## PENURUNAN KADUNGAN BESI (Fe) DALAM AIR TANAH DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
Memik Dian Pusfitasari*, Rachmad Ramadhan Yogaswara, Dhebby Mas Jiwantara, Daud, Ikhwan Rifki Anggara
Program Studi Teknik Kimia, Jurusan Teknologi Proses, Institut Teknologi Kalimantan. Kampus ITK Karang Joang, Balikpapan, 76127 Telp: (0542)-8530800, Fax: (0542)-8530801 Email: memik.pusfitasari@itk.ac.id*

## Abstrak
Keberadaan besi dalam air tanah sebagai salah satu sumber bahan baku air bersih telah menjadi perhatian  banyak  pihak  terutama  karena  dampaknya  terhadap  kesehatan.  Oleh  karena  itu,  kajian untuk menurunkan  kandungan  besi  dalam  air  tanah  telah  dilakukan  dengan  menggunakan  metode elektrokoagulasi.  Proses  elektrokoagulasi  dilakukan  secara  batch  selama  6  jam,  jarak  antar  elektroda diatur 2 cm dengan beda potensial yang divariasikan. Pada dasarnya, penurunan besi dilakukan melalui 2  tahap  yaitu  proses  oksidasi  besi  dan  pembentukan  besi  oksida  yang  diikuti  oleh  presipitasi.  Hasil Analisis  sampel  air  yang  dilakukan  dengan  metode  AAS  menunjukkan  bahwa  seiring  dengan  semakin besarnya beda potensial yang digunakan, Fe yang tereduksi semakin besar. Adapun  penurunan tertinggi terjadi  pada  20  volt  sebesar  99,7%  Untuk  presipitat  yang  dihasilkan  dianalisis  dengan  metode  XRD dimana hasil analisis menunjukkan bahwa presipitat yang dihasilkan merupakan magnetite murni dalam bentuk kristalin.
Kata kunci : air tanah, elektrokoagulasi, penurunan kandungan besi.

## IRON (Fe) REMOVAL FROM GROUND WATER BY ELECTROCHEMICAL METHOD

## Abstract
The  presence  of  iron  in  raw  water  exceeds  the  permitted  level  to  the  attention  of  scientists, government, and society especially its impact on health. Therefore, iron (Fe) removal in acid  mine water and  ground  water  by  electrochemical  method  using  iron  electrode  was  studied.  The  electrolysis  process was carried out  in  batch reactor for 6 hours, the distance between the electrodes  was set  2 cm, and the voltage  varied.  Principally,  the  iron  removal  was  consisted  two  steps:  iron  oxidation  process  and  iron oxide  formation followed  by  precipitation.  The  result  of AAS  method  shows  that  percentage  Fe  removal increases in raw  water as the voltage increases. The highest Fe removal occurred at 20 volt was 18.8%. The result of XRD showed that the precipitates were pure magnetite in crystalline form.
Keyword : electrocoagulation, ground water, iron removal.
Memik Dian Pusfitasari* 1 , Rachmad Ramadhan Yogaswara 2 , Dhebby Mas Jiwantara 3 , Daud 4 , Ikhwan Rifki Anggara 5 : penurunan kandungan besi (Fe) dalam air tanah dengan metode elektrokoagulasi

## PENDAHULUAN
Air  bersih  merupakan  salah  satu  kebutuhan dasar  bagi  keberlangsungan  hidup  manusia  dan makhluk  hidup  lainnya.  Namun  ironisnya,  air  bersih semakin  langka  saat  ini.  Pemanfaatan  air  tanah menjadi  salah  satu  alternatif  untuk  memenuhi kebutuhan  air  bersih  pun  menemui  kendala  di beberapa  daerah.  Secara  alamiah  kandungan  mineral yang  cukup  tinggi  di  beberapa  daerah  tertentu menyebabkan  air  tanah  di  daerah  tersebut  tidak  layak jika  digunakan  dan  salah  satu  mineral  tersebut  yaitu Fe.  Oleh  karena  itu,  diperlukan  kajian  komperhensif untuk  mengolah  air  yang  mengandung  sejumlah mineral  tersebut  sehingga  dapat  digunakan  untuk memenuhi kebutuhan air  bersih. Dalam kajian kali  ni, penulis  fokus  pada  penurunan  kandungan  besi  dalam air tanah.
Besi  merupakan  salah  satu  jenis  logam  yang keberadaannya sangat melimpah di alam. Konsentrasinya  dalam  air  secara  alami  biasanya berkisar antara 0-50 mg/L. Selain itu, keberadaan besi dalam air juga dapat berasal dari aktivitas pertambangan dan industri baja. Adapun WHO (World Health  Organization)  memberikan  ambang  batas sebesar  0,3  mg/L  untuk  standar  air  minum  (WHO, 1996).  Keberadaan  besi  dengan  konsentrasi  yang tinggi  dalam  air  menyebabkan  air  berubah  menjadi kuning  kemerahan  setelah  kontak  beberapa  saat dengan  udara.  Penggunaan  air  dengan  konsentrasi  Fe tinggi  juga  menyebabkan  gangguan  kesehatan, menimbulkan  bau  yang  kurang  enak,  dan  menyebab- kan kerak pada dinding bak kamar mandi, serta bercak kuning  pada  pakaian.  Berbagai  metode  untuk mereduksi  kandungan  besi  dalam  bahan  baku  air bersih  telah  dikaji,  diantaranya  metode  elektro- koagulasi,  metode  oksidasi/filtrasi,  pertukaran  ion, lime  softening ,  adsorpsi,  karbon  aktif  dan  material filtrasi  lainnnya,  ekstraksi  fluida  superkritis,  dan lainnya.  Dari  berbagai  metode  yang  dipaparkan tersebut, metode elektro-koagulasi memiliki keunggulan  lebih  dibandingkan  metode  lainnya dimana dengan menggunakan metode elektro- koagulasi,  kandungan  Fe  di  dalam  air  bisa  dikurangi antara  95-99%  dengan  menggunakan  rapat  arus sebesar  0,01-0,04  A/m 3 .  Adapun  peralatan  yang digunakan  juga  sederhana  dan  mudah  dioperasikan (Chaturvedi and Dave, 2012). Di sisi lain, sintesis dan studi  mengenai  partikel  magnetis  berbasis  besi  dalam hal ini adalah besi oksida khususnya magnetite (Fe 3 O 4 ) semakin menarik perhatian para ilmuwan dan engineer karena  luasnya  aplikasi  besi  oksida  tersebut  dalam berbagai  aspek  kehidupan.  Berbagai  metode  sintesis dikembangkan, baik  konvensional  (seperti  ko- presipitasi), maupun alternatif (misalnya sol-gel, spray
drying ,  hidrotermal,  dan  elektrokimia)  dalam  rangka menemukan  metode  sintesis  yang  murah,  efektif,  dan efisien.  Dari  berbagai  metode  yang  ada,  elektrokimia patut dipertimbangkan, karena dengan metode tersebut magnetite berhasil  disintesis  dengan  kemurnian  tinggi dimana  kristalinitas  dan  ukuran  partikel  yang dihasilkan dapat dikontrol dengan mengatur parameter sel elektrokimia seperti rapat arus/tegangan, jenis arus yang dialirkan, ataupun konsentrasi dan jenis elektrolit yang  digunakan.  Adapun  bahan  baku  yang  digunakan untuk  mensintesis magnetite tersebut  yaitu  FeSO 4 sebagai sumber Fe dengan penambahan NaOH dengan tujuan mengondisikan larutan elektrolit dalam suasana basa (Fajaroh dkk, 2012; Setyawan dkk, 2014).
Sebagaimana  yang  telah  disampaikan  penulis, disatu  sisi,  ada  permasalahan  yang  timbul  karena tingginya  konsentrasi  Fe  di  dalam  air  dan  disisi  lain, Fe sendiri dibutuhkan sebagai bahan baku sintesis besi oksida.  Oleh  karena  itu,  didalam  kajian  kali  ini, metode  elektrokoagulasi  digunakan  untuk  mereduksi kandungan  Fe  didalam  bahan  baku  air  bersih kemudian menggunakannya sebagai bahan baku untuk mensintesis magnetite .

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Dalam  penelitian  ini,  air  tanah  sebagai  bahan  kajian bertindak sebagai larutan elektrolit.

## Peralatan
Rangkaian  alat  Elektrokoagulasi  lebih  jelasnya ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Peralatan  terdiri  dari beaker  glass 600  ml  sebagai  reaktor  elektrokoagulasi. Elektroda  yang  digunakan  adalah  lempeng  besi berukuran  45x12x1  mm  baik  untuk  anoda  maupun katoda yang dipasang secara paralel dengan jarak 2 cm diantara  keduanya.  Selain  itu,  digunakan DC  power supply (SANFIX  SP-661)  sebagai  sumber  arus  dan magnetic  stirrer  untuk  menjaga  elektrolit  dalam keadaan homogen.

## Prosedur
Proses  elektrokoagulasi  diawali  dengan  menyiapkan peralatan  elektrokoagulasi  sebagaimana  ditunjukkan pada  Gambar  1,  selanjutnya  arus  listrik  dialirkan dengan beda potensial yang divariasikan dari 5 hingga 30  volt.  Adapun  elektrokoagulasi  sendiri  dilakukan secara batch selama 6 jam dan dalam kondisi teraduk, serta  diamati  secara  periodik.  Setelah  proses elektrokoagulasi  selesai  dilakukan,  presipitat  yang diperoleh dipisahkan dan dikeringkan pada suhu 60 o C. Air sampel baik sebelum dan sesudah elektrokoagulasi selanjutnya  dianalisis  dengan Atomic  Absorption Spectrophotometer ( AAS ) untuk menge-tahui
komposisi  dan  konsentrasi  relative  unsur-unsur  dalam air  sampel.  Sedangkan,  presipitat  yang  dihasilkan dianalisis  dengan  menggunakan X-ray  Diffraction ( XRD, Panalytical tipe E’xpert Pro ) untuk mengetahui struktur kristal dan komposisi fase.
Gambar 1 . Skema Peralatan untuk elektrokoagulasi.
(1) Larutan elektrolit, (2) elektroda besi, (3) stir bar ,
(4) beaker glass 600 ml, (5) magnetic stirrer, dan (6) DC power supply .

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  Beda  Potensial  terhadap  Penurunan Konsentrasi Fe di dalam Air.
Pengaruh  perberian  beda  potensial  terhadap penurunan  konsentrasi  besi  di  dalam  air  dilakukan dengan  memberikan  beda  potensial  berbeda  yaitu  5, 10,  15,  20,  25,  dan  30  volt  dimana  elektrokoagulasi dilakukan  dalam  kurun  waktu  6  jam  dan  jarak  antar elektroda  yang  sama  yaitu  2  cm.  Grafik  penurunan konsentrasi  Fe  di  dalam  air  ditunjukkan  oleh  Gambar 2.  Dari  gambar  tersebut,  diketahui  bahwa  terdapat trend  bahwa  semakin  besar  beda  potensial  yang digunakan,  maka  Fe  yang  tereduksi  dari  air  tanah semakin tinggi dan penurunan konsentrasi Fe tertinggi mencapai 99,791% atau sebesar ≤ 0,02 ppm (ambang batas  Fe  dalam  air  minum  0,3  ppm)  dicapai  saat elektrokoagulasi  dilakukan  dengan  memberikan  beda potensial sebesar 20 volt. Hal ini dimungkinkan karena dengan  semakin  besarnya  beda  potensial  yang diberikan,  maka  pembentukan  ion  hidroksil  yang selanjutnya  akan  bereaksi  dengan  Fe 2+ membentuk Fe(OH) 2 dan  bertindak  sebagai  koagulan  juga  akan semakin  melimpah  (Subramanyan,  2009).  Hanya  saja terjadi  penurunan  pada  penggunaan  voltase  30  volt. Hal  ini,  dimungkinkan  karena  proses  perpindahan elektron terlalu cepat sehingga pembentukan suspense menjadi  tidak  optimal,  sehingga  pada  akhirnya menyebabkan  penyerapan  kontaminan  besi  pada  air tanah juga menurun (Jati, B.M. dan Aviandharie, S.A., 2015).
Gambar 2. Pengaruh Beda Potensial terhadap Penurunan Konsentrasi Fe
Hasil  penelitian  yang  dilakukan  sesuai  dengan beberapa  penelitian  yang  dilakukan  untuk  mengkaji kemampuan  metode  elektrokimia  dalam  mereduksi polutan dalam  air  menunjukkan hasil  yang sama yaitu semakin  besar  beda  potensial  yang  diberikan  maka akan  memperbesar  jumlah  polutan  yang  tereduksi dalam  air.  Tidak  hanya  memperbesar  jumlah  polutan yang  tereduksi,  beda  potensial  yang  diberikan  juga berpengaruh  terhadap  kecepatan  reduksi  polutan  itu sendiri.  Dimana  beda  potensial  yang    diberikan  akan berpengaruh terhadap jumlah koagulan yang terbentuk dan  dengan  semakin  banyaknya  koagulan  yang terbentuk  selanjutnya  juga  akan  berdampak  pada jumlah  polutan  yang  tereduksi  (Zhu  et  all,  2007; Chaturvedi  and  Dave,  2012).  Selain  itu,  pemberian beda potensial juga berpengaruh terhadap pertumbuhan  dan  ukuran  flok,  serta  kecepatan pembentukan gelembung H 2 pada sisi katoda (Un dkk, 2009;  Gao  dkk,  2010;  Phadke,  2014).  Namun  yang perlu  juga  diperhatikan  bahwa  semakin  besar  beda potensial  yang  digunakan  akan  berdampak  pada semakin  besarnya  konsumsi  energi  listrik  yang digunakan (Yildiz dkk, 2007).

## Karakteristik Partikel yang Dihasilkan
Metode  elektrokimia  yang  digunakan  dengan tujuan  untuk  mereduksi  konsentrasi  Fe  di  dalam  air tanah  pada  beda  potensial  10  volt  hingga  30  volt menghasilkan  poduk  samping  berupa  endapan  yang selanjutnya diidentifikasi sebagai besi oksida. Karakteristik  besi  oksida  yang  dihasilkan  antara  lain berupa  serbuk  halus  berwarna  hitam  kecoklatan  dan dapat ditarik oleh magnet (Gambar 3).
90 92 94 96 98 100 0 5 10 15 20 25 30 P en u ru n an k on se n tr as i
bes i (% ) Beda potensial (volt)
Memik Dian Pusfitasari* 1 , Rachmad Ramadhan Yogaswara 2 , Dhebby Mas Jiwantara 3 , Daud 4 , Ikhwan Rifki Anggara 5 : penurunan kandungan besi (Fe) dalam air tanah dengan metode elektrokoagulasi
Gambar 3. Serbuk Besi Oksida Hasil Elektrokoagulasi
Selanjutnya,serbuk besi oksida yang dihasilkan, dianalisis  dengan X-ray  Diffraction ( XRD). Pola difraksi XRD (Gambar 4) memperlihatkan bahwa pola XRD dari serbuk besi oksida berkesuaian dengan pola standar  dari magnetite (JCPDS  10-0629)  yakni  pada sudut 30.5  (2 2 0), 35.9  (3 1 1), 37  (2 2 2), 43.5  (4 0 0), 53.6 º (4 2 2), 57.3  (5 1 1) and 63.1  (4 4 0). Hal ini  menunjukkan  bahwa  besi  oksida  yang  dihasilkan adalah magnetite dengan  kemurnian  tinggi.  Adapun hasil  yang  ada  masih  perlu  dikonfirmasi  dengan beberapa  jenis  metode  analisis  lainnya  untuk memastikan kesimpulan yang sejauh ini diperoleh.
Gambar 4. Pola XRD besi oksida yang dihasilkan dengan beda beda potensial 15 volt

