Jumat, 16 November 2012

Zeolite Dalam Pengolahan Limbah Cair


PENDAHULUAN

Latar Belakang
Limbah berdasarkan Pasal 1 angka (20) Undang-Undang No. 32 tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup (UUPPLH) adalah sisa suatu usaha dan/atau kegiatan. Selanjutnya, Limbah bahan berbahaya dan beracun (Limbah B3 berdasarkan Pasal 1 angka (22) UUPPLH adalah sisa suatu usaha dan/atau kegiatan yang mengandung B3. Kemudian, Bahan berbahaya dan beracun yang selanjutnya disingkat B3 berdasarkan Pasal 1 angka (20) UUPPLH adalah zat, energi, dan/atau komponen lain yang karena sifat, konsentrasi, dan/atau jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung, dapat mencemarkan dan/atau merusak lingkungan hidup, dan/atau membahayakan lingkungan hidup, kesehatan, serta kelangsungan hidup manusia dan makhluk hidup lain.
Limbah adalah zat atau bahan buangan yang dihasilkan dari proses kegiatan manusia.  Limbah dapat berupa tumpukan barang bekas, sisa kotoran hewan, tanaman, atau sayuran. Keseimbangan lingkungan menjadi terganggu jika jumlah hasil buangan tersebut melebihi ambang batas toleransi lingkungan. Apabila konsentrasi dan kuantitas melebihi ambang batas, keberadaan limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia sehingga perlu dilakukan penanganan terhadap limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah bergantung pada jenis dan karakteristik limbah (Fauziah, 2010).
Untuk menangani adanya bahan limbah yang menjadi produk sampingan dalam kegiatan manusia, maka dibutuhkan suatu pengelolaan dan pengolahan limbah agar bahan tersebut dapat dikembalikan kealam tanpa mencemari lingkungan. Beberapa bahan yang dapat digunakan dalam penetralisir limbah adalah arang aktif, zeolite, pasir kuarsa dan lumpur aktif (Setiyono, 1999).

Tujuan Penulisan
            Adapun tujuan penulisan adalah untuk mengetahui fungsi bahan zeolite dalam kegiatan pengolahan limbah.
PENGGUNAAN ZEOLITE DALAM PENGOLAHAN LIMBAH

Pengertian Zeolite
Zeolit merupakan mineral alumina silikat terhidrat yang tersusun atas tetrahedral-tetrahedral alumina (AlO45-) dan silika (SiO44-) yang membentuk struktur bermuatan negatif dan berongga terbuka/berpori. Muatan negatif pada kerangka zeolit dinetralkan oleh kation yang terikat lemah. Selain kation, rongga zeolit juga terisi oleh molekul air yang berkoordinasi dengan kation. Rumus umum zeolit adalah Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O. Dimana M adalah kation bervalensi n. (AlO2)x(SiO2)y adalah kerangka zeolit yang bermuatan negative. H2O adalah molekul air yang terhidrat dalam kerangka zeolit (Doni, 2011).






Gambar 1. Zeolite alam dan Molekul Zeolite

Zeolit pada umumnya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik. Zeolit alam biasanya mengandung kation-kation K+ ,Na+, Ca2+ atau Mg2+ sedangkan zeolit sintetik biasanya hanya mengandung kation-kation K+ atau Na+. Pada zeolit alam, adanya molekul air dalam pori dan oksida bebas di permukaan seperti Al2O3, SiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O dapat menutupi pori-pori atau situs aktif dari zeolit sehingga dapat menurunkan kapasitas adsorpsi maupun sifat katalisis dari zeolit tersebut. Inilah alasan mengapa zeolit alam perlu diaktivasi terlebih dahulu sebelum digunakan. Aktivasi zeolit alam dapat dilakukan secara fisika maupun kimia. Secara fisika, aktivasi dapat dilakukan dengan pemanasan pada suhu 300-400 oC dengan udara panas atau dengan sistem vakum untuk melepaskan molekul air. Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan melalui pencucian zeolit dengan larutan Na2EDTA atau asam-asam anorganik seperti HF, HCl dan H2SO4 untuk menghilangkan oksida-oksida pengotor yang menutupi permukaan pori (Marco, 2011).

