5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Limbah Cair Industri Tekstil

Industri tekstil termasuk salah satu industri yang sangat banyak

mengeluarkan limbah cair, namun penanganan pengolahan limbah cair pada

industri yang termasuk berskala kecil atau menengah kurang optimal. Limbah

industri tekstil dihasilkan dari beberapa tahap proses, meliputi:

• Percucian

• Pencelupan dan system pewarnaan lainnya

• Pengolahan akhir seperti pencucian kembali

Limbah cair dari industri tekstil umumnya mempunyai ciri-ciri sebagai

berikut:

• Berwarna

• Bersifat sangat basa

• BOD sangat tinggi

• Padatan tersuspensi tinggi

• Suhu tinggi

Pada dasarnya tekstil terbagi menjadi tiga kelompok yaitu: katun, wol dan

sintesis yang pengerjaan dan proses pewarnaannya berbeda-beda. Disamping itu

dari masing-masing kelompok dapat diproses dengan berbagi cara dengan

menggunakan bahan kimia yang berbeda-beda pula terutama pada proses

pewarnaannya. Oleh karena itu limbahnya juga berlainan sehingga mempersulit

6

proses pengelolahannya. Potensi pencemaran air buangan industri tekstil sangat

bervariasi tergantung pada proses dan kapasitas produksi serta kondisi lingkungan

tempat pembuangan, sehingga akibat pencemarannya juga berbeda-beda.

Air buangan industri tekstil yang menggunakan bahan-bahan kimia banyak

mengandung zat pencemar/racun yang dapat mengakibatkan gangguan terhadap

lingkungan, kehidupan manusia, binatang maupun tumbuh-tumbuhan. Zat warna

dapat mengakibatkan penyakit kulit dan yang sangat membahayakan adalah dapat

mengakibatkan kanker kulit (Sugiharto, 1987). Dengan banyaknya zat pencemar

yang ada di dalam air limbah, akan menyebabkan kadar oksigen yang terlarut

dalam air menurun. Hal ini mengakibatkan ikan dan mikroba di dalam air akan

mati, juga dapat menimbulkan kerusakan pada tanaman atau tumbuhan air,

sehingga proses self purification yang seharusnya dapat terjadi pada air limbah

menjadi terhambat (Sugiharto, 1987).

2.2 Zat warna

Molekul zat warna merupakan gabungan dari zat organik tak jenuh.

Kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat antara warna

dengan serat. Secara lebih luas, zat warna tersusun dari hidrokarbon tak jenuh,

kromogen, auksokrom dan zat aditif (migration, levelling, wetting, agent dan

sebagainya).

Zat warna dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa hal. Berdasarkan

sumber diperolehnya, zat warna dibedakan menjadi dua yaitu zat warna alam yang

berasal dari tumbuhan dan hewan (lac dye) serta zat warna buatan.

7

Berdasarkan pemakaiannya, zat warna dibedakan menjadi dua yaitu zat

warna yang dapat langsung mewarnai serat (zat warna substantif) dan zat warna

yang memerlukan zat tambahan agar dapat mewarnai serat (zat warna reaktif).

Sedangkan Hennek (http://smk3ae.wordpress.com/2009/04/19/ mengenal-

zat-warna-tekstil-zat-warna-reaktif-procion/) mengelompokkan zat warna

berdasarkan warna yang ditimbulkannya, yaitu zat warna monogenetik apabila

hanya memberikan satu warna dan zat warna poligenetik apabila dapat

memberikan beberapa jenis warna.

Pengelompokkan zat warna menurut “Color Index” volume 3, yang

terutama mengelompokkan atas dasar sistem kromofor yang berbeda. Misalnya

zat warna Azo, Antrakuinon, Ftalosia, Nitroso, Indigo, Benzodifuran, Okazin,

Polimetil, Di- dan Tri- Aril Karbonium, Poliksilik, Aromatik Karbonil,

Quionftalen, Sulfer, Nitro, Nitrosol dan lain-lain.

Penggolongan lain yang biasa digunakan terutama pada proses pencelupan

dan pencapan pada industri tekstil adalah penggolongan berdasarkan aplikasi (cara

pewarnaan). Zat warna tersebut dapat digolongkan sebagai zat warna asam, basa,

direct, dispersi, pigmen, reaktif, solven, belerang, bejana dan lain sebagainya.

