengeluarkan limbah berbahayayang mengandung senyawa yang bersifat racun(toxic material) serta logam berat yang bersifattoksik misalnya merkuri (Hg).

Air raksa atau merkuri (Hg) adalah salahsatu elemen atau senyawa yang diatur denganketat, dan sering kali dibatasi kurang dari 1 µg/l(mikrogram per liter). Senyawa logam merkurisering dijumpai di dalam air lindi dari tempatpembuangan akhir sampah, air scrubber dariincinerator, air limbah pelapisan logam, industripencucian komponen elektronika, air limbahlaboratorium dan lainnya.

Air raksa atau merkuri atau hydrargyrum(Hg) termasuk logam berat yang menguap padatemperatur kamar. Karena sifat kimia-fisiknya,


12

merkuri pernah digunakan sebagai campuranobat. Saat ini merkuri banyak digunakan dalamindustri pembuatan amalgam, perhiasan,instrumentasi, fungsida, bakterisida, dan lain-lainnya. Air raksa merupakan racun sistemik dandapat terakumulasi di dalam di hati (lever), ginjal,limpa, atau tulang. Hg dapat dikeluarkan olehtubuh manusia diexkresikan lewat urine, feces,keringat, saliva, dan air susu. Keracunan Hgakan menimbulkan gejala gangguan susunansaraf pusat (SSP) seperti kelainan kepribadiandan tremor, convulsi, pikun, insomania,kehilangan kepercayaan diri, iritasi, depresi, danrasa ketakutan. Gejala gastero-intestinal (GI)seperti stomatis, hipersalivasi, colitis, sakit saatmengunyah, ginggivitis, garis hitam pada gusi(leadline), dan gigi yang mudah lepas. Kulitdapat menderita dermatritis, dan ulcer. Hg yangorganik cenderung merusak susunan saraf pusat(tremor, ataxia, lapangan penglihatan menciut,perubahan kepribadian), sedangkan Hganorganik bisanya merusak ginjal, danmenyebabkan cacat bawaaan. Di alam, Hganorganik dapat berubah menjadi organik dansebaliknya karena adanya interaksi denganmikroba. Genus Pseudomonas dan Neurosporadapat mengubah Hg anorganik menjadi organik.Staphilococcus aureus antara lain dapatmereduksi Hg2+ menjadi Hg elemental (2).

Oleh karena itu konsentrasi logam merkuriatau air raksa di dalam air limbah ataukhususnya di dalam air minum harus dikontroldengan sangat ketat.

2. METODA PENGHILANGAN MERKURI DIDALAM AIR LIMBAH.

Untuk menghilangkan senyawa logammerkuri, dapat dilakukan dengan carapengendapan sampai tingkat konsentrasi yangrendah dengan menggunakan senyawakarbonat, phospat atau sulfida.

Jika pengendapan merkuri dilakukandalam bentuk sulfida, seringkali masih ditemukanresidual merkuri dengan konsentrasi yang cukupbesar. Hal ini disebabkan karena reduksisenyawa menjadi bentuk logam merkuri olehsulfida, sebagian merkuri tidak dapat membentuksenyawa sulfida yang tak larut dalam air. Merkuridapat larut dalam air sekitar 25 µg/l, dimanakonsentrasi tersebut masih di atas ambang batasyang dibolehkan (mg/l untuk standar air limbah).Untuk menurunkan konsentrasi merkuri sampaitingkat yang lebih rendah, residual merkuri didalam air olahan harus dioksidasi menjadibentuk merkuri 2 dan selanjutnya diolah kembaliuntuk mencapai konsentrasi residual merkuripada tingkat yang rendah.

Jika penghilangan merkuri dilakukandengan cara pengendapan menjadi bentuk

merkuri phospat, maka tahap oksidasi harusdilkukan sebelum proses pengendapan.Selanjutnya pada awal tahap pengendapanresidual phospat harus diendapkan denganpenambahan ion kalsium (denganpembambahan kapur).

Merkuri dapat juga dihilangkan denganproses pertukaran ion. Dalam hal ini diperlukanproses oksidasi sebelum proses pertukaran ion.Proses penghilangan merkuri dengan pertukaranion dilakukan dengan menggunakan jenis resinatau resin chelate (chelating resin) tertentu.Sebagian dari resin yang sudah tidak bisadiregenerasi atau rusak (hancur) harus dibuangdan harus dikelola sebagai limbah berbahayaberacun (B3). Karbon aktif granular seringdigunakan untuk proses pengolahan lanjut airyang sudah diolah dengan tingkat keberhasilanyang bervariasi. Untuk menghilangkankandungan merkuri sampai tingkat konsentrasiyang rendah umumnya menggunakan beberapatahapan proses (multi step process) yaitugabungan proses pengendapan, prosespertukaran ion dan proses adsorpsi dengankarbon aktif granular.

3. PENGHILANGAN MERKURI DENGANPROSES PENGENDAPAN KIMIA

Teknologi penghilangan logam beratkhususnya merkuri (Hg) di dalam air limbah yangbanyak digunakan dan berhasil dengan baiksalah satunya adalah dengan prosespengendapan kimia. Proses yang banyakdigunakan adalah proses pengendapan sulfidadan proses koagulasi atau co-presipitasi.

