Elektroflotasi untuk Pemisahan Zat Warna Batik

Elektroflotasi untuk Pemisahan Zat Warna Batik

Shahreza Muhammad, Ir. Warjito, M.Sc, Ph.D

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Kampus Baru UI Depok, Indonesia 16424 [email protected]

,

ABSTRAK

The research on electroflotation for Batik waste separation has been done. There are 2 fluids, dye of batik and batik waste. Bubbles are generated by electrolysis using aluminum alloy electrodes which the enode and kathode surface areas are 116 cm2 and 98 cm2. Variation of applied voltages are 5, 10, 15, 20, and 25 V. The dominant size of bubbles which are measured are range between 205 – 255 µμm and 5 – 55 µμm. Bubble surface areas obtaining per 20 seconds are 0.39, 1.3, 2.4, 3.43, and 4.55 mL. In batik dyes, percent reduction of TSSs, colors, and turbidities at voltage 5, 10, 15, and 20 V 73.81%, 29.7%, 40.64%; 68.08%, 89.05%, 82.21%; 96.97%, 71.57%, 74.07%; 49.8%, 74.72%, 16.47%. in batik waste, the best percent reduction of TSS, color, and turbidity which occured at a voltage 10 V with the addition 50 gr alum and waste and water ratio 1:14 is 97.09%, 98.6%, and 99.16%.

Keywords bubble dynamics, Batik waste, flotation, electrolysis, electroflotation, diameter, terminal velocity, TSS, color, turbidity, and alum 1. PENDAHULUAN

Batik merupakan ciri khas bangsa Indonesia karena berasal dari warisan budaya bangsa. Dunia telah mengakui bahwa batik berasal dari Indonesia, diantaranya pengesahan PBB untuk bidang kebudayaan, yakni UNESCO. Kondisi ini menyebabkan industri batik mengalami kemajuan yag pesat dan mengakibatkan lahir kampung batik berbasis home industry. Dalam proses produksinya, batik mengeluarkan limbah cair yang jika dibuang ke lingkungan maka dapat mencemari lingkungan sekitar.

Oleh karena itu, dibutuhkan suatu teknik untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh limbah batik. Salah satu metodenya adalah flotasi. Efisiensi flotasi dipengaruhi oleh 3 hal, yaitu probabilitas tumbukan antar gelembung dan partikel, proses penempelan pada permukaan gelembung, dan proses partikel dibawa oleh gelembung (Matis, 1995).

Penelitian ini akan membahas tentang dinamika gelembung pada proses elektrolisism volume gelembung, tegangan yang diberikan, pengaruh konsntrasi surfaktan, serta efektivitas flotasi ditandai dengan persen penurunan TSS, warna, dan kekeruhan dengan menggunakan elektroda alumunium alloy serta tegangan 5, 10, 15, 20, dan 25 V.

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Batik

Dalam bahasa jawa, kata batik berasal dari kata “ambatik”, yaitu kata “amba” yang bermakna menulis dan “tik” yang bermakna titik kecil, tetesan atau membuat titik. Jadi batik mempunyai arti menulis atau menulis motif pada suatu kain. Zat warna limbah batik yang biasa digunakan ada 2, yakni Naphtol dan Indigosol. Indigosol adalah zaat warna sintetis dari garam-garam natrium dari ester disolfat. Zat warna indigosol ini biasanya menggunakan asam klorida (HCl) untuk membangkitkan warnanya. Sedangkan zat warna Naphtol termasuk golongan asam organik naftalen alkohol. Zat warna ini tidak memerlukan HCl untuk membangkitkan warna, tetapi menggunakan soda api yang tergolong bahan kimia keras.

Menurut Setyaningsih (1995) dampak pekatnya zat warna bagi lingkungan adalah:

1) Dari segi estetika akan sangat mengganggu pemandangan

2) Penetrasi sinar matahari akan terhalang yang akibatnya akan menghambat fotosintesis sehingga oksigen terlarut dalam badan air akan berkurang. Hal ini membahayakan kehidupan di perairan.

