PENDAHULUANDioksin adalah senyawa yang terdapat dalam air

limbah buangan industri pulp dan kertas yang meng-gunakan klorin pada proses bleaching atau yangdisebut dengan proses kraft. Klorin akan bereaksidengan senyawa organik dalam kayu membentuksenyawa beracun seperti dioksin. Konsentrasi diok-sin dalam air buangan industri pulp dan kertas dapatmencapai 450 gr per tahun. Dioksin adalah senyawaorganik yang sukar terdegradasi dan konsentrasinyaakan berlipat ganda jika masuk ke dalam rantaimakanan karena adanya proses biomagnifikasi(Amiroza dkk., 1999; Becher & Fleschjanys, 1998;Elliot dkk., 2004; EC, 2000; Muir & Servo, 1996;Rini, 2002).

Dioksin adalah salah satu jenis organoklorinyang memiliki empat klor, dua oksigen dan dua cin-cin benzen. Klor adalah unsur halogen yang sangatreaktif sehingga mudah bereaksi dengan senyawaorganik atau senyawa lainnya. Sebagian besar or-ganoklorin menimbulkan efek racun seperti dioksindan furan. Senyawa kimia mematikan ini ditemukandalam konsentrasi tinggi di daerah masyarakat pe-sisir yang memiliki pabrik pulp and kertas.(Amiroza dkk., 1999; EC, 2000; Rini, 2002).

Dioksin sering digunakan untuk menyatakantiga senyawa kimia dengan toksisitas akut yaitu di-oksin, furan dan poliklorodipenil (PCBs) yang se-muanya mempunyai dua cincin benzen dan 4 klor.Dioksin yang paling beracun adalah 2,3,7,8-tetrakloro dibenzo-p-dioksin (TCDD). Struktur

molekul dan sifat fisis dioksin ditampilkan padaGambar 1 dan Tabel 1 di bawah ini (EC, 2000; Tabb& Cretney, 2004; Vine dkk., 2000).

Dioksin dapat menimbulkan berbagai gangguankesehatan seperti kanker, cacat lahir, endometriosis,penurunan jumlah spermatozoa dan gangguanperkembangan janin. Dioksin juga menyebabkankerusakan genetis dan penurunan daya tahan. Padakonsentrasi berkisar antara 1mikrogram sampai be-berapa mikrogram saja dapat menyebabkan kematianpada hewan (Becher & Fleschjanys, 1998; Tabb &Cretney, 2004; Rini, 2002).

ABSTRACTDioxins are a class of chemicals that were contained in wastewater of pulp and paper in-dustry, which they are toxic substances to be on the danger for environmental and humanhealth. The goal of this research is to investigate the capability of extraction process inorder to separate dioxins in wastewater of pulp and paper industry. This research was con-ducted with liquid-liquid extraction using mixer settler extractor. The toluene and waste-water of pulp and paper industry systems, with the toluene as solvent phase were studied.The effect of solvent to feed ratio (S/F), agitation speed and time of extraction were stud-ied respectively. The results showed that dioxins was separated to 3.4177 x 10-2 gmol/mlor 72%. Furthermore, the best result achieved at 30oC and atmospheric pressure operationwere S/F was 0.55, time extraction was 40 minutes and agitation speed of extraction was425 rpm respectively.

Key words: dioxins, liquid-liquid extraction, toluene

EKSTRAKSI DIOKSIN DALAM LIMBAH AIR BUANGANINDUSTRI PULP DAN KERTAS DENGAN PELARUT TOLUEN

Martunus, Zuchra HelwaniJurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau, Pekanbaru 28293

Email: martunusche@yahoo.co.id

Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-4

Gambar 1. Struktur molekul dioksin dan furan

Tabel 1. Sifat fisis dan kimia dioksin

Sifat Fisis dan Kimia Parameter

Rumus kimia,C2H2nCln n = 1 sampai 4

Flash point 170-380oC

Konduktivitas panas tinggi

Warna tidak berwarna

Kelarutan dalam air tidak larut

2

larut di dalam campuran.2. kemampuan tinggi untuk diambil kembali.3. perbedaan berat jenis antara ekstrk dan rafinat

lebih besar.4. pelarut dan larutan yang akan diekstraksi harus

tidak mudah campur.5. tidak mudah bereaksi dengan zat yang akan diek-

straksi.6. tidak merusak alat secara korosi.7. tidak mudah terbakar, tidak beracun dan

harganya relatif murah.Pada penelitian ini ekstraksi dioksin dilakukan

dengan pelarut toluen yang sifat fisisnya sebagaiberikut: densitas 0,865 kg/l; viskositas 0,584 mm2/s;tekanan kritis 41,06 bar; suhu kritis 591,8oK; tidaklarut dalam air (Anonim, 2002). Berdasarkankriteria pelarut maka toluene dapat digunakanuntuk mengekstraksi dioksin dalam air limbahbuangan industri pulp dan kertas.