2.3 Proses Penghilangan Warna

Warna dalam limbah cair industri tekstil sangat beragam tergantung pada

pewarna yang digunakan. Secara sederhana, proses penghilangan warna

merupakan proses hilangnya warna tanpa pemutusan bagian dari molekul

kompleks zat warna yang sebenarnya. Reduksi sederhana senyawa zat warna akan

menghasilkan senyawa tak berwarna. Hilangnya warna tidak berarti terjadi

8

degradasi molekul zat warna. Biasanya penghilangan warna terjadi ketika ikatan

kromofor terputus, tetapi dengan fragmen utama molekul asli tetap utuh (Fuad,

2008).

Proses penghilangan warna dengan metode fisikokimia, meliputi filtrasi

membran, adsorpsi, pertukaran ion, koagulasi, flokulasi, presipitasi dan floatasi.

Sedangkan metode biologi meliputi biosorpsi bakteri dan jamur serta biodegradasi

dengan proses aerob, anaerob, anoxik atau kombinasi antara proses anaerob/aerob.

Filtrasi membran dapat memisahkan dua atau lebih komponen dari cairan

berdasarkan ukuran molekuler. Metode ini merupakan metode yang cepat dengan

sedikit persyaratan dan permeat (hasil resapan) dapat digunakan kembali.

Kerugian dari filtrasi membran adalah penurunan fluks dan pengotoran membran,

diperlukan pengolahan lebih lanjut untuk konsentrat yang dihasilkan serta biaya

yang besar.

Adsorpsi dan pertukaran ion dapat digunakan untuk menghilangkan zat

warna dengan menggunakan karbon teraktivasi. Secara umum, adsorpsi karbon

tidak efisien dan ekonomis bila digunakan secara mandiri. Akan lebih baik bila

adsoprsi karbon digunakan bersamaan dengan flokulasi polimer, reduksi kimia

atau biodegradasi. Karbon teraktivasi dapat dibuat dari lignit dan batubara

bituminous, kayu, residu pabrik pulp dan kulit kelapa. Banyak jenis material

penyerapan yang dapat digunakan, seperti tandan buah palem, sekam dan lain-

lain. Keuntungan dari metode ini adalah banyaknya alternatif material penyerapan

yang dapat dipilih. Akan tetapi, pengolahan dengan metode ini menghasilkan

lumpur yang harus diolah lebih lanjut.

9

Penghilangan warna dapat pula dilakukan dengan metode flokulasi dan

koagulasi. Metode ini memerlukan penambahan koagulan yang akan bergabung

dengan polutan, kemudian dihilangkan dalam bentuk flok. Contoh koagulan kimia

adalah alum (Al2(SO4)3.8H2O), Fe2(SO4)3 dan FeCl3. Untuk flokulasi dapat

digunakan polimer kationik atau non-ionik, (misal: poliakrilik, poliakrilamida).

Kerugian dari metode ini adalah dihasilkannya lumpur beracun yang harus diolah

dengan tepat (Nur Syahlinda, 2005).

Proses penghilangan warna dengan menggunakan metode biologi

berdasarkan biotransformasi mikroba terhadap molekul zat warna. Biasanya zat

warna mempunyai sifat tahan terhadap degradasi biologi (recalcitrance).

Penggunaan bakteri dalam pengolahan limbah dengan metode biologi lebih murah

dibandingkan pengolahan dengan metode kimia. Namun demikian, pengolahan

limbah cair secara anaerob lebih banyak digunakan dibandingkan secara aerob.

2.4 Metode Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan metode pengolahan air secara elektrokimia

dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya

aluminium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi

elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen (Holt, et al., 2004). Sedangkan

menurut Mollah (2004), elektrokoagulasi adalah proses kompleks yang

melibatkan fenomena kimia dan fisika dengan menggunakan elektroda untuk

menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air limbah.

Saat ini penggunaan teknologi elektrokoagulasi dikembangkan untuk

meningkatkan kualitas efluen air limbah. Elektrokoagulasi digunakan untuk

10

mengolah efluen dari beberapa air limbah yang berasal dari industri makanan,

limbah tekstil, limbah rumah makan, limbah yang mengandung senyawa arsenik,

air yang mengandung fluorida dan air yang mengandung partikel yang sangat

halus, bentonit dan kaolinit.

