Pengaruh TiO2 sebagai Fotokatalisator dalam Penurunan

Pengaruh TiO2 sebagai Fotokatalisator dalam Penurunan Konsentrasi

Chemical Oxygen Demand dan Warna pada Limbah Cair Industri Tekstil

Putera Hendri Riyanto, Firdaus Ali

Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia

[email protected]

Abstrak

Industri tesktil yang cukup berkembang di Indonesia berimplikasi kepada semakin banyaknya limbah yang

dihasilkan terutama limbah cair, yang dapat menyebabkan pencemaran dikarenakan kandungan pewarna dan

bahan sintetis lainnya. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui efisiensi pengolahan kimia dengan proses

fotokatalisis menggunakan TiO2 dalam menurunkan konsentrasi COD dan warna. Air limbah yang digunakan

berasal dari IPAL JABABEKA yang belum melalui proses pengolahan. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap di

mana air limbah diolah dengan cara diberikan katalis TiO2 dengan rentang 0,20 – 1,24 mg/L, dipaparkan sinar

UV dengan rentang waktu kontak 45 – 240 menit, dan diaduk dengan rentang kecepatan pengadukan 100 – 360

rpm. Hasil penelitian menunjukkan kombinasi variabel yang paling efektif adalah kombinasi dosis TiO2 0,36

g/L, waktu kontak 240 menit, dan kecepatan pengadukan 320 rpm dengan persentase penurunan konsentrasi

COD dan warna adalah 74,51% dan 47,70%. Hasil yang diperoleh belum mencapai baku mutu pada PermenLH

No.5/2014 tentang Baku Mutu Air Limbah untuk Industri Tekstil sehingga pengolahan ini dapat digunakan

sebagai pre-treatment untuk mengolah air limbah sebelum masuk ke primary dan secondary treatment.

Effect of TiO2 in The Reduction of Chemical Oxygen Demand and Color Concentration

in Textile Industry Wastewater

Abstract

Textile industry which is well developed in Indonesia has implication for the increasing number of wastewater

generated, which can lead to contamination because it contains of dyes and other synthetic materials. The

purpose of this study is to determine the efficiency of chemical treatment with photocatalytic process using TiO2

in decreasing COD and color concentration. Wastewater for this study comes from IPAL JABABEKA and has

not yet gone through any treatment. This study will be done in three stages where wastewater is added by TiO2

with a dosage range from 0,20 – 1,24 mg/L, illuminated by UV light with a contact time range from 45 – 240

minutes, and mixed with a mixing velocity range from 100 – 360 rpm. Result of the study shows that the most

effective combination is to combine TiO2 dosage 0,36 g/L, contact time 240 minutes, and mixing velocity 320

rpm with a COD and color removal percentage of 74,51% and 47,70%. The result achieved does not comply

with the regulation PermenLH No.5/2014 tentang Baku Mutu Air Limbah untuk Industri Tekstil, so this treatment

can be used as pre-treatment to treat wastewater before it is treated in primary and secondary treatment.

Keywords: Photocatalytic, COD, Color, TiO2

Pengaruh TiO2..., Putera Hendri Riyanto, FT UI, 2015

mailto:[email protected]

Pendahuluan

Industri tekstil merupakan salah satu industri yang cukup berkembang di Indonesia.

Perkembangan industri tekstil di Indonesia mencapai sekitar 6,65% per tahun (Rahmitha,

2009). Industri tekstil memberikan devisa sebesar 3,8 % terhadap pembentukan Produk

Domestik Bruto (PDB) pada tahun 2006. Pada tahun 2007, pemasukan devisa ini menurun

menjadi 2,4 % (Rahmitha, 2009). Pada tahun 2009, industri tekstil berkontribusi sebesar

12,72 % dalam perolehan devisa hasil industri dan sebesar 9,58 % terhadap total ekspor non

migas. Nilai tersebut meningkat tajam dari hanya sebesar US$ 559 juta pada tahun 1985

(Hermawan, 2011). Dengan semakin banyak produk tekstil yang dihasilkan akan berimplikasi

pada banyaknya limbah cair tekstil yang dihasilkan saat proses produksi.

Industri tekstil yang menggunakan pewarna sintetis sebagai bahan pewarna mengeluarkan

limbah yang sulit untuk didegradasi dengan metode pengolahan biologis yang konvensional

(Yun-cang, 2004). Banyak pewarna yang digunakan pada proses produksi tekstil bersifat non

biodegradable sehingga sangat sulit untuk diolah dengan pengolahan biologis. Hal ini

diakibatkan oleh tingginya kadar COD dan rendahnya kadar BOD pada limbah tekstil

sehingga menyebabkan rasio BOD/COD kurang dari 0,6 yang berarti limbah tidak dapat

didegradasi secara biologis atau lambat jika didegradasi secara biologis. Melihat tingginya

kadar COD yang ada pada limbah tekstil, maka diperlukan pre treatment yang efektif untuk

menurunkan kadar COD sehingga limbah dapat diolah secara biologis dengan lebih mudah

setelah melewati proses pada pre treatment dan primary treatment.