3.1. Penghilangan Merkuri dengan ProsesPengendapan Sulfida

Salah satu proses penghilangan merkuri didalam air limbah dengan cara pengendapanyang banyak digunakan adalah pengendapansulfida. Di dalam proses ini air limbah yangmengandung merkuri ditambah dengan senyawasulfida misalnya sodium atau natrium sulfidasehingga senyawa merkuri yang terlarut diubahmenjadi merkuri sulfida yang tak larut di dalamair sesuai dengan persamaan reaksi sebagaiberikut :

Hg2+ + S2- HgS (g)

Sama dengan proses pengendapan yang lain,proses pengendapan sulfida memerlukanpengaturan pH dan proses flokulasi dilanjutkandengan proses pemisahan padatan misalnyaproses pengendapan atau proses penyaringan.Salah satu proses penghilangan merkuri (Hg)dengan pengendapan sulfida dapat dilihatseperti pada Gambar 1 pada lampiran (2).


13

Pertama air limbah yang mengandungmerkuri dimasukkan ke dalam reaktorberpengaduk pertama untuk diatur pHnyasampai mencapai pH yang optimum. Selanjutnyaair limbah dimasukkan ke reaktor ke dua sambildiinjeksi dengan senyawa reduktor (sodiumsulfida) untuk mengubah senyawa merkuriterlarut menjadi merkuri sulfida yang tidak larut didalam air. Selanjutnya air limbah dialirkan kereaktor berpengaduk berikutnya sambil diinjeksidengan larutan koagulan dan atau flokulan untukmenggumpalkan senyawa merkuri sulfida yangterbentuk menjadi gumpalan yang lebih besarsehingga lebih mudah dipisahkan dengan carapengendapan. Dari reaktor koagulan, air limbahdialirkan ke bak clarifier atau bak pengendapuntuk memisahkan padatan merkuri sulfidadengan air. Air limpasan dari bak pengendapmerupakan air olahan, sedangkan lumpur yangterjadi diolah lebih lanjut dan diperlakukansebagai limbah B3. Untuk mendapatkan airolahan dengan konsentrasi merkuri yang lebihrendah kadang ditambah dengan proses filtrasiatau adsorpsi dengan karbon aktif.

Untuk pengendapan sulfida pH yangoptimal sekitar pH netral dan pada di atas pH 9efisiensi pengendapan akan turun secarasignifikan. Dengan proses tersebut di ataskonsentrasi merkuri di dalam air olah dapatmencapai 10 -100 µg/l. Beberapa contoh hasilpenghilangan merkuri dengan prosespengendapan sulfida dapat dilihat pada Tabel 1pada lampiran.

3.2. Penghilangan Merkuri dengan ProsesKoagulasi atau Co-presipitasi

Penghilangan merkuri (Hg) di dalam airlimbah baik dalam bentuk senyawa organikmaupun anorganik di dalam air limbah dapatdilakukan dengan proses koagulasi atau co-presipitasi(4). Bahan koagulan yang banyakdigunakan misalnya alumunium sulfat (alum),garam besi dan kapur (lime). Untuk proseskoagulasi dengan penambahan alum atau garambesi, mekanisme penghilangan merkuri yangdominan adalah co-presipitasi adsorptif(adsorptive co-precipitation) (5). Pada proses iniion merkuri akan diadsorp (diserap) olehgumpalan padatan (bulk solids) yang terbentukakibat penambahan bahan koagulan.

Ionisasi alumunium sulfat (alum) dalam airmenghasilkan anion sulfat (SO4 -2) dan kationalumunium (Al 3+). Ion sulfat mungkin tetapdalam bentuknya atau bergabung dengan kationlain. Namun kation Al 3+ bereaksi langsungdengan air membentuk berbagai ion aquametalicdan hidrogen.

Al 3+ + H2O ------> Al OH 2+ + H + (1)

Al 3+ + 2 H2O -----> Al (OH)+ + 2 H + (2)

7 Al 3+ +17 H2O ---> Al7 (OH)17 4+ +17 H + (3)

Al 3+ + 3 H2O ------> Al (OH)3 + 3 H + (4)

Aquametalic ion yang terbentuk menjadibagian dari awan ion yang mengelilingi koloidyang mengandung merkuri dan karena merekamempunyai keterikatan yang besar denganpermukaan, maka teradsorbsi pada permukaankoloid sehingga menetralisir muatan permukaan.Apabila muatan permukaan dinetralkan, awanion menghambur dan potensial elektrostatikhilang sehingga secara bebas terjadi kontak.Jumlah koagulan yang overdosis dapatmenyebabkan restabilisasi larutan suspensi.Apabila ion aquametalik cukup terbentuk dandiadsorbsi, muatan partikel menjadi berbalik danawan ion akan terbentuk kembali, dengan ionnegatif menjadi counter ion. Mekanismekuoagulasi dengan adsorpsi dan netralisasimuatan secara sederhana dapat diterangkanseperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Mekanisme kuoagulasi denganadsorpsi dan netralisasi muatan.