Sifat-sifat Zeolite
-          Kation Penyeimbang
Kerangka Si/Al-O pada zeolit bersifat rigid, akan tetapi kation bukan merupakan bagian dari kerangka ini. Kation yang berada di dalam rongga zeolit disebut exchangeable cations karena bersifat mobil dan dapat digantikan oleh kation lainnya.
Keberadaan dan posisi kation pada zeolit sangat penting untuk berbagai alasan. Lingkar silang dari cincin dan terowongan pada strukturnya dapat diubah dengan mengubah ukuran atau muatan kation. Secara signifikan hal ini akan mempengaruhi ukuran molekul yang dapat teradsorbsi. Pengubahan pada pengisian kationik juga akan mengubah distribusi muatan di dalam rongga yang akan mempengaruhi sifat adsorptif dan aktivitas katalitik dari zeolit tersebut. Dengan alasan ini maka sangat penting untuk mengatur posisi kation di dalam kerangka dan banyak penelitian telah dilakukan untuk maksud tersebut.

-          Zeolit sebagai agen pendehidrasi
Kristal zeolit normal mengandung molekul air yang berkoordinasi dengan kation penyeimbang. Zeolit dapat didehidrasi dengan memanaskannya. Pada keadaan ini kation akan berpindah posisi, sering kali menuju tempat dengan bilangan koordinasi lebih rendah. Zeolit terdehidrasi merupakan bahan pengering (drying agents) yang sangat baik. Penyerapan air akan membuat kation kembali menuju keadaan koordinasi tinggi.

-          Zeolit sebagai penukar ion
Kation Mn+ pada zeolit dapat ditukarkan oleh ion lain yang terdapat pada larutan yang mengelilinginya. Dengan sifat ini zeolit-A dengan ion Na+ dapat digunakan sebagai pelunak air (water softener) dimana ion Na+ akan digantikan oleh ion Ca2+ dari air sadah. Zeolit yang telah jenuh Ca2+ dapat diperbarui dengan melarutkannya ke dalam larutan garam Na+ atau K+ murni. Zeolit-A sekarang ditambahkan ke dalam deterjen sebagai pelunak air menggantikan polipospat yang dapat menimbulkan kerusakan ekologi. Produksi air minum dari air laut menggunakan campuran Ag dan Ba zeolit merupakan proses desalinasi yang baik walaupun proses ini tergolong mahal.
Beberapa zeolit mempunyai affinitas besar terhadap kation tertentu. Clipnoptilolite (HFU) merupakan zeolit alam yang digunakan untuk recovery 137Cs dari sampah radioaktif. Zeolit-A juga dapat digunakan untuk mengisolasi strontium. Zeolit telah digunakan secara besar-besaran untuk membersihkan zat radioaktif pada kecelakaan Chernobyl dan Three-Mile Island.
Zeolit juga digunakan untuk mengurangi tingkat pencemaran logam berat seperti Pb, Cd, Zn, Cu2+, Mn2+, Ni2+ pada lingkungan. Modifikasi zeolit sebagai adsorben anion seperti NO3-, Cl-, dan SO4- telah dikembangkan melalui proses kalsinasi zeolit-H pada suhu 5500C.

-          Zeolit sebagai adsorben
Zeolit yang terdehidrasi akan mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area besar sehingga kemampuan mengadsorb molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul yang dapat teradsorb. Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai kemampuan penyaringan yang sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan pemisahan. Chabazite (CHA) merupakan zeolit pertama yang diketahui dapat mengadsorb dan menahan molekul kecil seperti asam formiat dan metanol tetapi tidak dapat menyerap benzena dan molekul yang lebih besar. Chabazite telah digunakan secara komersial untuk mengadsorb gas polutan SO2 yang merupakan emisi dari cerobong asap. Hal yang sama terdapat pada zeolit-A dimana diameter jendela berukuran 410 pm yang sangat kecil dibandingkan diameter rongga dalam yang mencapai 1140 pm sehingga molekul metana dapat masuk rongga dan molekul benzena yang lebih besar tertahan diluar.
Selain itu zeolit juga dapat digunakan sebagai adsorben zat warna brom dan untuk pemucatan minyak sawit mentah.
Zeolit yang digunakan sebagai penyaring molekular tidak menunjukkan perubahan cukup besar pada struktur kerangka dasar pada dehidrasi walaupun kation berpindah menuju posisi dengan koordinasi lebih rendah. Setelah dehidrasi, zeolit-A dan zeolit lainnya sangat stabil terhadap pemanasan dan tidak terdekomposisi dibawah 7000C. Volume rongga pada zeolit-A terdehidrasi adalah sekitar 50% dari volume zeolit.