Mollah (2001) dalam Aldilani (2008) telah memberikan gambaran tentang

keuntungan dan kerugian dari penggunaan elektrokoagulasi. Beberapa keuntungan

dari proses elektrokoagulasi adalah sebagai berikut:

a) Peralatan yang dibutuhkan sederhana dan mudah dioperasikan.

b) Air limbah yang diolah dengan elektrokoagulasi menghasilkan efluen yang

jernih, tidak berwarna dan tidak berbau.

c) Lumpur yang dihasilkan elektrokoagulasi relatif stabil dan mudah

dipisahkan karena sebagian besar berasal dari oksida logam. Selain itu,

jumlah lumpur yang dihasilkan sedikit.

d) Flok yang terbentuk pada elektrokoagulasi memiliki kesamaan dengan flok

yang berasal dari koagulasi kimia. Perbedaannya adalah flok dari

elektrokoagulasi berukuran lebih besar dengan kandungan air yang sedikit,

lebih stabil dan mudah dipisahkan secara cepat dengan filtrasi.

e) Elektrokoagulasi menghasilkan efluen dengan kandungan TDS (Total

Dissolved Solid) lebih sedikit, sehingga mengurangi biaya recovery bila air

hasil pengolahan digunakan kembali.

f) Elektrokoagulasi dapat mengolah partikel koloid yang sangat kecil karena

penggunaan arus listrik menyebabkan proses koagulasi lebih mudah terjadi

dan lebih cepat.

11

g) Proses elektrokoagulasi tidak memerlukan penambahan bahan kimia,

sehingga tidak bermasalah dengan netralisasi kelebihan bahan kimia dan

kemungkinan tidak membutuhkan pengolahan lebih lanjut bila terjadi

penambahan senyawa kimia yang terlalu tinggi seperti pada penggunaan

bahan kimia (koagulasi kimia).

h) Gelembung gas yang dihasilkan selama proses elektrolisis dan membawa

polutan yang diolah untuk naik ke permukaan (floatasi) tersebut mudah

terkonsentrasi, dikumpulkan dan dipisahkan.

i) Perawatan reaktor elektrokoagulasi lebih mudah karena proses elektrolisis

yang terjadi cukup dikendalikan dari penggunaan listrik tanpa perlu

memindahkan bagian di dalamnya.

Sedangkan kerugian dari penggunaan elektrokoagulasi adalah:

a) Elektroda yang digunakan dalam metode ini harus diganti secara teratur.

b) Penggunaan listrik terkadang lebih mahal pada beberapa daerah.

c) Terbentuknya lapisan pada elektroda dapat mengurangi efisiensi

pengolahan.

d) Proses elektrokoagulasi membutuhkan konduktivitas yang tinggi pada air

limbah yang diolah.

e) Hidroksida seperti gelatin cenderung solubilize pada beberapa kasus.

Beberapa faktor yang mempengaruhi proses elektrokoagulasi antara lain:

a. Kerapatan arus listrik

b. Waktu

c. Tegangan

12

d. Kadar keasaman ( pH )

e. Ketebalan plat

f. Jarak antar elektroda (Purwaningsih, 2008).

2.4.1 Mekanisme Penghilangan Partikel Kontaminan dalam

Elektrokoagulasi

Reaktor elektrokoagulasi merupakan suatu sel elektrokimia. Anoda yang

berupa logam (biasanya aluminium, terkadang besi) melepas ion-ionnya yang

akan berfungsi sebagai agen koagulan dan secara bersamaan terbentuk gelembung

gas hidrogen pada katoda.

Elektrokoagulasi mampu mengolah berbagai polutan termasuk padatan

tersuspensi, logam berat, tinta, bahan organik (seperti limbah domestik), minyak

dan lemak, ion dan radionuklida. Karakteristik polutan mempengaruhi mekanisme

pengolahan, misalnya polutan berbentuk ion akan diturunkan melalui proses

presipitasi sedangkan padatan tersuspensi yang bermuatan akan diabsorbsi ke

koagulan yang bermuatan.

Gambar 2.1 menunjukkan proses elektrokoagulasi yang sangat kompleks.

Koagulan dan produk hidrolisis saling berinteraksi dengan polutan atau dengan

ion lain atau dengan gas hidrogen. Menurut Mollah (2004) dalam Aldilani (2008),

mekanisme penyisihan yang umum terjadi dalam elektrokoagulasi terbagi dalam

tiga faktor utama, yaitu (a) terbentuknya koagulan akibat proses oksidasi

elektrolisis pada elektroda, (b) destabilisasi kontaminan, partikel tersuspensi dan

13

pemecahan emulsi dan (c) agregatisasi dari hasil destabilisasi untuk membentuk

flok.