Berdasarkan persamaan (4), hasil akhirdari hidrolisis alum adalah alumuniumhidroksida, Al(OH)3. Bentuk Al(OH)3 dalam flokamorphous, gelatinous yang lebih berat daripada air mengendap secara gravitasi. Koloidyang mengandung merkuri akan terperangkapkedalam flok saat flok terbentuk, atau akanterjerat pada flok yang permukaannya lengket(sticky) saat flok mengendap.

Bahan koagulan garam besi yang banyakdigunakan adalah Ferro Sulfat (Copperas),Chlorinated Copperas dan Ferri Khloride (FeCl3 .H2O). Ferro sulfat secara komersial diproduksidalam bentuk kristal berwarna hijau atau butiran


14

(granular) untuk pembubuhan kering dengankandungan Fe(S04 ) kira-kira 55 %.

Ferro Sulfat bereaksi dengan alkalinitasalami tetapi dibanding reaksi antara alumdengan HCO3- lebih lambat. Biasanya digunakanbersama-sama dengan kapur (lime) untukmenaikkan pH, sehingga ion ferro terendapkandalam bentuk ferri hidroksida, Fe(OH)3 . FerrousSulfate ini kurang sesuai untuk menghilangkanwarna, akan tetapi sangat baik untuk pengolahanair yang mempunyai alkalinitas, kekeruhan danoksigen terlarut yang tinggi. Kondisi pH yangsesuai yakni antara 9,0 - 11,0.

Reaksinya(6) adalah sebagai berikut :

2 Fe(SO4).7 H2O + 2 Ca(HCO3)2 + 1/2 O2

2 Fe(OH)3 + 4 CO2 + 2 Ca(SO4) + 13 H2O

2 Fe(SO4).7 H2O + 2 Ca(OH)2 + 1/2 H2O2 Fe(OH)3 + 2 Ca(SO4) + 13 H2O

Proses ini biasanya lebih murahdibandingkan dengan alum, tetapi penggunaandua macam bahan prosesnya lebih sulit danpengolahan air dengan menggunakan ferrosulfat dan kapur dapat memperbesar kesadahanair.

Chlorinated Copperas adalah merupakanmetode lain dari penggunaan ferro sulfat sebagaikoagulan. Dalam proses ini khlorineditambahkan untuk mengoksidasi ferro sulfatmenjadi ferri sulfat.Reaksinya adalah sebagai berikut :

3 Fe(SO4).7 H2O + 1,5 Cl2 Fe2(SO4)3 +FeCl3 + 21 H2O

Secara teoritis 1,0 lb khlorine dapatmengoksidasi 7,8 lb copperas. Tetapi untukmendapatkan hasil yang baik pembubuhankhlorine biasanya sedikit berlebih dari kebutuhanteoritis. Ferri khloride dan ferri sulfat merupakanbahan koagulan dengan nama dagangbermacam-macam. Dapat bereaksi denganbikarbonat (alkalinitas) atau kapur. Reaksinya(6)

adalah sebagai berikut :

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Fe(OH)3 +3 CaCl2 + 6 CO2

2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 2 Fe(OH)3 + 3 CaCl2

Keuntungan dari koagulan garam ferriantara lain yakni : proses koagulasi dapatdilakukan pada rentang pH yang lebih besar,biasanya antara pH 4 - 9. Flok yang terjadi lebihberat sehingga cepat mengendap.

Koagulasi atau co-presipitasi adsorptifadalah proses isothermal dan kinerja dapat

ditingkatkan dengan mengoptimalkan pem-bentukan gumpalan flok (bulk solid) dengan carapengaturan pH air.

Beberapa contoh hasil penghilanganmerkuri dengan proses koagulasi atau co-presipitasi dapat dilihat pada Tabel 2 padaLampiran.

4. PENGHILANGAN MERKURI DENGANPROSES ADSORPSI KARBON AKTIF

Penghilangan merkuri dengan prosesadsorpsi dengan karbon aktif umumnyadigunakan untuk penghilangan merkuri dengankonsentrasi yang rendah. Selain karbon aktifproses adsorpsi dapat dilakukan denganmenggunakan adsorbent yang lain misalnya flyash, silika aktif atau lainnya. Untuk prosesadsorpsi dengan karbon aktif dapat dilakukandengan filter karbon aktif granular.

Karbon aktif merupakan zat karbon yangberwarna hitam dan mempunyai porositas yangtinggi. Diameter partikel molekul karbon aktifantara 10 a 105 [A] dan luas permukaan spesifiknya antara 500 - 1500 m2 per gram, mempunyaidaya adsorpsi yang besar terhadap zat-zatmisalnya detergent, senyawa phenol, warnaorganik, gas H2S, methane dan zat-zat organiklainnya dalam bentuk gas maupun cairan(7) .

4.1. Sifat Dan Jenis Karbon Aktif

Karbon aktif biasanya dibuat dari bahanbaku yang mengandung karbon (C) misalnya,batok kelapa, limbah kayu, arang, batu bara atausenyawa karbon lainnya, dengan caramemanaskan tanpa oksigen pada suhu tinggi(distilasi kering) serta diaktifkan dengan prosestertentu sehingga mempunyai sifat adsorpsi yanglebih spesifik. Daya adsorpsi karbon aktiftergantung dari ukuran partikel atau luaspermukaan spesifiknya dan juga carapengaktifannya. Dilihat dari bentuk ukuranpartikelnya dapat digabungkan dalam dua jenisyaitu karbon aktif bubuk (Powder ActivatedCarbon disingkat PAC) dan Karbon Aktif Butiran(Granular Activated Carbon disingkat GAC).

A. Karbon Aktif Bubuk (Powder ActivatedCarbon)

Karbon aktif bubuk mempunyai ukuranpartikel yang sangat halus yaitu sekitar 50 - 75 u(micron). Karena ukurannya sangat halus danringan maka pengerjaannya sangat sulit (mudah


15

terbang) maka biasanya dicampur dengan airdengan kandungan air sekitar 30-50%.

Salah satu contoh spesifikasi karbon aktifbubuk untuk pengolahan air minum dapat dilihatpada Tabel 3.

Tabel 3. Standar Pemilihan Karbon Aktif BubukUntuk Pengolahan Air Minum

ITEM StandarPemilihan

Spesifikasi

Ukuran butiran Surplus kurang 10% setelah

screening 74 µ.

100 mesh

Methylenebluedecoloration

- > 150 mg/l

IodineAdsorption

- > 1.000 mg/g

Dry Weightreduction

20 -50 % < 45 -540 %

pH 4 - 11 4 - 11Chloride < 0,5 % < 0,5 %Lead (Pb) < 10 ppm < 10 ppmZinc (Zn) < 50 ppm < 50 ppmCadmium (Cd) < 1 ppm < 1ppmArsenic (As) < 2 ppm < 2 ppmConductivity < 900 µΩ/cm -

Sumber : (JWWA, 1977) (8).

B. Karbon Aktif Butiran (GranularActivated Carbon)

Yaitu karbon aktif dalam bentuk butiranatau kepingan (flake) dengan ukuran partikel0,16 -1,5 mm. Cara pengerjaan maupun carapengangkutannya lebih mudah. Salah satuspesifikasi dari karbon aktif butiran dapat dilihatpada Tabel 4.

Tabel 4. Contoh Spesifikasi Karbon Aktif Butiran(Granular Activated Carbon, GAC).

ITEM Standar PemilihanUkuran butiran 8 -32 mesh (2,302 – 0,495

mm) lebih dari 95 %Methylene bluedecoloration

> 150 mg/g

Iodine Adsorption > 1.000 mg/gDry Weightreduction

< 5 %

pH 4 - 11Chloride < 0,5 %Lead (Pb) < 10 ppm

Zinc (Zn) < 50 ppmCadmium (Cd) < 1 ppmArsenic (As) < 2 ppm

Sumber : (JWWA, 1977) (8).

4.2. Prinsip Dasar Pengolahan DenganKarbon Aktif

Proses pengolahan air dengan karbonaktif adalah merupakan proses Adsorpsi secarafisika (Physical Adsorption) yaitu prosesterkonsentrasinya molekul-molekul adsorbate(zat yang akan diadsorp) dalam air (misalnya zatorganik, logam berat dll.) ke permukaan karbonaktif oleh karena adanya gaya tarik menarikantara molekul karbon aktif denganmolekul-molekul adsorbate yang ada dalam air(Gaya Van der Walls). Karbon aktif adalah salahsatu zat yang mempunyai daya menyerapzat-zat polutan yang ada dalam air sehingga zattersebut akan menempel atau terkonsentrasipada permukaan karbon aktif, sehinggakonsentrasi zat polutan yang ada dalam airtersebut menjadi hilang atau berkurang. Prosesini disebut Adsorpsi.

Persamaan Freundlich

Hubungan antara jumlah massa zat yangteradsorpsi oleh karbon aktif per massa karbonaktif yang diberikan, dengan konsentrasiadsorbate (misal zat organik), dalam air padakeadaan setimbang, secara empiris ditunjukkanoleh persamaan, Freundlich sebagai berikut(Treyball, 1980) :

XY = = kC1/n (1)

Mdi mana :Y = Jumlah zat teradsorp per jumlah massa

karbon aktif.X = Jumlah massa zat yang teradsorpsi.M = Jumlah massa karbon aktif.C = Konsentrasi zat polutan dalam air

(disebut Adsorbate) pada keadaansetimbang.

k,n = Konstanta.

Hubungan kesetimbangan antara X/M dengan Cdapat dilihat pada Gambar 3.


16

Gambar 3. Grafik hubungan antara zat yangteradsorp per jumlah karbon aktif (X/M) dengan

konsentrasi (C) pada saat kesetimbangan.

Logaritma dari persamaan (1) di atas adalahsebagai berikut:

X 1log = log C + log k (2)

M n

Jika log X/M diplotkan dengan log C, akandidapatkan suatu garis lurus dengan slope(kemiringan) sama dengan 1/n dan interceptsama dengan log k seperti Gambar 4.

Gambar 4. Grafik hubungan antara Log X/Mdengan Log C untuk adsorpsi isothermis

Freundlich.

Harga k dan n bervariasi tergantung dari macamzat yang akan diadsorpsi dan juga tergantungdari jenis maupun sifat dari karbon aktifnya.Disamping itu juga tergantung pada suhumaupun tekanan.