Ada tiga faktor penting yang berpengaruhdalam peningkatan karakteristik hasil dalamekstraksi cair-cair yaitu (Martunus dkk., 2006;Martunus & Helwani, 2004; 2005; 2006):1. Perbandingan pelarut-umpan (S/F).

Kenaikan jumlah pelarut (S/F) yang digunakanakan meningkatan hasil ekstraksi tetapi harusditentukan titik (S/F) yang minimum agar prosesekstraksi menjadi lebih ekonomis.

2. Waktu ekstraksi.Ekstraksi yang efisien adalah maksimumnyapengambilan solut dengan waktu ekstraksi yanglebih cepat.

3. Kecepatan pengadukan.Untuk ekstraksi yang efisien maka pengadukanyang baik adalah yang memberikan hasilekstraksi maksimum dengan kecepatanpengadukan minimum, sehingga konsumsi energimenjadi minimum.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui danmenentukan kemampuan proses ekstraksi berbasispelarut toluen dapat digunakan untuk memisahkandioksin dalam limbah air buangan industri pulp andkertas dengan melihat pengaruh perbandinganpelarut terhadap umpan (S/F), kecepatanpengadukan dan waktu ekstraksi terhadap hasilekstraksi.

METODE PENELITIANBahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian adalahtoluen buatan Merck (Jerman) sebagai pelarut, diok-sin buatan Merck (Jerman) dan air limbah buangan

Penelitian untuk mengurangi kadar dioksin dalamlimbah buangan industri pulp and kertas telah ban-yak dilakukan dan pada umumnya dilakukan dengancara/metode insinerator (Kumagai, 2003; Öberg &Bergströn, 1986; Pranghofer & Fritsky, 2001; Salak-hov & Efendiev, 2000). Metode ini memiliki be-berapa kelemahan, yaitu (Kumagai, 2003; Prang-hofer & Fritsky, 2001):1. membutuhkan pengolahan awal umpan2. tidak ekonomis karena limbah harus diubah terle-

bih dahulu dalam fasa padat atau gas3. gas hasil pembakaran masih mengadung klorin4. menyebabkan pencemaran udara.

Ekstraksi adalah metode pemisahan suatu zatterlarut dengan menggunakan pelarut. Metode inilebih memungkinkan dibandingkan metode insinera-tor untuk menghilangkan dioksin dalam limbah cairindustri pulp and kertas. Karena limbah dalam fasacair maka digunakan proses ekstraksi cair-cair.Pemilihan pelarut yang cocok merupakan faktorpenting untuk mendukung keberhasilan dalam prosesekstraksi cair-cair. Ekstraksi dioksin dilakukan den-gan menggunakan pelarut toluen, pemilihan ini ber-dasarkan sifat kimia dan fisisnya sehingga sesuaidengan kriteria pelarut.

Ekstraksi cair-cair adalah proses pemisahansuatu komponen dari fasa cair ke fasa cair lainnya.Operasi ekstraksi cair-cair terdiri dari beberapatahap, yaitu (Laddha & Degaleesan, 1976):1. kontak antara pelarut (solvent) dengan fasa cair

yang mengandung zat terlarut (diluent), kemudianzat terlarut akan berpindah dari fasa diluent kefasa pelarut.

2. pemisahan fasa yang tidak saling larut yaitu fasayang banyak mengandung pelarut disebut fasaekstrak dan fasa yang banyak mengandung pela-rut asal disebut fasa rafinat.Aplikasi ekstraksi cair-cair telah digunakan se-

cara luas dalam industri kimia, yaitu industri kimiaorganik dan industri kimia anorganik (Laddha & De-galeesan, 1976).