Pada penelitian ini, akan lebih ditekankan pada pengolahan secara kimiawi untuk menurunkan

kadar COD yaitu dengan metode fotokatilisis. Metode ini dilakukan dengan cara memasukkan

limbah ke dalam reaktor UV dan limbah diberikan katalis. Tujuan dari penelitian ini adalah

untuk mengetahui karakteristik awal limbah industri tektil dilihat dari parameter COD, BOD,

TSS, warna, dan rasio BOD/COD; dan untuk menganalisis efektivitas kinerja TiO2 sebagai

fotokatalisator dalam menurunkan konsentrasi COD dan warna pada limbah industri tekstil

dengan proses fotokatalisis ditinjau dari penggunaan dosis TiO2, penggunaan waktu kontak,

dan kecepatan pengadukan. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternative pre

treatment untuk limbah cair industri tekstil sebelum memasuki primary treatment dan

secondary treatment, memberikan rekomendasi katalis yang dapat digunakan untuk

pengolahan limbah cair industri tekstil, dan digunakan sebagai referensi kepada penelitian

selanjutnya sehingga kedepannya dapat menyempurnakan pengolahan kimiawi dalam

menurunkan kadar COD dan warna pada pengolahan limbah cair industri tekstil.


Tinjauan Teoritis

Industri tekstil mengunakan serat dari tumbuhan seperti kapas, serat dari hewan seperti wol

dan sutra, dan juga material sintetis seperti nilon, polyester, dan acrylic (Tufekci et al, 2007).

Industri tekstil juga mengkonsumsi air dalam jumlah yang banyak dan memproduksi limbah

dari tiap-tiap prosesnya (Babu et al, 2007). Sumber utama dari limbah cair indutri tekstil

biasanya berasal dari proses cleaning water, pretreatment, dyeing, dan finishing. Limbah cair

industri tekstil memiliki kadar warna dan COD yang cukup tinggi karena sebagian besar

limbah yang dihasilkan berupa campuran dari bahan-bahan organik sebagai produk samping

dari proses produksi (Hadiwidodo et al, 2009). Limbah cair industri tekstil diketahui memiliki

warna yang pekat, mengandung suspended solid yang tinggi, pH yang fluktuatif, suhu yang

tinggi, dan juga konsentrasi COD yang tinggi (A. Paul & Dhas, 2008). Limbah yang

dihasilkan pada tiap proses produksi tekstil disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Limbah Cair yang Dihasilkan Tiap Proses Produksi Tekstil

Process Wastewater

Fiber Preparation Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Yarn Spinning Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Slashing/Sizing BOD, COD, Logam, Limbah cucian,

Kanji

Weaving Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Knitting Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Tufting Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Desizing

BOD dari kanji terlarut dalam air, kanji

sintetis, minyak pelumas, biocides,

senyawa anti statis

Scouring

Residu desinfektan dan insektisida,

NaOH, deterjen, lemak, minyak, pektin,

lilin, minyak pelumas rajutan, hasil akhir

pemintalan, sisa pelarut

Bleaching Hidrogen peroksida, natrium silikat atau

organic stabilizer dengan pH tinggi


Tabel 1. Limbah Cair yang Dihasilkan Tiap Proses Produksi Tekstil (lanjutan)

Process Wastewater

Singeing Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Mercerizing NaOH dengan pH tinggi

Heat Setting Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Dyeing

Logam, garam, surfaktan, zat warna,

material kationik, sulfida,

asiditas/alkalinitas, sisa pelarut

Printing Suspended solid, urea, pelarut, zat warna,

logam, panas, BOD, busa

Finishing BOD, COD, suspended solid, zat beracun,

sisa pelarut

Product Fabrication Sedikit atau tidak ada limbah yang

dihasilkan

Sumber : Babu et al, 2007

Metode pengolahan limbah tekstil dapat diklasifikasikan menjadi pengolahan fisika, kimia,

dan biologi. Telah diketahui bahwa jika hanya menggunakan satu dari teknik pengolahan ini

akan menjadi tidak efisien dalam mengurangi kadar warna serta kandungan organik lainnya

dalam limbah (Kant, 2012). Cukup sulit untuk mengolah limbah cair industri tekstil

dikarenakan industri memproduksi air limbah dengan komponen yang bervariasi. Sulitnya

limbah tekstil untuk diolah dikarenakan limbah ini mengandung suspended solid serta COD

dengan kadar yang tinggi serta memiliki pH yang sangat fluktuatif (A. Paul & Dhas, 2008).

Metode pengolahan biologis menggunakan proses alami yang melibatkan miroorganisme

untuk mengoksidasi kandungan organik pada limbah. Untuk menurunkan kadar warna pada

limbah cair industri tekstil dengan pengolahan biologis, pada umumnya menggunakan bakteri

dan juga jamur (Zille, 2005).

Metode pengolahan fisik yang digunakan untuk mengolah limbah cair industri tekstil

mencakup membran filtration, koagulasi-flokulasi, sedimentasi, floatation dan lain

sebagainya. Membrane filtration merupakan cara yang cukup efektif untuk menghilangkan

polutan dari air limbah, namum biaya yang yang dibutuhkan sangat tinggi dan periode

penggantian membran juga sangat tinggi. Membrane filtration mencakup nano filtration,

reverse osmosis, dan adsorption (A. Paul & Dhas, 2008). Nano filtration dan reverse osmosis

dapat diterapkan sebagai pengolahan utama atau pengolahan akhir untuk pemisahan,


pemurnian, dan penggunaan kembali dari senyawa garam dan juga molekul besar lainnya

seperti pewarna yang digunakan saat produksi tekstil (Zille, 2005).