Besarnya harga k dan n diketahui dengancara melakukan percobaan laboratorium yaitudengan cara mengukur harga X/M untuk tiapkonsentrasi C tertentu, kemudian dibuat grafikantara log X/M dengan log C sehingga didapatgaris lurus dengan slope 1/n dan intercept samadengan log k. Pada prakteknya persamaanFreundlich tersebut di atas cukup akurat untuk

konsentrasi zat yang akan diadsorp (adsorbate,C) rendah, sedangkan untuk konsentrasi C yangtinggi kurang sesuai. Beberapa contoh hargaparameter adsorpsi Freunlich (k dan 1/n) untukpenghilangan merkuri dengan berbagai jenisadsorbent dapat dilihat pada Tabel 5 padaLampiran.

4.3. Adsorpsi Merkuri Dengan Karbon AktifBubuk

A. Proses Pengolahan

Pada umumnya, karbon aktif diinjeksikankedalam air baku sebelum proses koagulasi.Melalui kontak dan percampuran, zat polutanyang ada dalam air baku, akan teradsorp olehkarbon aktif. Setelah itu karbon aktif yang telahmenyerap zat-zat polutan tersebutbersama-sama dengan kotoran lain misalnyalumpur, dipisahkan dengan cara koagulasi dansedimentasi sehingga keluar berupa lumpur(sludge) berwarna hitam. Untuk partikel-partikelkarbon aktif yang belum dapat terpisahkan olehproses koagulasi dan sedimentasi dapatdihilangkan dengan proses filtrasi. Tetapi padaprakteknya kadang-kadang partikel-partikelkarbon aktif yang sangat halus masih juga dapatlolos pada proses filtrasi. Terutama pada musimdingin di mana suhu sangat rendah, proseskoagulasi tidak berjalan dengan baik, sehinggapartikel-partikel karbon aktif tidak dapatdiendapkan dan akibatnya beban filter terlalubesar. Untuk menghindari hal tersebut, biasanyadapat dilakukan dengan cara memberikankoagulan Poly Aluminium Chloride sertapengontrolan proses yang ketat.

Cara pembubuhan dan pengkontakkankarbon aktif dengan air baku dapat dilakukandalam tangki kontak khusus (Contact Chamber)yang dilengkapi dengan pengaduk, atau dapatjuga disesuaikan dengan peralatan yang adamisalnya pada bak pemisah pasir (grit chamber)atau dapat juga di lakukan bersama-sama ditangki koagulasi, pada bak pencampur cepat(Rapid Mixing Tank) atau pada clarifier(accelator). Beberapa contoh diagrampengolahan air dengan karbon aktif bubuk dapatdilihat Gambar 5 dan Gambar 6 pada Lampiran.

Beberapa keuntungan dari prosespengolahan air dengan karbon aktif bubuk antaralain yaitu : Fasilitas pengolahan dapat disesuaikan

dengan peralatan yang sudah ada.


17

Sangat ekonomis untuk pengolahan dalamkeadaan darurat (emergency) atau untukpengolahan jangka pendek, karena dapatdilakukan tanpa membuat peralatan yangkhusus.

Luas permukaan spesifik dari karbonaktifnya besar, sehingga daya adsorpsinyajuga besar.

Kemungkinan tumbuh mikroorganisme kecilsekali.

Sedangkan beberapa keburukkannya antaralain: Cara pengerjaan (handling) dan

pengangkutannya lebih sulit karenapartikelnya sangat halus dan mudahterbang serta mudah terbakar.

Regenerasi sulit dilakukan karena karbonaktif yang telah dipakai dalam prosespengolahan akan bercampur dengankotoran-kotoran lain, berupa lumpur yangberwarna hitam.

Pengontrolan proses lebih sulit sertakemungkinan kerusakan mesin atauperalatan akibat penyumbatan lebih besar.

B. Perhitungan Kebutuhan Karbon Aktif

Untuk proses yang kontinyu, perhitungankebutuhan karbon aktif tergantung dari laju alirair baku, konsentrasi zat yang akan diadsorp(adsorbate) dalam air baku dan tergantung darimacam proses yang digunakan misalnya prosesoperasi satu tahap (single stage operation) atauproses operasi dua tahap atau lebih (multi stageoperation) secara cross current atau countercurrent.

Pengolahan air dengan cara adsorpsi satutahap (single stage opration) ditunjukkan sepertipada Gambar 7 dengan anggapan bahwakarbon aktif sebagai adsorbent tidak larut atautidak bereaksi dengan air atau solventnya (9).

Air baku dengan konsentrasi adsorbate(zat yang akan diadsorp) sebesar Cn dan laju alirQ, diturunkan konsentrasinya menjadi C1 (massaadsorbate per unit volume air baku) dengan lajupenambahan karbon aktif M (massa/waktu).Jumlah massa zat yang teradsorp per jumlahmassa karbon aktif akan naik dari Yn menjadi Y1.Untuk operasi yang kontinyu maka jumlahadsorbate yang direduksi (diambil) dari air bakuakan sama dengan jumlah yang di adsorp olehkarbon aktif. Persamaan matematiknya dapatdituliskan sebagai berikut :

Q ( C0 – C1 ) = M ( Y1 - Y0 ) (8)

Jika digambar dalam koordinat C,Y,persamaan 8 tersebut di atas menunjukkan garislurus melalui titik (Yn,Cn) dan titik (Y1,C1) denganslope (kemiringan) - M/Q. Jika operasi dalamkeadaan keseimbangan, maka aliran efluen jugaakan berada dalam keadaan keseimbangan,sehingga titik (Y1,C1) terletak pada gariskesetimbangan adsorpsi (C vs Y). Hal iniditunjukkan pada Gambar 7.