-          Zeolit sebagai katalis
         Zeolit merupakan katalis yang sangat berguna yang menunjukkan beberapa sifat penting yang tidak ditemukan pada katalis amorf tradisional. Katalis amorf hampir selalu dibuat dalam bentuk serbuk untuk memberikan luas permukaan yang besar sehingga jumlah sisi katalitik semakin besar. Keberadaan rongga pada zeolit memberikan luas permukaan internal yang sangat luas sehingga dapat menampung 100 kali molekul lebih banyak daripada katalis amorf dengan jumlah yang sama. Zeolit merupakan kristal yang mudah dibuat dalam jumlah besar mengingat zeolit tidak menunjukkan aktivitas katalitik yang bervariasi seperti pada katalis amorf. Sifat penyaring molekul dari zeolit dapat mengontrol molekul yang masuk atau keluar dari situs aktif. Karena adanya pengontrolan seperti ini maka zeolit disebut sebagai katalis selektif bentuk.
Aktivitas katalitik dari zeolit terdeionisasi dihubungkan dengan keberadaan situs asam yang muncul dari unit tetrahedral [AlO4] pada kerangka. Situs asam ini bisa berkarakter asam Bronsted maupun asam Lewis. Zeolit sintetik biasanya mempunyai ion Na+ yang dapat dipertukarkan dengan proton secara langsung dengan asam, memberikan permukaan gugus hidroksil (situs Bronsted). Jika zeolit tidak stabil pada larutan asam, situs Bronsted dapat dibuat dengan mengubah zeolit menjadi garam NH4+ kemudian memanaskannya sehingga terjadi penguapan NH3 dengan meninggalkan proton. Pemanasan lebih lanjut akan menguapkan air dari situs Bronsted menghasilkan ion Al terkoordinasi 3 yang mempunyai sifat akseptor pasangan elektron (situs lewis). Permukaan zeolit dapat menunjukkan situs Bronsted, situs Lewis ataupun keduanya tergantung bagaimana zeolit tersebut dipreparasi.
Tidak semua katalis zeolit menggunakan prinsip deionisasi atau bentuk asam. Sifat katalisis juga dapat diperoleh dengan mengganti ion Na+ dengan ion lantanida seperti La3+ atau Ce3+. Ion-ion ini kemudian memposisikan dirinya sehingga dapat mencapai kondisi paling baik yang dapat menetralkan muatan negatif yang terpisah dari tetrahedral Al pada kerangka. Pemisahan muatan menghasilkan gradien medan elektrostatik yang tinggi di dalam rongga yang cukup besar untuk mempolarisasi ikatan C-H atau mengionisasi ikatan tersebut sehingga reaksi selanjutnya dapat terjadi. Efek ini dapat diperkuat dengan mereduksi Al pada zeolit sehingga unit [AlO4] terpisah lebih jauh. Tanah jarang sebagai bentuk tersubtitusi dari zeolit-X menjadi katalis zeolit komersial pertama untuk proses cracking petroleum pada tahun 1960an. Akan tetapi katalis ini telah digantikan oleh Zeolit-Y yang lebih stabil pada suhu tinggi. Katalis ini menghasilkan 20% lebih banyak petrol (gasolin) daripada zeolit-X.
Cara ketiga penggunaan zeolit sebagai katalis adalah dengan menggantikan ion Na+ dengan ion logam lain seperti Ni2+, Pd2+ atau Pt2+ dan kemudian mereduksinya secara in situ sehingga atom logam terdeposit di dalam kerangka zeolit. Material yang dihasilkan menunjukkan sifat gabungan antara sifat katalisis logam dengan pendukung katalis logam (zeolit) dan penyebaran logam ke dalam pori dapat dicapai dengan baik.
Teknik lain untuk preparasi katalis dengan pengemban zeolit melibatkan adsorsi fisika dari senyawa anorganik volatil diikuti dengan dekomposisi termal. Ni(CO)4 dapat teradsorb pada zeolit-X dan dengan pemanasan hati-hati akan terdekomposisi meninggalkan atom nikel pada rongga. Katalis ini merupakan katalis yang baik untuk konversi karbon monoksida menjadi metana.