Gambar 2.1 Interaksi dalam Proses Elektrokoagulasi (Holt, 2002)

Sedangkan proses destabilisasi kontaminan, partikel tersuspensi dan

pemecahan emulsi terjadi melalui tahapan berikut:

• Kompresi lapisan ganda (double layer) yang terjadi di sekeliling spesi

bermuatan yang disebabkan interaksi dengan ion yang terbentuk dari

oksidasi di elektroda.

• Netralisasi ion kontaminan dalam air limbah dengan menggunakan ion

berlawanan yang dihasilkan dari elektroda. Adanya ion tersebut

menyebabkan berkurangnya gaya tolak-menolak antar partikel dalam air

limbah, sehingga gaya van der Waals menonjol dan proses koagulasi dapat

berlangsung.

14

• Pembentukan flok akibat proses koagulasi sehingga terbentuk sludge

blanket yang mampu menjebak dan menjembatani partikel koloid yang

masih ada di air limbah.

2.4.2 Reaksi yang Terjadi pada Elektroda

Bila digunakan aluminium sebagai elektroda, beberapa kemungkinan

reaksi yang dapat terjadi dalam sistem elektrokimia adalah sebagai berikut:

• Reaksi pada katoda

Bila larutan mengandung ion-ion logam alkali, ion-ion alkali tanah, ion

Al 3+ dan ion Mg2+, maka ion-ion logam tersebut tidak dapat direduksi dari

larutan. Yang akan mengalami reduksi adalah pelarut (air) dan terbentuk

gas hidrogen pada katoda.

2H2O (�) + 2e−

→ 2OH−

(� ) + H2(�)

Dari daftar potensial elektroda diketahui bahwa reduksi terhadap air lebih

mudah berlangsung daripada reduksi terhadap ion-ion tersebut.

Bila larutan bersifat asam, maka ion H+ dari asam akan direduksi menjadi

gas hidrogen pada katoda.

2H+

(� ) + 2e−

→ H2(�)

Bila larutan mengandung ion-ion logam lain, maka ion-ion logam ini akan

direduksi menjadi masing-masing logamnya dan logam yang terbentuk itu

diendapkan pada permukaan katoda.

Fe2+(� ) + 2e−

→ Fe(�)

Mn2+(� ) + 2e−

→ Mn(�)

15

• Reaksi pada anoda

Elektroda pada anoda dioksidasi (bereaksi) berubah menjadi ion-ionnya.

Al(�) → Al��(� ) + 3e�

Zn(�) → Zn��(� ) + 2e�

Dalam sistem elektrokimia dengan elektroda terbuat dari aluminium,

kemungkinan reaksi elektroda yang dapat terjadi adalah:

Anoda : Al(�) → Al��(� ) + 3e� E0 = + 1,66

Katoda : 2H2O(�) + 2e−

→ H2(�) + 2OH−

(� ) E0 = - 0,8277

2H+

(� ) + 2e−

→ H�(�) E0 = 0,00

O2(�) + 4H+(� ) + 4e− → 2H2O(�) E0 = + 0,682

Berdasarkan harga E0, disusun suatu deret unsur-unsur yang disebut deret

potensial logam (deret Volta) mulai dari unsur yang memiliki E0 terkecil hingga

unsur yang memiliki E0 terbesar.

Secara umum, bila potensial suatu elektroda bergerak melewati titik

keseimbangannya (arus nol) ke potensial yang lebih negatif, zat yang akan

direduksi pertama adalah oksidator dengan E0 paling positif. Sedangkan bila

potensial elektroda bergerak dari arus nol ke potensial yang lebih positif, zat yang

akan dioksidasi pertama adalah reduktor dengan E0 paling negatif.

2.4.3 Penggunaan Aluminium Sebagai Elektroda Sacrificial

Aluminium merupakan logam yang sering digunakan sebagai elektroda

dalam proses elektrokoagulasi. Kation aluminium yang terlepas (tergantung pada

kondisi polutan, pH dan konsentrasi larutan) secara langsung akan berinteraksi

dengan polutan dan akan terjadi hidrolisis membentuk kompleks hidro-aluminium

16

atau juga terjadi presipitasi. Proses pembentukan kation ini sangat penting untuk

memahami mekanisme elektrokoagulasi.