Saat ini penelitian-penelitian menggunakanproses ekstraksi cair-cair ditujukan untuk mengambilsenyawa (zat-zat) kimia baru atau menemukan pela-rut baru yang memberikan hasil ekstraksi lebih baik(Martunus & Helwani, 2004; 2005).

Untuk mencapai proses ekstraksi cair-cair yangbaik, pelarut yang digunakan harus memenuhi krite-ria sebagai berikut (Martunus & Helwani, 2004;2005):1. kemampuan tinggi melarutkan komponen zat ter-

Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5

3

Rejeksi Zat Organik Air Gambut (Syarfi & Herman)

duktivitas dan konsentrasi dioksin dalam toluenyang diperoleh dibuat dalam bentuk persamaan yangakan digunakan dalam penelitian utama.

Penelitian utamaAir limbah buangan industri pulp dan kertas (F)

dengan volum 100 ml dimasukkan ke dalam tangkidan diaduk sampai homogen, kemudian memasukanpelarut toluen (S) ke dalam tangki dengan S/F =0,25. Limbah tersebut dan pelarut tersebut diadukdengan kecepatan pengadukan 300 rpm dan waktuekstraksi 30 menit, kemudian memisahkan fasa raf-inat dan fasa ekstrak dalam soklet. Ekstrak diambiluntuk ditentukan konduktivitasnya dengan konduk-tivitimeter. Dengan cara yang sama dilakukan padaberbagai S/F yaitu ; 0,35; 0,45; 0,48; 0,50; 0,55;0,75 dan 1. Setelah S/F optimum diperoleh yaitu0,55, penelitian kemudian dilanjutkan pada variasiwaktu ekstraksi (menit) (10; 20; 25; 30; 35; 40; 45;60) dan kecepatan pengadukan tetap yaitu 300 rpm.Tahap akhir dilakukan dengan memvariasikan kece-patan pengadukan (rpm) yaitu 100; 200; 300; 350;400; 425; 450; 500 pada S/F optimum = 0,55 danwaktu ekstraksi optimum = 40 menit yang telahdiperoleh sebelumnya, sehingga diperoleh data ke-cepatan pengadukan optimum yaitu 425 rpm. Hasilpenelitian dalam bentuk konduktivitas dioksin ini,harus diubah ke dalam bentuk konsentrasi denganmenggunakan persamaan yang diperoleh padapenelitian kurva baku sebelumnya.

HASIL DAN PEMBAHASANKurva baku dioksin dalam toluen

Hubungan konduktivitas dioksin dan konsentrasidioksin dalam toluen dapat dilihat pada Gambar 3.Hasil regresi linear diperoleh persamaan sebagaiberikut:

CD = 79,3325k-2,2292dengan:CD : konsentrasi dioksin (gmol/ml).k : konduktivitas larutan (Siemen/cm).

Persamaan tersebut digunakan untuk menentukankonsentrasi dioksin dalam larutan campuran dioksindan toluen pada penelitian utama.

Pengaruh S/FPengaruh S/F dapat dilihat pada Gambar 4 den-

gan kondisi operasi sebagai berikut:Umpan (F) : 100 mlWaktu pengadukan : 30 menitKecepatan pengadukan : 300 rpm

unit bleaching PT. RAPP (Riau) sebagai umpan(diluent). Sifat fisis pelarut dan diluen dapat dilihatpada Tabel 2.

AlatSkema alat penelitian ini dapat dilihat pada Gam-

bar 2, Alat-alat yang digunakan adalah :1. tangki berbaffle terbuat dari bahan plastic dengan

diameter 12 cm, tinggi 12 cm dan lebar baffle 1cm.

2. batang pengaduk stainless steel dengan panjang50 cm dan diameter 0,5 cm.

3. daun pengaduk berbentuk flat blade turbinedengan diameter 5 cm dan lebar daun 1 cm.