Pengolahan kimiawi merupakan pengolahan yang cukup efektif bagi limbah cair industri

tekstil untuk menghilangkan warna namun membutuhkan lebih banyak energi dan juga bahan

kimia dibandingkan pengolahan biologis (A. Paul & Dhas, 2008). Pengolahan kimiawi yang

sudah diterapkan dalam mengolah limbah cair industri tekstil diantaranya adalah dengan

elektrolisis, ozon, dan fotokatalisis (Zille, 2005).

Metode fotokatalisis menjadi sebuah kepentingan dalam bidang pengolahan air limbah karena

proses ini menghasilkan mineralisasi yang sempurna pada operasi dengan suhu dan tekanan

yang tidak tinggi (Zille, 2005). Metode ini dapat dikatakan sebagai akselerasi dari fotoreaksi

akibat adanya katalis (Al-Rasheed, 2005). Pengolahan ini merupakan cara yang efektif untuk

menangani polutan pada air limbah yang sulit untuk didegradasi dengan metode pengolahan

biologis yang konvensional (Yun-cang et al, 2004). Namun dari semua jenis pengolahan

kimiawi yang ada, kerugian utama yang ditimbulkan pada pengolahan ini adalah timbulnya

lumpur dalam jumlah yang cukup banyak yang mungkin dapat menjadi polutan dan

meningkatkan biaya pengolahan (A. Paul & Dhas, 2008). Oleh karena itu, pengolahan

kimiawi digunakan apabilaair limbah memang sudah sulit untuk diolah baik dengan

pengolahan fisik maupun biologis.

Proses fotokatalisis merupakan salah satu jenis dari Advanced Oxidation Procesess (AOP’s)

yaitu proses alternatif yang didesain untuk menghilangkan polutan dari cairan, padatan,

maupun gas. Konsep AOP bertujuan untuk mengkonversi konstituen dari polutan organik

menjadi bentuk yang lebih sederhana, dan relatif tidak berbahaya. AOP merupakan proses

yang berdasarkan dari penggunaan hidroksil radikal yang sangat kuat dan non-selective untuk

mencapai efisiensi oksidasi/degradasi yang baik (Cesaro et al, 2013).

Proses fotokatalisis heterogen merupakan proses yang kompleks. Jalur oksidasinya sampai

saat ini masih belum jelas (Kaan et al, 2012). Pada dasarnya proses fotokatalisis heterogen

dapat dibagi menjadi lima tahap yaitu (Chong et al, 2010) :

1. Transfer massa kontaminan organik yang berada dalam fase cair ke permukaan

fotokatalis (contoh: TiO2).

2. Adsorpsi kontaminan organik ke permukaan fotokatalis yang sudah aktif akibat foton

(aktivasi permukaan katalis oleh energi foton terjadi secara simultan).

3. Reaksi fotokatalisis kontaminan organik fase teradsorpsi pada permukaan fotokatalis.

4. Desorpsi produk dari permukaan fotokatalis.

5. Difusi produk dari permukaan fotokatalis


Pada saat foton dengan yang diabsorbsi memiliki energi yang sama atau melebihi energi celah

pita dari semikonduktor, elektron (e-cb) akan ditransfer dari pita valensi (VB) ke pita konduksi

(CB), dan akan membuat lubang (h+

vb) pada pita valensi (Li, 2013). e-cb dan h

+vb kemudian

akan terlibat dalam reaksi redoks dengan jenis senyawa yang sudah teradsorpsi ke permukaan

fotokatalis pada tahap awal. Jenis senyawa ini di antaranya adalah air (H2O), ion hidroksida

(OH-), senyawa organik, atau oksigen. Oksidasi air atau OH

- yang dilakukan oleh lubang pita

valensi akan memproduksi OH radikal (Al-Rasheed, 2005). OH radikal yang terbentuk akan

mendegradasi polutan yang sudah teradsorpsi ke permukaan fotokatalis dikarenakan OH

radikal merupakan oksidan yang sangat kuat. Berikut adalah reaksi-reaksi yang terjadi pada

proses fotokatalisis dengan TiO2 dimulai dari penyerapan foton hingga pembentukan hidroksil

radikal.

Gambar 1. Reaksi Pembentukan Pasangan Electron-Hole (e-cb dan h

+vb)

Sumber : Al-Rasheed, 2005

Gambar 2. Reaksi Pembentukan OH Radikal

Sumber : Kaan et al, 2012

Gambar 3. Reaksi Reduksi Oksidasi oleh Pasangan Electron-Hole

Sumber : Kaan et al, 2012

Gambar 4. Reaksi Penguraian Kontaminan Organik oleh OH Radikal dan h+

vb

Sumber : Chong et al, 2010


Gambar 5. Mekanisme Formasi Foto-induksi dari Pasangan Electron-Hole dalam Partikel

Semikonduktor TiO2 dengan Kehadiran Polutan Air

Sumber : Chong et al, 2010

Metode Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental mengenai pre treatment untuk air limbah

industri tekstil. Penelitian dilakukan pada skala laboratoritum dengan pengolahan

fotokatalisis. Pengolahan fotokatalisis pada penelitian ini menggunakan reaktor UV dan TiO2

sebagai fotokatalisator. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui hubungan pemberian dosis

TiO2, penggunaan waktu kontak dan kecepatan pengadukan terhadap efektivitas kinerja TiO2

sebagai fotokatalisator dalam menurunkan konsentrasi COD dan warna pada limbah cair

industri tekstil sehingga effluent yang dihasilkan sesuai dengan baku mutu berdasarkan

Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014.