Reaksi yang terjadi pada aluminium ketika terlepas ke dalam larutan

adalah sebagai berikut:

Al3+

(� ) + H2O (�) → AlOH2+

(� ) + H+(� ) (2-1)

AlOH2+

(� ) + H2O(�) → Al(OH)2

+ (� ) + H+(� ) (2-2)

Al(OH)2

+ (� ) + H2O(�) → Al(OH)3

0 (�) + H+(� ) (2-3)

Al(OH)3

0 (�) + H2O(�) → Al(OH)

4

− (� ) + H+(� ) (2-4)

Reaksi tersebut menggambarkan reaksi yang sederhana dari ion aluminium

dalam air karena setelah itu terjadi reaksi spontan yang menghasilkan dimeric,

trimeric dan polinuklir (Gambar 2.2).

Gambar 2.2 Reaksi Hidrolisis Ion Aluminium (Letterman, 1999)

17

Pada awalnya, ion logam aluminium di dalam air akan mengikat enam

atom oksigen dari air di sekelilingnya. Namun, ikatan atom oksigen dan hidrogen

pada air yang relatif lemah menyebabkan ion H+ terlepas atau mengalami

deprotonasi (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Deprotonasi Ion Aqua Aluminium (Letterman, 1999)

Kemudian pada reaksi hidrolisis, ion Al3+ akan menghasilkan Al(H2O)6

3+,

Al(H2O)5OH2+, Al(H2O)4(OH)2+ dan selanjutnya produk hidrolisis menghasilkan

berbagai bentuk spesi monomer dan polimer, seperti Al(OH)2+, Al(OH)2+,

Al 2(OH)24+, Al(OH)4

-, Al6(OH)153+, Al7(OH)17

4+, Al8(OH)204+, Al13O4(OH)24

7+,

Al 13(OH)345+ dimana spesi yang terbentuk tergantung pada nilai pH.

Gambar 2.4 Diagram Distribusi Al-H2O untuk Mononuklir (Holt, 2002)

18

Dengan hanya memperhatikan pembentukan mononuklir, jumlah

aluminium dalam larutan (α) dengan nilai pH pada larutan dapat digambarkan

dengan grafik pada Gambar 2.4. Pada diagram tersebut, distribusi yang ada

menggambarkan proses hidrolisis yang tergantung pada konsentrasi total dari

logam dan pH larutan.

Sedangkan untuk kelarutan dari aluminium hidroksida, Al(OH)3(s) dapat

dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Diagram Kelarutan dari Aluminium hidroksida (Holt, 2002)

Batas kelarutan ditentukan oleh kesetimbangan termodinamika yang

terjadi antara kandungan aluminium yang dominan dalam larutan pada pH tertentu

dengan padatan aluminium hidroksida. Kelarutan minimum (0,03 mg Al/L) terjadi

pada nilai pH 6,3 dan nilai kelarutan bertambah ketika larutan menjadi semakin

asam atau basa.

19

Kation logam aktif yang dihasilkan pada anoda akan bereaksi dengan ion

hidroksida yang dihasilkan di katoda untuk membentuk logam hidroksida yang

akan berfungsi sebagai agen koagulan. Ketika berinteraksi dengan partikel

polutan, logam hidroksida akan membentuk agregat yang memungkinkan untuk

mengalami pengendapan atau juga dapat terbawa oleh gelembung gas hidrogen

(yang dihasilkan di katoda) ke permukaan.

Gambar 2.6 Proses Sweep Coagulation (Duan, 2003)

Pada penambahan koagulan, setiap presipitasi logam dari aluminium hidroksida

menyebabkan penghilangan polutan melalui mekanisme sweep coagulation

(Gambar 2.6).

2.4.5 Reaktor Elektrokoagulasi

Dalam bentuk yang sederhana, reaktor elektrokoagulasi merupakan reaktor

elektrokimia dengan sebuah anoda dan sebuah katoda. Ketika dihubungkan

20

dengan sumber listrik, material anoda mengalami korosi akibat oksidasi

sedangkan katoda menjadi subyek yang pasif seperti yang disajikan pada gambar

di bawah ini.

Gambar 2.7 Reaktor Elektrokoagulasi (Ni’am, M.F. et al. 2007)