3) Apabila badan air digunakan sebagai bahan baku air minum, akan menaikkan ongkos produksi air minum.

4) Apabila zat warna yang digunakan mengandung logam berat, biota air akan teracuni dan dalam jangka waktu yang lama akan meresap ke sumur-sumur penduduk yang pada akhirnya akan mencemari sumur di sekitarnya.

5) Karena badan air berwarna pekat sehingga penetrasi sinar matahari terhalang, maka kandungan oksigen akan berkurang. Pada kondisi ini (anaerob), proses dekomposisi akan emnghasilkan gas methan, CO2, dan gas H2S yang menimbulkan bau tak sedap.

Elektroflotasi untuk..., Shahreza Muhammad, FT UI, 2014

2.2 Flotasi

Efisiensi proses flotasi adalah pada penangkapan partikel oleh gelembung yang dikenal 3 langkah suksesif (Jameson et al.[1977], Schulze[1989], dan Ralston[1999].

!!"# = !!"##.!!"".!!"#$ 2.1

dimana Ecoll adalah efisiensi tumbukan, Eatt adalah efisiensi penempelan, Estab adalah efisiensi stabilitas dari agregat gelembung-partikel (Huang, Legendre, & Guiraud, 2010).

Mietinen, Raltson, dan Fornasiero (2010) menjelaskan bahwa pengaruh masa jenis partikel dan kecepatan naik gelembung dapat dilihat dalam bilangan Stokes dan Reynolds pada persamaan (2.1) dan (2.2) berikut ini.

!" = !!!!!!!

!!!!! (2.2)

!"! = !!!!!!!!

(2.3)

dimana St adalah bilangan Stokes dan Reb adalah bilangan Reynolds untuk gelembung. ub, ρf, ρb, db dan dp adalah kecepatan gelembung, densitas fluida, densitas gas dalam gelembung, diameter gelembung dan diameter partikel.

Menurut Schulze (1984), efiesinsi stabilitas gelembung-partikel, Es, dapat diasumsikan distribusinya eksponensial dan dinyatakan sebagai:

Es = 1 – exp 1 − !!"!

(2.4)

Dimana Bo’ adalah bilangan Bond. Bilangan Bond menyatakan stabilitas agregat gelembung-partikel dan dikelompokan berdasarkan ratio dari gaya-gaya detachment terhadap gaya-gaya attachment.

Bo’ = !! ! !! ! !! ! !!

!!"! !!!"

(2.5)

Dimana Fd adalah gaya detachment tambahan, Fγ adalah tekanan kapiler di dalam gelembung gas, Fhyd adalah gaya akibat tekanan hidrostatik (Mietinen, Raltson, & Fornasiero, 2010).

2.3 Gelembung Gelembung adalah partikel yang fase terdisperinya

gas. Bentuk gelembung dibagi menjadi tiga, yaitu spherical, ellipsoidal dan cap. Gerak gelembung berdasarkan nilai Reynods dapat berupa garis lurus, zig-zag dan spiral. Pergerakan gelembung biasanya ditinjau dari beberpa bilangan tak berdimensi, yaitu [9]: (1) Bilangan Reynods

Bilangan Reynods adalah perbandingan gaya inersia terhadap gaya viskos.

Re = ρ.v.D/µ (2.6)

(2) Bilangan Eotvos

Bilangan Eotvos adalah perbandingan gaya gravitasi terhadap gaya terhadap gaya tegangan permukaan.

Eo = g.Δρ.D/σ (2.7)

2.4 Elektroflotasi Dalam proses elektroflotasi, gelembung dihasilkan

dengan elektrolisis air (Chen et al, 2002 dan Ben Mansur et al, 2006) untuk menghasilkan gas hidrogen dan oksigen pada katoda dan anoda. Jika dibandingkan dengan flotasi konvensional, elektroflotasi mempunyai beberapa kelebihan, yaitu;

1. Elektroflotasi dikategorikan sebagai tingkat laju penghilangan partikel polutan yang cepat.

2. Elektroflotasi mampu mencapai flotasi yang simultan dan koagulasi dengan sedikit menghasilkan endapan.

3. Peralatan elektroflotasi sangat simpel sehingga cocok untuk instalasi di tempat yang terbatas.

4. Pengoperasiannya pun simpel karena hanya mengatur tegangan dari sumber daya serta biaya investasi dan operasional yang rendah (Hosny et al, 1992 dan Calvin et al, 1997).