Apabila waktu kontak tidak mencukupi,maka kesetimbangan belum tercapai, maka titik(Y1,C1) tidak terletak pada garis kesetimbangan,tetapi terletak di atas garis setimbang, misalnyapada titik A (lihat Gambar 7). Denganmenganggap persamaan Freundlich Y = kC1/n

(persamaan 1) berlaku pada operasi tersebut diatas, maka pada keadaan setimbang :

Gambar 7. Operasi Adsorpsi satu Tahap (singlestage opration).

Y1 = k C11/n (9)

Jika dianggap bahwa untuk adsorbentyang masih baru, Y0 = 0, maka jika persamaan(9) disubstitusikan ke persamaan (8), didapatkanhasil sebagai berikut :

M C0 – C1

= (10)Q k C1 1/n


18

Persamaan (10) tersebut merupakan caraanalitik untuk menghitung ratio atauperbandingan antara jumlah karbon aktif per unitvolume air baku untuk menurunkan konsentrasiadsorbate dalam air baku dari C0 menjadi C1.

Secara garis besar ada 3 tipe untukadsorpsi isothermis yaitu garis kesetimbangan Cvs Y akan berupa garis lurus untuk n =1 ;berupa garis cekung ke atas untuk n >1 danberupa garis cekung ke bawah untuk n < 1. Halini terlihat seperti pada Gambar 8.

Jika untuk masing-masing tipe adsorpsitersebut di atas, konsentrasi adsorbate dalam airbaku diturunkan dan Cn menjadi C1, terdapat 3buah garis operasi yang menyebar dari titik A(Gambar 8). Slope atau kemiringan darimasing-masing garis operasi berbanding lurusterhadap ratio antara laju penambahan karbonaktif dengan laju air baku (M/Q).

Gambar 8. Kurva kesetimbangan Freundlichuntuk adsorpsi satu tahap.

Untuk adsorpsi yang baik, biasanyabesarnya harga n antara 2 - 10; antara 1 - 2untuk yang agak sulit; sedangkan untuk n lebihkecil dari 1 adsorpsi sangat sulit di lakukan. Disamping itu besarnya harga k juga merupakanparameter yang penting untuk proses adsorpsi.

4.4. Adsorpsi Merkuri dengan Filter KarbonAkif Granular

Adsorpsi dengan karbon aktif butiran(granular) adalah proses yang paling banyakdigunakan untuk penghilangan merkuri di dalamair. Prosesnya adalah dengan cara mengalirkanair yang mengadung merkuri ke dalam Suatu

Filter yang diisi dengan karbon aktif. Prosesfiltrasinya dapat dilakukan dengan cara gravitasimaupun dengan tekanan, tetapi yang seringdigunakan umumnya adalah dengan filtrasidengan tekanan. Dilihat dari sistempengalirannya dapat dibagi dua yaitu aliran dariatas ke bawah (down flow) dan aliran dari bawahke atas (up flow). Sedangkan prosesnya dapatdilakukan secara seri maupun paralel. Beberapacontoh aliran proses filtrasi karbon aktif granulardapat dilihat pada Gambar 9.a sampai dengan9.e. Salah satu contoh konstruksi filter karbonaktif dapat dilihat pada Gambar 10, sedangkancontoh filter karbon aktif terpasang dapat dilihatpada Gambar 11.

Gambar 9.a. Filter Karbon Aktif Butiran(Granular) Unggun Tetap (Fixed Bed) dan

Unggun Mengembang (Expanded Bed)

Gambar 9.b. Filter Karbon Aktif Butiran(Granular) Unggun Tetap (Fixed Bed)

Dipasang Seri


19

Gambar 9.c. Filter Karbon Aktif Butiran(Granular) Unggun Tetap (Fixed Bed)

Dipasang Paralel.

Gambar 9.d. Filter Karbon Aktif Butiran(Granular) Unggun Mengembang (Expanded

Bed) dipasang seri.

Gambar 9.e. Filter Karbon Aktif Butiran(Granular) Unggun Mengembang (Expanded

Bed) dipasang Paralel.

Gambar 10. Konstruksi filter karbon aktifbertekanan yang banyak digunakan.

Gambar 11. Salah contoh filter karbon aktifterpasang.

5. PENGHILANGAN MERKURI DENGANPROSES PERTUKARAN ION (IONEXCHANGE)

Penghilangan logam merkuri dapat jugadilakukan dengan proses pertukaran ion denganmenggunakan resin penukar ion tertentu. Prosespertukaran ion umumnya dilakukan didalamsuatu bejana atau kolom yang diisi dengan resinpenukar ion jenis tertentu sesuai dengan targetlogam berat yang akan dihilangkan. Prosesoperasinya terdiri dari satu siklus yakni service,pencucian balik (backwash), regenerasi danbilas (rinse).