Prosedur PenelitianPenentuan kurva baku konsentrasi dioksin

Pada tahap ini dilakukan penelitian untuk menen-tukan kurva standar hubungan konsentrasi dioksindalam toluen terhadap skala pada alat konduktiv-itimeter. Mula-mula campuran dioksin dan toluendengan perbandingan volum tertentu (3 ml/ 100 ml)diaduk dan diukur konduktivitasnya. Dengan lang-kah yang sama, pengukuran dilakukan pada berba-gai perbandingan volum campuran dioksin dantoluen yaitu 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0.08. Data kon-

Tabel 2. Sifat fisis pelarut dan diluen pada 30oC

Sifat Fisis Pelarut Diluen

ρ, kg/l 0,865 1

μ, cP 0,584 1

4

6

3

2

1 1

Keterangan :1. tangki2. baffle3. batang pengaduk4. motor5. daun pengaduk6. statif

5

Gambar 2. Rangkaian alat penelitian

4

Berdasarkan hasil yang ditampilkan pada Gam-bar 4. terlihat bahwa semakin besar S/F maka se-makin banyak dioksin yang dapat diekstraksi mulaidari S/F 0,25 sampai 0,55. Pada S/F 0,55 dioksinyang terambil adalah 2,2674.10-2 gmol/ml untuk 100ml air limbah, ini merupakan hasil optimum yangdiperoleh karena pada S/F lebih besar dari 0,55 jum-lah dioksin yang dapat dipisahkan cenderung tetapsekitar 2,2674 .10-2 gmol/ml.

Pengaruh waktu ekstraksiPengaruh waktu ekstraksi dapat dilihat pada

Gambar 5. Gambar 5 menunjukkan bahwa penamba-han waktu 10 menit menyebabkan dioksin yang da-pat dipisahkan naik sekitar 0,0354 gmol/ml.

Pengaruh waktu ekstraksi tersebut hanya terjadipada kisaran 10 sampai 40 menit, pada waktu 40menit dioksin yang terambil adalah 3,4177.10-2

gmol/ml. Ini merupakan waktu optimum karena padawaktu di atas 40 menit jumlah dioksin yangterekstraksi cenderung konstan.

Pengaruh kecepatan pengadukan (N)Berdasarkan Gambar 6, terlihat bahwa makin

tinggi kecepatan pengadukan maka makin banyakjumlah dioksin yang terekstraksi. Kisaran pengadu-kan yang dilakukan adalah 100 sampai 500 rpm,pada kisaran 150 sampai 425 rpm jumlah dioksinyang dapat dipisahkan meningkat dari 1,474.10-2

sampai 3,4177.10-2 gmol/mol. Pada kecepatan pen-gadukan lebih dari 425 rpm jumlah dioksin yangterekstraksi cenderung tetap sekitar 3,4177.10-2

gmol/ml. Pada kondisi ini merupakan kecepatan pen-gadukan optimum yang dicapai.

KESIMPULANDari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka

dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:1. proses Ekstraksi dapat digunakan untuk menghi-

langkan dioksin dari air limbah buangan industripulp and kertas.

2. toluen dapat digunakan sebagai pelarut untukmengekstraksi dioksin dari air limbah buanganindustri pulp and kertas.

3. kondisi ekstraksi yang relatif baik pada 30oC dan1 atm adalah : perbandingan S/F = 0,55 waktu ekstraksi = 40 menit kecepatan pengadukan (N) = 425 rpm

Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

65.2 65.4 65.6 65.8 66

10-2 x Konduktivitas larutan, Siemen/cm

10-1

x K

onse

ntra

si d

ioks

in, g

mol

/ml

Gambar 3. Kurva baku konsentrasi dioksindalam toluen

1

1.5

2

2.5

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25

S/F

10-2

x Ko

nsen

trasi

dio

ksin

,gm

ol/m

l

Gambar 4. Pengaruh S/F terhadap konsentrasidioksin yang dapat diekstraksi

1

1.6

2.2

2.8

3.4

4

0 20 40 60 80

Waktu, menit

10-2

x K

onse

ntra

si d

ioks

in,

gmol

/ml

Gambar 5. Pengaruh waktu ekstraksiterhadap CD pada S/F optimum

00.5

11.5

22.5

33.5

4

0 100 200 300 400 500 600

Kecepatan pengadukan, rpm

10-2

x K

onse

ntra

si d

ioks

in,

gmol

/ml

Gambar 6. Pengaruh kecepatan pengadukanpada S/F dan waktu optimum

5

Rejeksi Zat Organik Air Gambut (Syarfi & Herman)

Martunus, Fermi, M.I. & Helwani, Z. 2006. Kece-patan Pengadukan Minimum Sistim Kerosin-AsamAsetat-Air dalam Ekstraktor Tangki Berpengaduk(ETB). J. Sain dan Teknologi (EMAS). 16[2]: 37-46.