## SIMPULAN
Simpulan  yang  bisa  diambil  dari  penelitian yang  dilakukan  yaitu  penurunan  konsentrasi  Fe tertinggi  mencapai 99,791%  atau sebesar ≤ 0,02 ppm (ambang  batas  Fe  dalam  air  minum  0,3  ppm)  dengan menggunakan  beda  potensial  20  volt.  Padatan  yang dihasilkan  melalui  elektrokoagulasi  menggunakan elektroda besi merupakan magnetite.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  menyampaikan  terima  kasih  kepada DIPA  Direktorat  Riset  dan    Pengabdian  kepada Masyarakat  (DRPM)  Kementerian  Riset,  Teknologi, dan Pendidikan Tinggi atas hibah penelitian yang telah diberikan  (Skema  Penelitian  Dosen  Pemula)  serta kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya  penelitian  ini.  Penulis  sangat  berharap ke  depannya  penelitian  ini  dapat  memberikan kebermanfaatan ke masyarakat dan negara.

## DAFTAR PUSTAKA
Chaturvedi,  Shalini  and  Dave,  Pragnesh,  2012  ; “Removal  of  iron  for  safe  drinking  water”, Desalination, 202:1-11.
Fajaroh,  F.,  Setyawan,  H.,  Widiyastuti,  Winardi,  S., 2012, “Synthesis of magnetite nanoparticles by surfactant-free  alectrochemical  method  in  an aqueous system”, Advanced power technology,
1-6.
Gao,  S.,  Yang,  J.,  Tian,  J.,  Ma,  F.,  Tu,  G.,  Du,  M., 2010, “Electro-coagulation-flotation process for algae  removal”,  J.  Hazard  Mater,  177:  336- 343World Health Organization, (2004), Guidelines  for  Drinking  Water  Quality, Recommendations,  3rd  ed.  World  Health Organization, Geneva.
Setyawan, H., Fajaroh, F.,  Pusfitasari, M.D., Yuwana, M.,  Affandi,  S.,  2014,  “A  facile  method  to prepare  high-purity  magnetite  nanoparticles  by electrooxidation of iron in water using a pulsed direct  current”,  Asia-Pac.  J.  Chem.  Eng,  9: 768–774.
Jati,  B.M.,  dan  Aviandharie,  S.A.,  2015.  “Kombinasi Teknologi  Elektrokoagulasi  dan  Fotokatalitis dalam  Mereduksi  Limbah  Berbahaya  dan Beracun Cr (VI)”. Jurnal  Kimia Kemasan, Vol 37 No.2 : 133-140.
Phadke,  A.,  2014,  “Iron  Removal  Using  Electro- Coagulation  Followed  by  Floating  Bead  Bed Filtration  (MSc  thesis)”,  Louisiana  State University  and  Agricultural  and  Mechanical College
Subramanyan, V., Lakshmi, J., dan Sozhan, G. (2009) “Studies on the Removal of Iron  from Drinkin Water by Electrocoagulation-A Clean Process”. Central  Elekctrochemical  Research  Insitute (CSIR), Karaikudi, India.
Un, U.T., Koparal, A.S., Bakir Ogutveren, U., (2009),
“Electrocoagulation  of  vegetable  oil  refinery wastewater  using  aluminum  electrodes’,  J. Environ. Manag, 90: 428-433
25 30 35 40 45 50 55 60 65 in te n sit as ( a. u ) º2 theta Pola Standar FeOOH (JCPDS 44-1415) Pola Standar Fe 3 O 4 (JCPDS 19-0629)
Yilcin.  S.  Yildiz,  Ali  S.  Koparal,  Sahset  Irdemez, Bulent  Keskinler,  (2007),  “Electrocoagulation od  synthetically  prepared  waters  containing high  concentration  of  NOM  using  iron  cast electrodes”, J. Hazardous Materials B139, 373-
380
WHO,1996. Guideline for DrinkingWater Quality, vol. 3.WHO,Geneva, pp. 231–236
Zhu, J., Zhao, H., Ni, J., (2007), “Fluoride distribution in  electrocoagulation  defluoridation  process’, Sep. Purif. Technol, 56:184-191