Di dalam proses penghilangan merkuridengan cara pertukaran ion yang dihilangkanatau diserap oleh resin penukar ion tidak hanyalogam merkuri saja tetapi logam-logam yang lainjuga terserap oleh resin penukar ion sesuaidengan tingkat selektifitasnya. Salah contohselektifitas beberapa jenis resin terhadap logam


20

berat dapat dilihat pada Tabel 6 (2), Sedangkanbeberapa contoh hasil proses penghilanganmerkuri dengan proses pertukaran ion dapatdilihat pada Tabel 7 pada Lampiran.

Apabila di dalam air mengandung besi,mangan, kalsium atau magnesium, maka jikadilkukan pengolahan proses pertukaran ionmaka logam- logam tersebut akan teradsorb olehresin penukar ion. Jika konsentrasi besi,mangan, kalsium, atau magnesium di dalam aircukup tinggi akan menyebabkan kapasitaspertukaran ion menjadi cepat jenuh. Oleh karenaitu, untuk menghilangkan merkuri di dalam airdengan proses pertukaran ion maka logam-logam seperti besi, mangan, kalsium sertamagnesium tersebut harus dihilangkan terlebihdahulu.

6. PENUTUP

Ada beberapa metoda untukmenghilangkan atau mengeluarkan merkuri didalam air yaitu dengan proses oksidasi kimia,proses pertukaran ion, proses adsorpsi, proseselektrokimia, proses reverse osmosis sertaalternatif lain dengan metoda biosorpsi.

Tiap metoda mempunyai kelebihan sertakekurangan, oleh karena itu pemilihan suatumetoda penghilangan logam berat tergantungdari kondisi pencemarnya misalnya konsentrasilogam berat di dalam air limbah, jenis logamberat, konsentrasi logam berat di dalam airolahan, serta ketersediaan lahan, debit airlimbah yang akan diolah dan parameter lainnya.

Untuk mengolah air limbah yangmengandung beberapa jenis logam berat, sertauntuk mendapatkan air olahan dengan kualitasyang diharapkan (konsentrasi rendah)kemungkinan tidak dapat dilakukan denganhanya menggunakan satu proses tertentu, danhal tersebut harus dilakukan dengan kombinasibeberapa proses.

DAFTAR PUSTAKA

1. Undang-Undang Republik Indonesia Nomor23 Tahun 1997 Tentang PengelolaanLingkungan Hidup, pencemaran lingkunganhidup.

2. Slamet, Juli Soemirat, 1996. KesehatanLingkungan. Gajah Mada University Press.

3. EPA, “Capsule Report : Aqueous MercuryTreatment“, National Risk ManagementResearch Laboratory Office of Research andDevelopment, US EPA Cincinnati, OH45268.1997.

4. Patterson, J.W., Wastewater TreatmentTechnology, 2nd ed. Ann ArborScience.1985.

5. Patterson, J.W. et al., Toxicity ReductionMethodologies. In : Toxicity Reduction,Evaluation, and Control. Lancaste, PA :Technomic Publishing Co. 1992.

6. Viessman W,JR.,and Hammer, “WaterSupply And Pollution Control “, fourth edition,Harper and Ror Publisher, New york, 1985.

7. Maron, S.H., and Prutton, C.F., Principles OfPhysical Chemistry, McMillan Company.London, 1965.

8. Design Criteria for Waterworks Facilities,Japan Water Works Association (JWWA),1978.

9. Treyball, R.E., Mass Transfer Operations,Third Edition. McGraw Hill Kogakusha, 1980.


21

LAMPIRAN-LAMPIRAN :

Gambar 1. Diagram Proses Penghilangan Merkuri Dengan Pengendapan Sulfida.Sumber : EPA, 1997. “ Capsule Report : Aqueous Mercury Treatment “.

Tabel 1. Penghilangan Merkuri (Hg) dengan Proses Pengendapan Silfida (Patterson, 1985)

Pengolahan Konsentrasi Merkuri (µg/l) Efisiensi pH PengolahanKimia Awal Akhir Penghilangan (%) Pengolahan Tambahan

Sodium Sulfida NA < 3 NA NA Vaccum Filer300 - 6.000 10-125 58 – 99,8 NA Pressure Filter

1.000 - 50.000 10 99-99,9 NA Flokulasi dan Filter Karbon AktifSodiumhidroslfida

131,50 20 > 99,9 3,0 Filter

MagnesiumSulfida

5.000 –10.000

10 - 50 99 – 99,9 10 – 11 None

Garam Sulfida 300 – 6.000 10 – 125 (rata-rata 50)

58 – 99,8 5,1 – 8,2 Filter

NA 100 - 300 NA NA NoneNA 100 NA NA NoneNA 10 - 20 NA NA Filter Karbon Aktif

NA : Not Available Sumber : EPA, 1997. “ Capsule Report : Aqueous Mercury Treatment “.

Tabel 2. Penghilangan Merkuri (Hg) dengan Proses Koagulasi (Patterson, 1985).