Gambar 2. Skema Pengolahan Air Limbah Dengan Zeolite



Fungsi Zeolite
Zeolit merupakan mineral kristal menakjubkan yang mampu menyerap berbagai jenis gas, kelembaban, petrokimia, logam berat, elemen radioaktif tingkat rendah dan banyak berbagai solusi. Saluran dalam molekul zeolite menyediakan daerah permukaan yang besar di mana reaksi kimia dapat berlangsung. Rongga dan saluran dalam kristal dapat menempati hingga 50% dari volume. Zeolit alam dapat melakukan fungsi ini karena kapasitas tukar ion yang tinggi, adsorpsi-desorpsi energi dan kemampuan untuk modifikasi (Marco, 2010).
Zeolit alam penukar ion yang sangat baik untuk menghilangkan dan pemulihan kation logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Cr, Mn dan Fe, Pb, Cu setinggi 97%) dari minum dan limbah air. Amonia merupakan isu utama untuk pengobatan air limbah kota. Mineral yang luar biasa ini memiliki kapasitas besar untuk menyerap amonia. kadar Amoniak dalam air limbah perkotaan dapat dikurangi menjadi 10-15 ppm setelah fasilitas pengolahan (Andika, 2008).

Studi Kasus Penggunaan Zeolite Dalam Pengolahan Limbah
Sisa minyak goreng bekas merupakan masalah yang serius bagi industri kecil krupuk dan lingkungan. Sifat fisik limbah tersebut berwarna cokelat kehitaman, terdapat partikel-partikel padat yang terlarut dalam minyak. Uji pendahuluan terhadap air limbah industri kecil krupuk yang tercemar minyak goreng bekas tersebut didapatkan hasil bahwa cemaran logam paling tinggi disebabkan logam Fe sebesar 26,806 mg/l. Besi merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya apabila kadarnya melebihi ambang batas.
Metode pemecahan masalah yang dihadapi industri kecil krupuk tersebut yang dapat ditawarkan adalah dengan menggunakan sistem absorpsi dengan memanfaatkan zeolite sebagai adsorben. Pengolahan limbah seperti penghilangan kesadahan air yang mengandung ion Ca2+ , penyisihan kandungan logam berat, mengurangi kadar Fe dan Mn, dan absorpsi minyak goreng dapat menngunaka zeolit
Tahapan pelaksanaan pengolahan limbah yaitu dengan mengkontakan zeolit dengan cara diaduk dan mengalirkan limbah pada kolom (kontinyu), adapun skema pengolahan limbah dengan dengan menggunakan zeolit adalah sebagai berikut.

Keterangan gambar :
1.      Bak umpan
2.      Bak efluen
3.      Bak overflow
4.      Kolom adsorpsi
5.      Zeolit aktif
6.      Kasa
7.      statip



PENUTUP

Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari informasi diatas adalah :
1.      Limbah berdasarkan Pasal 1 angka (20) Undang-Undang No. 32 tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup (UUPPLH) adalah sisa suatu usaha dan/atau kegiatan.
2.      Untuk menangani limbah yang ada diperlukan pengelolaan dan pengolahan limbah sehingga tidak berbahaya bagi alam.
3.      Sifat-sifat zeolite adalah kation penyeimbang, agen pendehidrasi, penukar ion, adsorben, dan katalisator.
4.      Zeolit alam penukar ion yang sangat baik untuk menghilangkan dan pemulihan kation logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Cr, Mn dan Fe, Pb, Cu setinggi 97%) dari minum dan limbah air.
5.      Zeolit merupakan mineral kristal menakjubkan yang mampu menyerap berbagai jenis gas, kelembaban, petrokimia, logam berat, elemen radioaktif tingkat rendah dan banyak berbagai solusi.

Saran
Adapun saran yang bisa disampaikan adalah :
1.      Dilakukan pengkajian lebih mendalam mengenai sifat dan karakteristik zeolite yang ada di alam dan zeolite hasil rekayasa.
2.      Pemberian informasi yang lebih lengkap mengenai bahan zeolite.



DAFTAR PUSTAKA

Andika, S. 2008. Limbah Dan Pengolahannya. http://www.scribd.com (22 September 2012).
Doni, K. 2011. Pasir Aktif, Karbon Aktif, Dan Zeolite. Diakses dari http://www.citrabening.com (22 September 2012).
Fauziah, I. 2010. Limbah Industri. Diakses dari http://www.chem-is-try.org (22 September 2012).
Marco, L. 2011. Zeolite. http://www.zeo-chemindo.org (22 September 2012).
Setiyono. 1999. Sistem Pengelolaan Limbah B-3 Di Indonesia. Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair, Direktorat Teknologi Lingkungan, Deputi Bidang Teknologi Informasi, Energi, Material dan Lingkungan. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Jakarta.




Tidak ada komentar: