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.