## OPTIMASI KERAPATAN ARUS DAN WAKTU ELEKTROLISIS DALAM PENGOLAHAN LIMBAH SURFAKTAN SECARA ELEKTROKOAGULASI
Yusbarina, Buchari
Program Pendidikan Kimia, Fakultas Tarbiyah dan Keguruan, Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau, Indonesia Program Studi Kimia, FMIPA, Institut Teknologi Bandung
Email: yusbarina_7@yahoo.com

## ABSTRAK
Elektrokoagulasi adalah metode pengolahan limbah cair yang keefektifannya sangat dipengaruhi oleh parameter operasionalnya. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk optimasi parameter  operasional  yaitu  kerapatan  arus  dan  waktu  elektrolisis  dalam  pengolahan  limbah surfaktan  secara  elektrokoagulasi.  Elektrokoagulasi  dilakukan  dengan  sistem  batch  dengan menggunakan  limbah  simulasi  sodium  dodesil  sulfat  (SDS)  pada  kondisi  operasional: konsentrasi  SDS  200  mgL -1 ,  pH  awal  4  dan  tanpa  penambahan  elektrolit  garam.  Aluminium digunakan sebagai bahan elektroda. Variasi kerapatan arus adalah 25, 50, 75, 100 dan 150 A/m 2 . Variasi  waktu  elektrolisis  adalah  15,  30,  45  dan  60  menit.  Pengolahan  limbah  surfaktan  secara elektrokoagulasi efektif pada kerapatan arus 50 A/m 2 dengan waktu elektrolisis 60 menit dengan efisiensi penurunan kadar surfaktan sebesar 97,05%.
Kata kunci : elektrokoagulasi, surfaktan anionik, kerapatan arus, waktu elektrolisis

## 1. PENDAHULUAN
Surfaktan  merupakan  nama  lain  dari surface  active  agent yang  merupakan senyawa  organik  yang  bersifat amphiphilic yaitu  memiliki  gugus  polar  yang  suka  air (hidrofilik)  dan  gugus  non  polar  yang  suka minyak  (lipofilik)  sekaligus  dalam  satu monomer.  Surfaktan  digunakan  secara  luas dalam berbagai  industri dan kegiatan rumah tangga  karena  kemampuannya  menurunkan tegangan antar muka fluida.
Penggunaan  surfaktan  meningkat  dari hari  ke  hari.  Berbagai  industri  seperti industri  deterjen,  produk  kebersihan  dan kecantikan  menggunakan  surfaktan  anionik sebagai  bahan  baku  utama.  Oleh  karena  itu dibutuhkan  satu  metode  yang  handal  dan ekonomis untuk mengolah limbahnya sebelum dibuang atau dilepas ke sumber air.
Menurut Mollah dkk, (2001), Elektrokoagulasi  (EC)  memiliki  begitu
banyak  keuntungan  dalam  pengolahan limbah cair, diantaranya:
1. EC membutuhkan peralatan yang sederhana dan mudah dioperasikan.
2. Air  limbah  yang  diolah  dengan  EC menjadi  air  yang  jernih,  tidak  berwarna dan tidak berbau.
3. Lumpur yang dihasilkan EC relatif stabil dan  mudah  untuk  dipisahkan,  karena terutama  berasal  dari  oksida  logam. Selain  itu  lumpur  yang  dihasilkan sedikit.
4. Flok yang terbentuk pada
elektrokoagulasi memiliki kesamaan dengan  flok  yang  berasal  dari  koagulasi kimia.  Perbedaannya  adalah  flok  dari elektrokoagukasi  berukuran  lebih  besar dengan kandungan air yang sedikit, lebih stabil  dan  mudah  dipisahkan  secara cepat dengan filtrasi.
5. Elektrokoagulasi  menghasilkan  effluen dengan  nilai  TDS  yang  lebih  kecil  jika dibandingkan dengan
pengolahan kimiawi. Jika air ini digunakan kembali, kandungan  TDS  yang  rendah  akan mengurangi biaya recovery.
6. Proses elektrokoagulasi memiliki keuntungan  dalam  mengolah  partikel koloid  yang  berukuran  sangat  kecil karena  dengan  pemakaian  arus  listrik menyebabkan  proses  koagulasi  lebih mudah terjadi dan lebih cepat.
7. Proses elektrokoagulasi mencegah penggunaan  bahan  kimia  sehingga  tidak bermasalah  dengan  netralisasi  kelebihan bahan  kimia  dan  tidak  membutuhkan kemungkinan  pengolahan  berikutnya jika  terjadi  penambahan  konsentrasi bahan  kimia  yang  terlalu  tinggi  seperti pada penggunaan bahan kimia.
8. Gelembung  gas  yang  dihasilkan  selama elektrolisis  dapat  membawa  polutan  ke atas  permukaan  sehingga  flok  tersebut dapat  dengan  mudah  terkonsentrasi, dikumpulkan dan dipisahkan.
9. Proses elektrolisis pada sel
elektrokoagulasi dikontrol dengan pemakaian listrik tanpa perlu
memindahkan  bagian  di  dalamnya, sehingga  membutuhkan  perawatan  yang sedikit.
10. Teknik  elektrokoagulasi  dapat  dengan mudah  diaplikasikan  di  daerah  yang tidak  terjangkau  layanan  listrik  yakni dengan  menggunakan  panel  matahari yang  cukup  untuk  terjadinya  proses pengolahan.
Elektrokoagulasi telah banyak digunakan  untuk  mengolah  berbagai  jenis limbah,  diantaranya  penghilangan  warna pada limbah pabrik teh (Maghanga, J.K dkk, 2009), pengolahan limbah tekstil (Kobya, M dkk,  2003),  pengolahan  limbah  zat  warna (Mollah, M.Y.A dkk, 2010, Alaton, I.A dkk
2008, Kashefialasl, M dkk, 2006), pemurnian  air  laut  (Timmes,  T.C,  2009), penghilangan hidrokuinon dari air (Prabhakari, D dkk, 2010), dan penghilangan  logam  –  logam  berat  di perairan (Vasudevan, S, 2009).
Keefektifan elektrokoagulasi sangat dipengaruhi  oleh  parameter  operasional, yaitu  pH  awal,  penambahan  elektrolit garam,  kerapatan  arus,  waktu  elektrolisis dan  konsentrasi  awal  surfaktan  anionik. Pada penelitian ini, parameter yang dioptimasi  adalah  kerapatan  arus  dan  waktu elektrolisis.
Pengaturan kerapatan arus sangat penting  dalam  proses  elektrokoagulasi. Kerapatan arus sangat mempengaruhi kecepatan  elektrolisis  logam  anoda  dan produksi gelembung secara elektrolitik.
Rapat arus (I) didefinisikan sebagai arus (i)  yang  mengalir  pada  elektroda  dengan luas  permukaan  (s)  dari  elektroda.  Jika dimensi  arus  adalah  amper  dan  luas permukaan  elektroda  adalah  cm -2 ,  maka dimensi  rapat  arus  adalah  amper/cm 2 . Karena reaksi elektrolisis dapat berlangsung pada  anoda  dan  katoda  maka  rapat  aruspun dinyatakan  pula  sebagai  rapat  arus  anoda dan rapat arus katoda.
Pada  proses  elektrokoagulasi  ini,  pada anoda  aluminium  terjadi  reaksi  oksidasi aluminium  menghasilkan  ion  Al 3+ .  Rapat arus  anoda  (I A )  merupakan  laju  reaksi oksidasi  Al  menjadi  Al 3+ yang  terjadi  pada permukaan  anoda  dengan  luas  tertentu. Sementara  itu  pada  katoda  reaksi  yang terjadi  adalah  2H 2 O  +  2e  →  H 2 +  2OH - . Secara  fisik  rapat  arus  katoda  diartikan  laju pembentukan  gas  H 2 yang  terjadi  pada permukaan katoda dengan luas tertentu.
Di  bidang  industri,  penggunaan  rapat arus lebih disukai daripada penggunaan arus, terutama di  bidang industri pelapisan secara listrik ( electroplating ), dan industri
pengolahan hasil tambang
( electrometallurgy ).  Sedangkan  penggunaan arus lebih banyak di  bidang  analisis, seperti pada  elektrogravimetri,  coulometri  dan voltametri.
Waktu  elektrolisis  sangat  menentukan jumlah  Al 3+ yang  ada  di  larutan.  Optimasi waktu  dimaksudkan  untuk  mencari  kondisi dimana  %  penurunan  kadar  surfaktan  SDS tinggi  dan  kadar  Al 3+ di  larutan  sekecil mungkin

## 2. METODOLOGI PENELITIAN Alat
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah peralatan gelas yang lazim digunakan di  laboratorium  penelitian  kimia  analitik, sumber  arus  listrik  searah,  voltmeter (multimeter),  amperemeter  (multimeter), pH-meter, konduktometer, pengaduk magnetik, batang pengaduk magnetik, neraca analitis Mettler AE 200, spektrofotometer UV-Vis Agilent,
spektrofotometer  serapan  atom  SpectrAA (PPPGL-Bandung).

## Bahan
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian ini  adalah  sodium  dodesil  sulfat  (SDS), lempeng  aluminium  (95,6%),  aquades, indikator  fenolftalin,  NaOH,  H 2 SO 4(p) , Metilen  biru,  CHCl 3 p.a.,  HCl (p), HNO 3(p) , Al 2 O 3 .
Prosedur Kerja Reaktor
Pengoperasian  dilakukan  dengan  sistem batch . Reaktor elektrokoagulasi yang digunakan  berkapasitas  500  mL  yang dilengkapi  dengan  peralatan  stirrer  untuk mengaduk larutan agar konsentrasi koagulan menjadi homogen. Elektroda yang digunakan  sebagai  anoda  dan  katoda  adalah ukuran  4  cm  x  7  cm  sebanyak  dua  buah. Luas  permukaan  elektroda  anoda  pada penelitian  ini  adalah  0.0028  m 2 sehingga
diperoleh  rasio  luas  permukaan  elektroda anoda  terhadap  volume  reaktor  sebesar  5.6 m 2 /m 3 .  plat  aluminium  (  95,6%)  dengan Jarak  antar  elektroda  adalah  9  mm.  Pada Penelitian  ini  semua  elektroda  dihubungkan dengan  arus  listrik  yang  berasal  dari  arus DC,  yaitu  satu  elektroda  dihubungkan dengan  kutub  positif  yaitu  anoda  dan  satu elektroda dengan kutub negatif yaitu katoda.
Optimasi  kerapatan  arus  dan  waktu eketrolisis pada elektrokoagulasi
Untuk mengoptimasi kerapatan arus dan waktu  elektrolisis  maka  dilakukan  variasi pada  25,  50,  75,  100,  dan  150  A/m 2 .  Pada setiap kerapatan arus dilakukan pengambilan sampel  setiap  15,  30,  45,  dan  60  menit. Parameter  yang  lain  dibuat  tetap  yaitu konsentrasi  SDS  =  200  mg/L,  pH  awal  4, dan tanpa penambahan elektrolit. Kemudian dimonitor  penurunan  kadar  SDS  setiap sampel dengan spektrofotometer secara biru metilen dan dihitung konsumsi energi.

## Pengujian surfaktan anionik
Pada  penelitian  ini  monitoring  kadar surfaktan anionik dilakukan dengan spektrofotometer  secara  biru  metilen  yang mengacu pada SNI 06-6989.51-2005. Prinsip  utama  metode  pengujian  ini  adalah surfaktan  anionik  akan  bereaksi  dengan metilen  biru  membentuk  pasangan  ion berwarna  biru  yang  larut  dalam  pelarut organik. Intensitas warna biru yang terbentuk  diukur  dengan  spektrofotometer pada  panjang  gelombang  652  nm.  Serapan yang  diukur  setara  dengan  kadar  surfaktan anionik.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  kerapatan  arus  dan  waktu elektrolisis
terhadap efektivitas elektrokoagulasi surfaktan anionik
Kerapatan  arus  adalah  arus  yang dialirkan  ke  elektroda  dibagi  dengan  luas permukaan elektroda. Kerapatan arus sangat
mempengaruhi  kecepatan  elektrolisis  logam anoda  dan  produksi  gelembung  secara elektrolitik  (Ankit  Mohta,  2007).  Menurut Malakootian,  M.  dkk,  (2009)  dengan meningkatnya  arus  listrik,  efisiensi  semakin besar.  Pada  potensial  yang  tinggi,  ukuran dan kecepatan terbentuknya flok meningkat, sehingga semakin efektif proses elektrokoagulasi.
Pada  kerapatan  arus  yang  tinggi, pelarutan  aluminium  di  anoda  meningkat, menghasilkan  jumlah  Al 3+ dan  Al(OH) n(s)
yang lebih
banyak.
Meningkatnya
konsentrasi  Al 3+ dapat  meningkatkan  reaksi netralisasi  muatan  kontaminan  membentuk flok.  Selain  itu,  dengan  meningkatnya kerapatan  arus,  kecepatan  terbentuknya gelembung gas hidrogen di katoda meningkat  dan  ukuran  gelembung  gas hidrogen  yang  dihasilkan  kecil.  Gelembung yang  lebih  kecil  memberi  area  permukaan yang  lebih  besar  untuk  mengikat  partikel  di larutan  sehingga  menghasilkan  efisiensi pemisahan yang lebih baik.
Waktu  elektrolisis  sangat  menentukan jumlah  Al 3+ yang  ada  di  larutan.  Optimasi waktu  dimaksudkan  untuk  mencari  kondisi dimana  %  penurunan  kadar  surfaktan  SDS tinggi  dan  kadar  Al 3+ di  larutan  sekecil mungkin.