3. METODE PENELITIAN

Alur penelitian ini digambarkan oleh gambar 1.

Gambar 1. Flow chart penelitian

3.1 Kolom Flotasi dan Cairan

Pada penelitian ini diambil dua macam data, yaitu karakteristik gelembung (diemeter dan volume gelembung) dan karakteristik limbah batik sebelum dan sesudah diflotasi (TSS, warna, dan kekeruhan). Set up alat untuk karakteristik cairan ditunjukkan oleh gambar 2. Pipa akrilik yang digunakan memiliki panjang 100 cm, diameter dalam 8,4 cm dan tebal 0,6 cm. Pada posisi sekitar 25 cm dari bagian bawah ada kran untuk


pengambilan sampel. Pipa akrilik diisi air campuran limbah batik, aquades, dan tawas.

Gambar 2. Set up alat pengambilan data karakteristik gelembung

3.2 Prosedur Pengumpulan Data 3.2.1 Data Diameter gelembung

Pengolahan diameter gelembung menggunakan software ImageJ. Ada 20 gambar pada tiap voltase yang akan diukur diameter gelembungnya seperti terlihat pada gambar 3

Gambar 3 pengolahan data menggunakan software ImagaJ

3.2.2 Data Volume Gelembung Volume gelembung didapatkan dari pengurangan

volume air pada gelas ukur per 20 detik. Set up gelas ukur dapat dilihat pada gambar 2.

3.3 Pengolahan Data

Untuk mengetahui karakteristik cairan, sampel dibawa ke Laboratorium Penyehatan dan Lingkungan, Departemen Teknik Sipil, Universitas Indonesia. Data yang didapat adalah warna, turbiditas, dan TSS. Persen pengurangan daidapat dari selisih awal dan akhir dibagi nilai awal dikali 100.

Sedangkan untuk karakterisasi diameter dan volume gelembung, pengolahan data menggunakan software ImageJ.

4. HASIL DAN DISKUSI 4.1 Analisis diameter gelembung

Diameter gelembung diukur pada setiap voltase menggunakan softwarae ImageJ. Pengkurannya dilakukan berdasarkan area sehingga terdapat lebih dari 1 bubble yang dihasilkan. Didapat pula berapa banyak gelembung yang memiliki ukuran yang sama seperti terlihat pada grafik di bawah ini. Pada grafik dapat dilihat bahwa terdapat ukuran gelembung yang lebih besar dari rata-rata ukuran gelembung yang dihasilkan, hal ini bisa disebabkan karena terjadinya proses penggabungan antara gelembung-gelembung yang lebih kecil. Serta ketidakstabilan gelembung yang dihasilkan mengakibatkan penggabungan dengan gelembung yang lain. Al Shakaraji, He, dan Gregory menjelaskan bahwa ukuran gelembung akhir berubah sedikit dengan kenaikan densitas arus.

Grafik 1 diameter gelembung pada setiap voltase

4.2 Analisis volume gelembung

Volume yang didapatkan oleh setiap gelembung ditunjukkan pada grafik 2

grafik 2 volume gelembung pada setiap tegangan

4.3 Hasil eksperimen pemisahan zat warna batik Komposisi zat warnanya terdiri dari Naphtol 5 gr,

soda api 3 gr, obat pewarna 1.5 gr dilarutkan ke dalam 1 L air serta 10 gr pewarna yang juga dilarutkan ke dalam 1 L air. Kemudian disatukan dan diencerkan lagi dengan


diambil 300 mL dari 2 L dan diencerkan dengan air dengan perbandingan 1:14.

Gambar 4 hasil flotasi pada tegangan 5, 10, 15, dan

20V

Grafik 3 pengurangan kekeruhan, TSS, dan warna pada tegangan 5 V

Grafik 4 pengurangan kekeruhan, TSS, dan warna oada tegangan 10 V

Grafik 5 pengurangan kekeruhan, TSS, dan warna oada tegangan 15 V

Grafik 6 pengurangan kekeruhan, TSS, dan warna pada tegangan 20 V

Dari grafik dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan maka akan menghasilkan gelembung yang semakin banyak hal ini dapat meningkatkan efektivitas flotasi, namun jika gelembung yang dihasilkan terlalu banyak akan menurunkan efektivitas flotasi seperti pada tegangan 20 V dimana di menit terakhir angka TSS malah kembali naik.

4.4 Hasil eksperimen pada pemisahan limbah peawrna batik

4.4.1 hasil dengan tegangan 10 V Pada bagian ini, flotasi dilakukan dengan

menggunakan 3 sampel, pertama perbandingan limbah batik dan air 1:14 dengan tawas 30 gr; kedua perbandingan limbah batik dan air 1:14 dengan tawas 50 gr; ketiga perbandingan limbah batik dan air 1:10 dengan tawas 50 gram. Hasilnya seperti terlihat pada gambar 5


Gambar 5 hasil flotasi dengan 10 V

Grafik 7 perbandingan limbah batik dan air 1:14 dengan tawas 30 gr



Dari grafik di atas menunjukkan bahwa persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan yang terbaik pada perbandingan limbah batik 1:14 dengan tawas 50 gram yakni 97.09%, 98.6%, dan 99.16%,

4.4.2 Hasil dengan tegangan 20 V Pada bagian ini, flotasi dilakukan dengan

menggunakan 3 sampel, pertama perbandingan limbah batik dan air 1:14 dengan tawas 30 gr; kedua perbandingan limbah batik dan air 1:14 dengan tawas 50 gr; ketiga perbandingan limbah batik dan air 1:10 dengan tawas 50 gram. Hasilnya seperti terlihat pada gambar 5

Gambar 5 hasil flotasi dengan 20 V





Dari grafik di atas menunjukkan bahwa persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan yang terbaik pada perbandingan limbah batik 1:14 dengan tawas 50 gram yakni 94.37%, 98.36%, dan 97.95%.

5. KESIMPULAN

Penelitian tentang dinamika gelembung hasil flotasi dengan elektrolisis telah dilakukan. Dari analisis dan hasil, didapatkan bahwa semakin tinggi tegangan yang digunakan, maka semakin besar luas permukaan (volume) gelembung yang dihasilkan serta rata-rata diameter yang dihasilkan semakin bertambah besar.

Pengaruh luas permukaan gelembung pada efektivitas flotasi. Dari hasil pengolahan data didapat bahwa ada batasan luas permukaan gelembung untuk menghasilkan flotasi yang efektif. Apabila gelembung yang dihasilkan melebihi batas tersebut maka partikel akan berputar di sekitar gelembung atau adanya sirkulasi di dalam air tersebut, dimana partikel yang sudah terangkat akan kembali lagi tercampur ke bawah.

Pengaruh dinamika gelembung terhadap persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan terlihat jelas pada setiap sampel yang diflotasi. Dari hasil pengolahan data, didapat pada zat warna masih terdapat partikel-partikel kecil yang tidak dapat digabungkan oleh tawas sehingga hasilnya tidak lebih baik dari limbah batik.

Konsentrasi surfaktan sangat berpengaruh terhadap efektivitas flotasi. Hal ini didapatkan bahwa pada perbandingan limbah dan air yang sama, tetapi konsentrasi tawasnya berbeda, 30 gram dan 50 gram, maka hasilnya adalah persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan dari 50 gram tawas lebih baik daripada 30 gram tawas.