Dosis Konsentrasi Merkuri (µg/l) Efisiensi pH PengolahanJenis koagulant Koagulant (mg/l) Awal Akhir Penghilangan (%) Pengolahan TambahanAlum 1000 11.300 102 99 3 Filtrasi

100 90 11 88 NA -100 NA 10 NA NA -

21 - 24 5,9 – 8,0 5,3 – 7,4 10 - 34 6,7 – 7,2 FiltrasiNA 50 26,5 47 7,0 Filtrasi220 60 3,6 94 6,4 Filtrasi

20 - 30 3 - 8 1,5 – 1,6 50 - 81 NA -20 - 30 3 - 16 2,3 - 21,3 < 23 NA -

Garam besi 34 - 72 4,0 – 5,0 2,5 38 - 50 6,9 – 7,4 FiltrasiNA 50 3,5 93 8,0 Filtrasi40 50 1,0 98 6,2 Filtrasi

20 - 30 1 - 17 0,5 – 6,8 50 – 97 NA -20 - 30 2 - 17 1,2 – 12,8 40 - 93 NA -

Lime 415 500 150 70 11,5 FiltrasiNA 0,66 0,2 > 69 8,3 -

NA : Not Available - : None Sumber : EPA, 1997. “ Capsule Report : Aqueous Mercury Treatment “.


22

Tabel 5 : Parameter Adsorpsi Isotherm Freundlich untuk Adsprosi Merkuri.

Adsorbent k 1/n ReferenceGAC 4,68 3,16 Namasivayam and Periasamy, 1993BPHC 42,17 3.50 Namasivayam and Periasamy, 1993Coal Fly Ash (pH 2,2) 1,014 0,053 Sen and De, 1987Coal Fly Ash (pH 3,1) 1,094 0,333 Sen and De, 1987Coal Fly Ash (pH 3,1) 1,230 0,361 Sen and De, 1987MHBB 1,07 0,324 Deshkar et al, 1990

GAC = Granular Activated Carbon (karbon aktif butiran)BPHC = Bicarbonate- treated Peanut Hull CarbonMHBB = Modified Hardwickia Binata BarkSumber : EPA, 1997. “ Capsule Report : Aqueous Mercury Treatment “.

Gambar 5 : Sistem Pengolahan Air Dengan Karbon Aktif Bubuk MenggunakanBak Kontaktor Karbon Aktif.

Gambar 6. Sistem Pengolahan Air Minum dengan karbon aktif bubuk, dengan cara pembubuhan didalam Bak Koagulasi-Sedimentasi (Clarifier).


23

Tabel 6. Urutan Tingkat Selektivitas Penukaran Ion Logam Berat Untuk beberapaJenis Resin Penukar Ion (EPA, 1997).

Resin Urutan Tingkat Penuakaran Ion (Order Of Selectivity)Duolite ES-466 Hg2+>Cu2+>Fe2+>Ni2+>Pb2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+>Na+

Dowex A-I Cu2+> Hg2+> Ni2+> Pb2+>Zn2+>Co2+>Cd2+> Fe2+> Mn2+>Ca2+>Na+

Nisso Alm-525 Hg2+> Cd2+> Zn2+> Pb2+> Cu2+>Ag+>Cr3+> Ni2+

Diaion CR-I 0 Hg2+>Cu2+> Pb2+> Ni2+> Cd2+> Zn2+> Co2+> Mn2+> Ca2+> Mg2+>Ba2+>Sr2+>>>Na+

Amberlite IRC-718 Hg2+>Cu2+> Pb2+> Ni2+> Zn2+> Cd2+> Co2+> Fe2+> Mn2+> Ca2+

Unicellex UR-10 Hg2+>Cu2+> Fe2+>Al3+> Ni2+> Pb2+> Cr3+> Zn2+> Cd2+>Ag2+> Mn2+>Ca2+> Mg2+>>>Na+

Sirorez-Cu pH>5. Cu2+ ; pH>0. Hg2+

Sumchelate Q-I 0 HgCl2>AuCl-4>Ag+>Cr2O72-

Tabel 7. Beberapa contoh hasil proses penghilangan merkuri di dalam air dengancara pertukaran ion (EPA, 1997).

Konsentrasi (µg/L)Resin Penukar

IonTipe resin Awal Akhir Pengolahan

TambahanKondisi

LainReference

Ionac SR-4 Resin chelat asamlemah

14,88 0,43 Prefiltrasi GW, FS Sites and Oveholtzer,1992

Purolite s-920 Hg-spesific chelatingresin


AFP-329 Resin Anion basalemah


ASB-2 Resin anion basa kuat 14,31 0,70 Prefiltrasi GW, FS Sites and Oveholtzer,1992

Duolite GT-73 Resin kation asamlemah

200 –70.000

1 - 5 Prefilter 0,2mikron

DFW, FS Ritter and Bibler, 1992

Amberlite IRC718

Iminodiacetic acid resin 11.800 15 - 35 None SW, BS Becker and Eldrich,1993

IRC 718 dan GT73

Iminodiacetic acid resin 14.000 15 -1200

GT 73digunakansebagaipolishing

SMW, BS Becker and Eldrich,1993

a rata-ratab 3 – 4 gpmGW = Ground waterFS = Full scaleDFW = Defence facility wastewaterSW = Sinthetic wasteBS = Bench ScaleSMW = Smelter wastewater

metoda penghilangan logam merkuri di dalam air …

Documents