Variasi  kerapatan  arus  yaitu  25,  50,  75, 100  dan  150  A/m 2 dimonitor  penurunan kadar SDS pada menit ke 15, 30, 45 dan 60. Hasilnya  dapat  dilihat  pada  tabel  dan  grafik di bawah ini:
Tabel 1. Hasil % penurunan kadar surfaktan pada variasi kerapatan arus dan waktu elektrolisis
Kerapatan Arus (A/m 2 ) % penurunan kadar surfaktan pada menit ke 15 30 45 60 25 79.89 91.49 91.9 93.58 50 84.12 89.25 95.94 97.05 75 81.88 94.72 95.78 95.76 100 83.19 91.68 81.24 93.19 150 88.26 94.05 94.79 95.07
Gambar 1.
Hasil % penurunan kadar surfaktan dengan variasi kerapatan arus yaitu 25, 50, 75, 100 dan 150 A/m 2 dimonitor menit ke 15, 30, 45 dan 60.
Kerapatan  arus  50  A/m 2 dengan  waktu elektrolisis 60 menit memberikan efektivitas yang  paling  tinggi.  Di  bawah  dan  di  atas kerapatan  arus  ini  memberikan  efektivitas yang  kurang  baik.  Dengan  meningkatnya potensial  listrik  jumlah  aluminium  yang dioksidasi  meningkat  dan  menyebabkan efektivitas meningkat. Tetapi kerapatan arus yang  terlalu  besar  menyebabkan  tidak  ada waktu  untuk  pembentukan  flok,  sehingga efektivitas menurun.

## 4. KESIMPULAN
Pengolahan  limbah  surfaktan  secara elektrokoagulasi efektif pada kerapatan arus 50 A/m 2 dengan waktu elektrolisis 60 menit dengan efisiensi penurunan kadar surfaktan sebesar 97,05%.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Alaton,  I.A.,  Kabdasli  I.,  dan  Sahin,  Y. (2008): Effect of Operating Parameters on the Electrocoagulation of Simulated
Acid Dyebath Effluent, Open Environ. Biol. Monit. J. 1 , 1-7
Kashefialasl, M., Khosravi, M., Marandi, R., dan  Seyyedi,  K.  (2006):  Treatment  of dye  solution  containing  colored  index acid  yellow  36  by  electrocoagulation using  iron  electrodes, Int.  J.  Environ. Sci. Technol . Vol. 2, No. 4 , 365-371
Kobya, M., Can, O.T., dan Bayramoglu, M., (2003): Treatment of textile
wastewaters byelectrocoagulation using  iron  andaluminum  electrodes, J. Hazard. Mater. B100 , 163–178 Maghanga,  J.K.,  Segor,  F.K.,  Etiégni,  L., dan Lusweti, J. (2009): Electrocoagulation  method  for  colour removal in tea effluent: a case study of chemoni tea factory in rift valley, Bull.
Chem. Soc. Ethiop , 23(3) , 371-381 Mohta, A. (2007): Electro-chemical
Treatment  of  Wastewater,  Master  of Technology
Disertation, Thapar University, 21 – 22 Mollah, M.Y.A., Schennach, R., Parga, J.R., dan Cocke, D.L. (2001): Electrocoagulation  (EC)  –  science and applications, J. Hazard. Mater. 84 , 29– 41
Mollah,  M.Y.A.,  Morkovsky,  P.,  Gomes, J.A.G.,  Kesmez,  M.,  Parga,  J.,  dan Cocke,  D.L.  (2004):  Fundamentals, present  and  future  perspectives  of electrocoagulation, J.  Hazard.  Mater. 114 , 199–210
Mollah, M.Y.A., Gomes, J.A.G., Das, K.K.,
dan Cocke, D.L. (2010): Electrochemical treatment of Orange II dye solution—Use of aluminum sacrificial electrodes and floc characterization, J.  Hazard.  Mater . 174 , 851–858
Prabhakari, D., Basha, C.A., Kannadasan T., dan Aravinthan P. (2010): Removal of hydroquinone from water by electrocoagulation  using  flow  cell  and optimization  by  response  surface methodology. J. Environ. Sci.  Health., Part A , 45 , 400–412
SNI 06-6989.34-2005. Air dan Air  Limbah- bagian 34: Cara Uji Kadar Aluminium (Al) dengan Spektrofotometer Serapan Atom.
SNI  06-6989.51-2005. Air dan Air  Limbah-
bagian  51:  Cara  Uji  Kadar  Surfaktan Anionik dengan Spektrofotometer
Secara Biru Metilen. Timmes, T.C., Chul Kim, H., dan Dempsey, B.A. (2009): Electrocoagulation pretreatment  of  seawater  prior  to ultrafiltration: Bench-scale applications for military water purification  systems, Desalination , 249 , 895–901
Vasudevan,  S.,  Jayaraj,  J.,  Lakshmi,  J.,  dan Sozh, G. (2009): Removal of iron from drinking  water  by  electrocoagulation: Adsorption and kinetics studies, Korean  J.  Chem.  Eng ., 26(4) ,  1058- 106