Kekentalan dari limbah juga sangat berpengaruh terhadap efektivitas flotasi. Hal ini didapatkan bahwa pada konsentrasi surfaktan yang sama, tetapi perbandingan air dan limbah yang berbeda, 1:10 dan 1:14, maka hasilnya adalah persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan untuk perbandingan 1:14 lebih baik daripada perbandingan 1:10.

Dari hasil pengolahan data, didapat dari semua variabel yang ada maka persen pengurangan TSS, warna, dan kekeruhan yang berturut-turut adalah 93.02%, 97.99%, 97.72% dihasilkan pada tegangan 10 V, perbandingan air dan limbah 1:14 dengan penambahan 50 gram tawas.

6. REFERENSI

[1] I. Purwaningsih, “Pengolahan Limbah Cair Industri Batik CV. Batik Indah Raradjonggrang Yogyakarta Dengan Metode Elektrokoagulasi Ditinjau dari Parameter Chemical Oxygen Demand (COD) dan Warna”, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Lingkungan, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta, 2008.

[2] H. Setyaningsih, “Pengolahan limbah Batik dengan proses kimia dan adsorpsi karbon aktif”, Tesis Program Pascasarjana Universitas Indonesia, Jakarta, 2007.

[3] Riyanto, “Alternatif pengolahan limbah industry Batik dengan cara elektrolisis menggunakan


elektroda stainless steel”, Program Studi Ilmu Kimia, FMIPA, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta.

[4] T. Darmawanti, “Pengolahan Limbah Cair Industri Batik dengan Metoda Elektrokoagulasi Menggunakan Besi Bekas sebagai Elektroda”, Seminar Tugas Akhir S1 jurusan Kimia FMIPA, Universitas Diponegoro, Semarang, 2009.

[5] N.I. Rahmawati, “Pengolahan Limbah Cair Industri Batik dengan Metoda Elektrokoagulasi Menggunakan Seng sebagai Elektroda”, Seminar Tugas Akhir S1 Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Diponegoro, Semarang, 2009.

[6] Y. Ruslinda, “Materi pembelajaran digital: Pemantauan kualitas udara ambien”, jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Andalas, Padang.

[7] Matis, K. A., Flotation Science and Engineering, CRC Press, Inc., 1995.

[8] H. Zollinger, Color Chemistry, edisi kedua, VCH. Weinhein, 1991.

[9] R. Clift, J. R. Grace, and M.E. Weber, Bubbles, Drops, and Particles. New York: Academic Press, Inc., 1978.

[10] L. Parkinson, R. Sedev, D. Fornasiero, and J. Ralston, “The terminal rise velocity of 10–100 µm diameter bubbles in water”, Journal of Colloid and Interface Science 322, pp. 168–172, 2008.

[11] A. R. M. Talaia, “Terminal velocity of a bubble rise in a liquid column”, World Academy of Science, Engineering and Technology, 2007.

[12] I. Leifer, “Bubble Hydrodynamics”, http://bubbleology.com/, diakses pada tanggal 20 Juni 2012.

[13] S. J. Bulatovic, Handbook of Flotation Reagent, Elsevier Science & Technology Books, 2007.

[14] Hanotu, Bandulasena, dan Zimmerman, “Microflotation Performance for Algal Separation”, Department of Chemical and Biological Engineering, University of Sheffield, United Kingdom, 2012.

[15] Winarto, “Investigation of Micro Bubble for Removal of Suspended Particle and Enhancement of Dissolved Oxygen in Poluted Water”, Ph.D Thesis, Mechanical Engineering, Universiti Teknologi Petronas, 2011.

[16] Shakarji, He dan Gregory, “The sizing of oxygen bubbles in copper electrowinning”, Hydrometallurgy Volume 109, Issues 1–2, September 2011, Pages 168–174, 2011.

[17] Navarra, Acuna and Finch, (2009), “Impact of frother on the terminal velocity of small bubbles”, International Journal of Mineral Processing, Elsevier 91, 68–73


Documents

Elektroflotasi untuk Pemisahan Zat Warna Batik