Lokasi yang digunakan untuk pengambilan sampel pada penelitian ini bertempat di Instalasi

Pengolahan Air Limbah Batik di PT. JABABEKA Infrastruktur, sampel limbah diambil dari

influent Bak Ekualisasi. Terdapat dua variabel yang diamati pada penelitian ini yaitu variabel

terikat dan bebas. Berikut adalah tabel yang menunjukkan variabel bebas dan terikat pada

penelitian ini.

Tabel 2. Variabel Penelitian

Variabel Bebas Variabel Terikat

Dosis Katalisator

Kualitas effluent limbah Waktu Kontak

Kecepatan Pengadukan (rpm)

Sumber : Analisis Penulis, 2014


Air limbah diambil dari influent limbah yang masuk ke instalasi pengolahan air limbah

Jababeka sebelum masuk ke unit-unit pengolahan yang ada. Agar air limbah dapat disimpan

dan bisa dilakukan pengujian di kemudian hari khususnya untuk parameter COD, maka

sampel harus diawetkan sesuai dengan SNI 6989.59:2008 Air dan Air Limbah – Bagian 57:

Metoda Pengambilan Contoh Air Permukaan Lampiran B pada Tabel B.1 mengenai Cara

Pengawetan dan Penyimpanan Contoh Air Limbah.

Karakteristik awal air limbah tekstil diuji sebelum melakukan proses fotokatalisis untuk

mengetahui karakteristik air limbah tekstil yang akan diolah pada proses fotokatalisis.

Parameter yang diuji sebagai karakteristik awal adalah BOD5, COD, TSS, dan warna. Hasil

pengujian parameter ini akan dibandingkan dengan baku mutu lingkungan berdasarkan

Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 apakah melebihi baku mutu dan

harus dilakukan proses fotokatalisis. Metode yang digunakan dalam pengujian parameter ini

dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Metode Pengukuran Kualitas Air Limbah yang digunakan

Parameter Satuan Metode

COD mg/L SNI 06-6989.73-2009

BOD mg/L SNI 06-6989.72-2009

TSS mg/L SNI 06-6989.3-2004

Warna mg/L SNI 06-6989.80-2011

Sumber : Standar Nasional Indonesia

Proses fotokatalisis ini akan dilakukan di dalam reaktor UV yang bersifat batch. Di dalam

reaktor UV akan diletakkan hot plate yang berfungsi untuk memutar magnetic stirrer untuk

mengaduk air limbah dengan fotokatalis TiO2 yang berbentuk serbuk. Di dalam reaktor

dipasang lampu UV dengan panjang gelombang 254 nm sebanyak empat buah dengan bentuk

silinder mengitari beaker glass yang berisi air limbah dan fotokatalis. Proses Fotokatalisis ini

dilakukan dengan mengunakan metode two-level full factorial design agar dapat diketahui

kombinasi variabel serta nilai variabel yang paling optimum untuk pengolahan limbah. Pada

percobaan ini dilakukan 3 running, di mana setiap running terdiri dari 8 percobaan

dikarenakan jumlah variabel bebas yang ditentukan pada penelitian adalah 3 variabel. untuk

membuat variasi variabel bebas dengan rentang yang panjang sehingga ketelitian dan

keakuratan dari hasil yang didapat bisa lebih tinggi. Berikut adalah rancangan percobaan two-

level full factorial design pada penelitian ini.


Gambar 6. Rancangan Variasi Dosis Katalis (0.20 – 1.24 g/L)


Gambar 7. Rancangan Variasi Waktu Kontak (45 – 240 menit)


Gambar 8. Rancangan Variasi Kecepatan Pengadukan (100- 360 rpm)


Pada running yang akan dilakukan, sampel air limbah akan dimasukkan ke dalam beaker

glass 1000 mL. Setelah sampel air limbah dimasukkan, air limbah diberikan H2SO4 untuk

mengatur pH berada pada rentang 6,8 – 7,3. Pada setiap running akan didapatkan dosis

Running 3

Running 2

Running 1

0.44

0.28 0.20

0.36

0.60 0.52

0.68

Running 3

Running 2

Running 1

1.00

0.84 0.76

0.92

1.16 1.08

1.24

Running 3

Running 2

Running 1

90

60 45

75

120 105

135

Running 3

Running 2

Running 1

195

165 150

180

225 210

240

Running 3

Running 2

Running 1

160

120 100

140

200 180

220

Running 3

Running 2

Running 1

300

260 240

280

340 320

360


katalis, waktu kontak dan kecepatan pengadukan yang paling baik untuk menurunkan

konsentrasi COD dan warna yang akan dipakai pada running selanjutnya. Kemudian setelah

diolah dengan proses fotokatalisis, air limbah akan diuji konsentrasi COD dan warna untuk

mengetahui persentase penurunan konsentrasi yang didapat.

Hasil Penelitian

Pada penelitian ini diuji karakteristik awal air limbah yang dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. DataKarakteristik Awal Air Limbah Tekstil

Sampling 1

(3/3/2015)

BOD5

(mg/L) pH

COD

(mg/L)

TSS

(mg/L)

Warna

(Pt-Co)

Suhu

(°C)

BOD/COD

Ratio

665,8 9,7 1.742 510 9.625 32 0,38

Sampling 2

(10/3/2015)

BOD5

(mg/L) pH

COD

(mg/L)

TSS

(mg/L)

Warna

(Pt-Co)

Suhu

(°C)

BOD/COD

Ratio

444 8,5 1.192 120 7.250 31,5 0,37

Sampling 3

(24/03/2015)

BOD5

(mg/L) pH

COD

(mg/L)

TSS

(mg/L)

Warna

(Pt-Co)

Suhu

(°C)

BOD/COD

Ratio

476 9,5 2.260 414 10.175 34,6 0,21

Sumber: Analisis Penulis, 2015

Dari data karakteristik awal air limbah diketahui bahwa air limbah masih melewati baku mutu

air limbah yang ada pada PermenLH No. 5 Tahun 2014 dan sulit untuk diolah dengan

pengolahan biologis karena rasio BOD/COD lebih kecil dari 0,6 sehingga dilakukan proses

fotokatalisis sebanyak tiga tahap, berikut hasil dari proses fotokatalisis yang disajikan pada

tabel 5, 6, dan 7.


Tabel 5. Hasil Pengamatan Running Pertama

Variasi Variabel COD awal

(mg/L)

COD

akhir

(mg/L)

Warna awal

(Pt-Co)

Warna akhir

(Pt-Co)

Penyisihan

COD (%)

Penyisihan

Warna(%)

Variasi 1

0,44 gram

1.073 958 5.725 4.725 10,72 17,47 90 menit

160 rpm

Variasi 2

0,44 gram

1.073 876 5.725 4.900 18,36 14,41 90 menit

300 rpm

Variasi 3

0,44 gram

1.192 728 7.250 5.375 38,93 25,86 195 menit

160 rpm

Variasi 4

0,44 gram

1.192 516 7.250 5.225 56,71 27,93 195 menit

300 rpm

Variasi 5

1,00 gram

1.155 884 4.675 4.250 23,46 9,09 90 menit

160 rpm

Variasi 6

1,00 gram

1.155 846 4.675 3.350 26,75 28,34 90 menit

300 rpm

Variasi 7

1,00 gram

1.073 889 5.725 4.825 17,15 15,72 195 menit

160 rpm

Variasi 8

1,00 gram

1.155 821 4.675 4.147 28,92 11,29 195 menit

300 rpm

Sumber : Olahan Penulis, 2015

Tabel 6. Hasil Pengamatan Running Kedua


(mg/L)

COD

akhir

(mg/L)

Warna awal

(Pt-Co)

Warna akhir

(Pt-Co)

Penyisihan

COD (%)

Penyisihan

Warna(%)

Variasi 1

0.28 gram

2260 1991 10175 7225 11.90 28.99 225 menit

340 rpm

Variasi 2

0.28 gram

2260 1989 10175 7642 11.99 24.89 225 menit

260 rpm

Variasi 3

0.60 gram

1974 1818 10175 9250 7.90 9.09 225 menit

260 rpm


Tabel 6. Hasil Pengamatan Running Kedua (lanjutan)


(mg/L)

COD

akhir

(mg/L)

Warna awal

(Pt-Co)

Warna akhir

(Pt-Co)

Penyisihan

COD (%)

Penyisihan

Warna(%)

Variasi 4

0.60 gram

1974 1784 10175 9525 9.63 6.39 225 menit

340 rpm

Variasi 5

0.28 gram

1998 1945 8175 7375 2.65 9.79 165 menit

260 rpm

Variasi 6

0.28 gram

1998 1922 8175 7825 3.80 4.28 165 menit

340 rpm

Variasi 7

0.60 gram

1998 1914 8175 7175 4.20 12.23 165 menit

260 rpm

Variasi 8

0.60 gram

1998 1928 8175 6575 3.50 19.57 165 menit

340 rpm


Tabel 7. Hasil Pengamatan Running Ketiga


(mg/L)

COD

akhir

(mg/L)

Warna awal

(Pt-Co)

Warna

akhir

(Pt-Co)

Penyisihan

COD (%)

Penyisihan

Warna(%)

Variasi 1

0.20 gram

1542 1124 6775 4800 27.11 29.15 210 menit

320 rpm

Variasi 2

0.20 gram

1569 1008 5775 3500 35.76 39.39 210 menit

360 rpm

Variasi 3

0.20 gram

1542 710 7075 5025 53.96 28.98 240 menit

320 rpm

Variasi 4

0.20 gram

1569 718 5775 2725 54.24 52.81 240 menit

360 rpm

Variasi 5

0.36 gram

1542 843 6775 3750 45.33 44.65 210 menit

320 rpm

Variasi 6

0.36 gram

1569 937 5775 3025 40.28 47.62 210 menit

360 rpm


Tabel 7. Hasil Pengamatan Running Ketiga (lanjutan)


(mg/L)

COD

akhir

(mg/L)

Warna awal

(Pt-Co)

Warna akhir

(Pt-Co)

Penyisihan

COD (%)

Penyisihan

Warna(%)

Variasi 7

0.36 gram

1542 393 7075 3700 74.51 47.70 240 menit

320 rpm

Variasi 8

0.36 gram

1569 594 5775 3120 62.14 45.97 240 menit

360 rpm


Kemudian dilakukan analisis statistik dengan software minitab untuk mengetahui faktor yang

paling signifikan untuk menurunkan konsentrasi COD dan warna, analisis statistik disajikan

dalam bentuk grafik Pareto.

Gambar 9. Grafik Paretto untuk Efisiensi Penyisihan COD



Gambar 10. Grafik Paretto untuk Efisiensi Penyisihan Warna


Pembahasan

Pada tabel 5, diketahui bahwa variasi yang paling efektif untuk menurunkan konsentrasi COD

dan warna adalah variasi 4 dengan rincian dosis katalis 0,44 g/L, waktu kontak 195 menit, dan

kecepatan pengadukan 300 rpm. Persentase penurunan COD dan warna pada variasi 4 adalah

56,71% dan 27,93%. Pada running 1 penggunaan dosis katalis lebih kecil dan waktu kontak

lebih lama menghasilkan persentase penurunan yang lebih baik.Hasil ini sesuai dengan

penelitian yang menyatakan bahwa lamanya waktu kontak dan penyinaran sinar UV

menyebabkan persentase penurunan menjadi semakin tinggi (Andari & Wardhani, 2014).

Pada penelitian running pertama diketahui bahwa dosis yang lebih tinggi yatu 1,00 g/L

menghasilkan persentase penurunan konsentrasi yang lebih rendah. Hal ini disebabkan

karena air limbah tekstil diberikan dosis katalis yang terlalu besar sehingga air limbah

menjadi jenuh dan membuat sinar UV terhalang oleh suspensi yang terlalu banyak. Hasil ini

sesuai dengan penelitian yang menyatakan bahwa apabila konsestrasi katalis yang diberikan

melewati dari batas jenuh, laju degradasi akan menurun dikarenakan intersepsi cahaya yang

masuk oleh suspensi yang ditambahkan sebagai katalis tambahan mencegah proses iluminasi,

dan jumlah terbentuknya OH radikal sebagai oksidator utama pada fotokatalisis akan

menurun dan efisiensi dari degradasi menurun (Akpan & Hameed, 2009).



dan warna adalah variasi 1 dengan rincian dosis katalis 0,28 g/L, waktu kontak 225 menit, dan

kecepatan pengadukan 340 rpm. Persentase penurunan konsenstrasi COD dan konsentrasi

warna yang didapat dari pengolahan fotokatalisis dengan variasi 1 adalah 11,90% dan

28,99%. Pada running kedua persentase penurunan konsentrasi COD dan warna yang didapat

sangat kecil. Hal ini disebabkan oleh pemberian dosis katalis dan juga lamanya waktu kontak

yang digunakan. Pada penggunaan dosis 0,60 g/L, dapat dikatakan bahwa pemberian dosis

katalis terlalu banyak sehingga air limbah tekstil menjadi jenuh dan membuat sinar UV tidak

dapat masuk ke dalam air limbah untuk melakukan reaksi fotokatalisis karena dihalangi oleh

suspensi dari serbuk katalis yang sudah melewati batas jenuh. Hasil yang didapat baik dari

running pertama dan kedua juga membuktikan penelitian yang menyatakan bahwa

kemampuan degradasi dengan cara fotokatalisis dengan TiO2 terus meningkat sampai dosis

mencapai 0.5 g/L dan setelah itu relatif konstan atau menurun dengan rentang dosis 0,25 g/L

– 3 g/L (Pekakis et al, 2006).

Namun pada saat dosis katalis yang diberikan 0,28 g/L, persentase penurunan konsentrasi

COD dan warna yang dihasilkan juga tidak sebaik dengan persentase penurunan yang

dihasilkan pada running pertama. Penyebab dari hasil yang jauh lebih baik pada running

pertama dikarenakan dosis katalis yang digunakan lebih banyak dan belum melewati dari

batas maksimal konsentrasi katalis, sehingga dengan bertambahnya katalis akan

meningkatkan permukaan fotokatalis untuk melakukan reaksi dan berakibat pada

meningkatnya jumlah hidroksil radikal yang terbentuk untuk mengoksidasi polutan yang ada

pada air limbah.


dan warna adalah variasi 7 dengan rincian dosis katalis 0,36 g/L, waktu kontak 240 menit dan

kecepatan pengadukan 320 rpm. Persentase penurunan konsentrasi COD dan warna yang

dihasilkan dari percobaan variasi 7 adalah 74,51% dan 47,70%. Dapat dilihat bahwa dosis

yang 0,36 g/L menghasilkan persentase penurunan konsentrasi COD dan warna yang lebih

baik dibandingkan dengan dosis 0,20 g/L. Hal ini t disebabkan karena dosis katalis 0,20 g/L

masih terlalu sedikit sehingga luas permukaan katalis menjadi kecil dan menyebabkan

sedikitnya hidroksil radikal yang terbentuk untuk mengoksidasi polutan yang ada pada air

limbah. Pada pemberian dosis katalis yang lebih tinggi yaitu 0,36 g/L, akan memperluas

permukaan katalis yang dapat menghasilkan hidroksil radikal sehingga oksidasi polutan pun

akan terjadi dengan lebih baik. Hal ini sesuai dengan penelitian yang menyatakan bahwa

dengan meningkatnya jumlah katalis yang diberikan akan meningkatkan jumlah sisi aktif


pada permukaan fotokatalis yang nantinya akan meningkatkan jumlah hidroksil radikal yang

terbentuk pada saat terpapar oleh sinar UV, selama dosis yang diberikan tidak melebihi batas

jenuh pada air limbah tersebut (Akpan & Hameed, 2009). Pernyataan dari penelitian ini

semakin memperkuat analisis yang telah dipaparkan sebelumnya karena dosis 0,36 g/L belum

melewati dosis di mana persentase penurunan konsenstrasi COD dan warna mulai menurun

atau konstan yaitu di atas 0,6 g/L. Salah satu waktu kontak yang digunakan pada running

tahap ketiga ini adalah waktu kontak paling lama yang ada pada rentang waktu kontak yang

dirancang yaitu 240 menit. Percobaan dengan penggunaan waktu kontak selama 240 menit

cenderung memiliki persentase penurunan COD atau warna yang lebih baik untuk dosis 0,20

g/L dan 0,36 g/L. Hal ini disebabkan karena dengan waktu kontak yang lebih lama

dibandingkan waktu kontak yang digunakan pada running di tahap sebelumnya membuat

durasi pemaparan sinar UV pada katalis TiO2 semakin lama membuat proses fotokatalisis

yang terjadi semakin baik karena hidroksil radikal yang terbentuk menjadi semakin banyak

untuk mengoksidasi polutan. Dapat dilihat pada penggunaan waktu kontak 210 menit,

persentase penurunan konsentrasi yang didapatkan belum terlalu baik. Hal ini disebabkan

karena kurangnya durasi pemaparan sinar UV yang mengakibatkan tidak maksimalnya foton

yang diserap untuk membuat pasangan electron-hole tereksitasi dan nantinya akan

membentuk hidroksil radikal.

Selain itu dapat dilihat bahwa dari ketiga tahap running yang dilakukan, persentase penurunan

konsentrasi yang paling baik dari setiap tahap terjadi pada kecepatan pengadukan 300 – 340

rpm. Hal ini menunjukkan bahwa pengadukan cepat membuat katalis yang dibubuhkan pada

air limbah tercampur dengan merata sehingga hidroksil radikal yang terbentuk dapat

mengoksidasi polutan dengan lebih baik.

Dari ketiga running yang sudah dilakukan, disimpulkan bahwa kombinasi paling efektif yang

dapat menurunkan konsentrasi COD dan konsentrasi warna terdapat pada variasi 7 di running

ketiga dengan proses TiO2+UV, dosis katalis TiO2 = 0,36 g/L, waktu kontak = 240 menit,

kecepatan pengadukan = 340 rpm, dan panjang gelombang UV = 256 nm. Persentase

penurunan konsentrasi CODdan warna yang didapat adalah 74,51% dan 47,70%. Namun jika

dibandingkan dengan Peraturan Menteri Lingkunan Hidup No. 5 Tahun 2014, hasil olahan

limbah yang dilakukan pada penelitian ini masih belum masuk baku mutu lingkungan. Oleh

karena itu, pengolahan ini dapat dijadikan sebagai pre treatment.

Pada gambar 9 ditunjukkan seberapa signifikan pengaruh dari satu variabel atau interaksi

antar variabel pada penurunan konsentrasi COD. Dapat diliihat pada gambar 9 bahwa

pengaruh variabel yang melewati reference line adalah pengaruh akibat variabel waktu


kontak. Hal ini menunjukkan bahwa waktu kontak merupakan variabel yang memberikan

pengaruh signifikan pada penurunan konsentrasi COD pada air limbah tekstil. Pengaruh

variabel dosis katalis TiO2 merupakan pengaruh variabel tertinggi kedua setelah waktu

kontak, namun pengaruh variabel ini tidak melewati reference line sehingga pengaruh

variabel ini tidak signifikan terhadap penurunan konsentrasi COD.

Pada gambar 10 ditunjukkan seberapa signifikan pengaruh dari satu variabel atau interaksi

antar variabel pada penurunan kadar warna. Dapat dilihat pada gambar 10 bahwa pengaruh

variabel tertinggi terdapat pada variabel dosis katalis TiO2 dan kecepatan pengadukan, namun

kedua pengaruh variabel ini tidak melewati reference line sehingga dapat disimpulkan bahwa

tidak ada pengaruh variabel yang signifikan atau berpotensial penting pada penurunan kadar

warna. Namun demikian, grafik ini tidak menunjukkan bahwa pengaruh variabel tersebut

hanya memberikan persentase penurunan kadar warna yang buruk melainkan menunjukkan

bahwa pengaruh variabel yang ada tidak memberikan dampak signifikan terhadap

peningkatan atau penurunan konsentrasi warna.

Kemudian dilakukan perancangan unit fotokatalisis dengan dimensi unit 6,5 m x 3,25 m x 5m

yang didapat dari perhitungan kapasitas unit yang dihitung dari debit air limbah 1850 m3

dibagi 4 unit dan dikalikan dengan waktu kontak yang didapatkan dari penelitian yaitu 4 jam.

Setelah itu dihitung kebutuhan katalis dari data dosis optimum yang didapat pada penelitian

dan asumsi bahwa katalis dapat digunakan sebanyak 3 kali sehinga didapat total katalis yang

dibutuhkan per hari adalah 224 kg. Berikut adalah sketsa tampak samping unit fotokatalisis.

Gambar 11. Tampak Samping Unit Fotokatalisis



Kesimpulan

Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan dan hasil yang didapat, maka dapat ditarik

kesimpulan sebagai berikut :

Karakteristik air limbah tekstil yang ada pada PT. JABABEKA Inrastruktur memiliki

rata-rata konsentrasi COD 1731 mg/L, rata-rata konsentrasi BOD5 528,6 mg/L, rata-

rata konsentrasi TSS 348 mg/L, rata-rata konsentrasi warna 9016,7 Pt-Co dan didapat

rasio BOD/COD 0,38; 0,37; dan 0,21 yang menunjukkan bahwa air limbah dapat

didegradasi secara biologis namun prosesnya akan berlangsung sangat lambat dan

pengolahan menjadi tidak efektif (slowly biodegradable), sehingga perlu dilakukan

pre trreatment sebelum menuju ke pengolahan biologis.

Variasi kombinasi variabel bebas antara dosis katalis, waktu kontak, dan kecepatan

pengadukan yang paling efektif untuk proses fotokatalisis dengan TiO2 pada penelitian

ini adalah variasi 7 pada running ketiga dengan rincian dosis katalis = 0,36 g/L, waktu

kontak = 240 menit, dan kecepatan pengadukan = 320 rpm dengan persentase

penurunan konsentrasi COD sebesar 74,51% dan persentase penurunan warna sebesar

47,70%.

Saran

Penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan proses fotokatalis dan menggunakan

katalis TiO2 sebaiknya menggunakan rentang dosis katalis yang lebih kecil agar dosis

optimum dapat dicari dengan keakuratan yang lebih tinggi.

Pada penelitian selanjutnya diperlukan variabel bebas lain yang dapat mempengaruhi

proses fotokatalis seperti pH untuk mengetahui apakah proses fotokatalisis lebih

efektif jika berada dalam pH rendah atau dalam pH yang lebih tinggi.


Daftar Referensi

Akpan, U. G. & Hameed, B. H. 2009. Parameters Affecting The Photocatalytic Degradation of Dyes Using

TiO2-based Photocatalysts: A Review. Journal of Hazardous Materials 170 (2009) 520-529.

Al-Rasheed, Radwan A. 2005. Water Treatment by Heterogeneous Photocatalysis ana Overview. Saline Water

Desalination Research Institute. Saline Water Conversion Corporation.

Andari, N. D. & Wardhani, S. 2014. Fotokatalis TiO2-Zeolit untuk Degradasi Metilen Biru. Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya.

Babu, B. Ramesh. 2007. Textile Technology : An Overview of Wastes Produced During Cotton Textile

Processing and Effluent Treatment Methods. The Journal of Cotton Science 11 : 110-123.

Cesaro, A., Naddeo, V., Belgiorno, V. 2013. Wastewater Treatment by Combination of Advanced Oxidation

Processed and Conventional Biological Systems. J Bioremed Biodeg 2013, 4:8.

Chong, N. M., Jin, B., Chow, W. K. C., Saint, C. 2010. Recent Developments in Photocatlytic Water Treatment

Technology: A Review. Elsevier Water Research 44 2997-3027.

Hadiwidodo, Mochtar, Huboyo H.S., Indrasarimmawati. 2009. Penurunan Warna, COD dan TSS Limbah Cair

INdustri Tekstil Menggunakan Teknologi Dielectric Barrier Duscharge dengan Variasi Tegangan dan Flow Rate

Oksigen. Jurnal Presipitasi Vol. 7 No. 2, ISSTN 1907-167X.

Hermawan,Iwan. 2011. Analisis Dampak Kebijakan Makroekonomi terhadap Perkembangan Industri Tekstil dan

Produk Tekstil Indonesia. Buletin Ekonomi Moneter dan Perbankan.

Kaan, C. C., Aziz, A. A., Ibrahim, S., Matheswaran, M., Saravanan, P. 2012. Studies on Water Management

Issues: Heterogeneous Photocatalytic Oxidation an Effective Tool for Wastewater Treatment – A Review.

INTECH.

Kant, Rita. 2012. Textile Dyeing Industry an Environmental Hazard. University Institute of Fashion Technology.

Natural Science Vol. 4 No. 1 22-26.

Pekakis, A. P., Xekoukoulotakis, P. N., Mantzavinos D. 2006. Treatment of Textile Dyehouse Wastewater by

TiO2 Photocatalysis. Elsevier, Water Research 40 1276-1286.

Rahmitha. 2009. Pengaruh Posisi Persaingan Domestik Terhadap Kemampuan Ekspor Industri Tekstil dan

Produk Tekstil (TPT) Indonesia. Fakultas Ekonomi Universitas Indonesia.

Tufekci, Nese, Sivri N., Toroz I. 2007.Pollutants of Textile Industry Wastewater and Assessment of its

Discharge Limits by Water Quality Standards. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 7: 97-103.

Yun-cang, Li, Lin-da Zou, Hu, Eric. 2004. Photocatalytic Degradation of Dye Effluent by Titanium Dioxide

Pillar Pellets in Aqueous Solution. Deakin University. Journal of Environmental Science Vol. 16, No. 3, pp.

375-379.

Zille, Andrea. 2005. Laccase Reactions for Textile Applications. Universidade do Minho. Escola de Engenharia.


Documents

Pengaruh TiO2 sebagai Fotokatalisator dalam Penurunan