Martunus & Helwani, Z. 2006. Kecepatan PengadukanMinimum Sistim Refinery Palm Oil (RPO)-AsamAsetat-Air dalam Ekstraktor Tangki Berpengaduk(ETB). J. Optimum. 7[2]: 174-184.

Muir, C.G. & Servo, R.M. 1996. Bioaccumulation ofBleached Kraft Pulp Mill Related Organic ChemistryBy Fish. < http://www.ec.gc.ca/English/Indicator/issus/Toxic/tables.htm [akses 20 April 2004].

Öberg, T. & Bergströn, J. 1986. Dioxins from Scandi-navian Waste Combustion Plants. Chemosphere. 15[9-12]: 2041-2044.

Pranghofer, G.G. & Fritsky, K.J. 2001. Destruction ofPolychlorinated Dibenzo-p-dioxins and Dibemofil inFabric Filters,. in 3rd International Symposium onIncinerator and Flue Gas Treatment Technologies.Brussel.

Rini, D.S. 2002. Minimisasi Limbah dalam Industri Pulpand Paper. Gresik: Ecologycal Observation and Wet-land Conservation:.<http://www.cgs.com/Volume 1/part 1/dioxin.htm> [akses 20 April 2004].

Salakhov, M.S. & Efendiev, A.A. 2000. EcologycalDioxins Danger Burning of Organic Halides andWays of Its Prevention. Journal of Qafqas University.6: 75-78

Tabb, M.B. & Cretney, W.J. 2004. Dioxins and Furansin Crab Hepatoponerease: Use of Principal Compo-nent analysis to Classify Congener Pattern and Deter-mine Linkages to Contaminant Source. <http://www.europa.eu.Int./comm/environt/dioxins/stage 1/fires.pdf [akses 28 April 2004].

Vine, F.M., Stein, L., Weige, K., Schroeden, J.,Dagnan, D., Tse Chui, J.K. & Backer, L. 2000.Plasma 1,1-Dichloro-2,2-bis Ethylene (DDE) Levelsand Immune Response. American J. Epidemilogy. 1[1]: 153.

Pada kondisi ini jumlah dioksin yang dapatdipisahkan adalah 3,4177.10-2 gmol/ml untuk tiap100 ml air limbah atau sekitar 72%.

Ucapan terima kasihPenulis mengucapkan terima kasih kepada

LEMLIT UNRI yang telah mendanai penelitian inidengan biaya SPP/DPP.

DAFTAR PUSTAKAAmiroza, Z.K., Kuflov, E.A., Lozhkina, E.A. &

Halilov, R.R. 1999. Result of determination of Poly-chlorinated Dibenzo-p-dioxin and Dibenzofurans inSnow Cover of Ufa City: <http://ec.gc.ca/NWRI/Regulations.htm.> [akses 20 April 2004].

Anonim. 2002. Data sheet: Toluene. IS2.2.16. Nether-lands: Shell International Chemicals B.V.

Becher, H. & Fleschjanys, D. 1998. Dioxin and Furan:Efidemilogic Assesment of cancer Risks and OtherHuman Health Effect. Enviromental Helath Perspec-tive. 106.

Elliot, J.E., Martin, P.A., Bellward, G.D. & Norstrom,R.J. 2004. Persitant Pulp Mill Pollutants in Wildlife.<http://www.Princeton.com/chap.3/dioxin.pdf>[akses 20 April 2004].

European Commission (EC). 2000. Assesment DietaryIntake of Dioxins and Related PCBs by the Popula-tion of EU Member Status. Brussel: Health & Con-sumen Protection Directorate General.

Kumagai, H. 2003. Exposure Evaluation of Dioxins inMunicipal Waste Incinerator Workers. IndustrialHealth. 41: 167-174

Laddha, G.S. & Degaleesan, T.S. 1976. TransportPhenomena in Liquid-Liquid Extraction . New Delhi:Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd.

Martunus & Helwani, Z. 2004. Ekstraksi Senyawa Aro-matis dari Heavy Gas Oil (HGO) dengan Pelarut Di-etilen Glikol (DEG). J. Si. Tek. 3[2]: 46-50.

Martunus & Helwani, Z. 2005. Ekstraksi Senyawa Aro-matis dari Heavy Gas Oil (HGO) dengan PelarutTrietilen Glikol (TEG). J. Si. Tek. 4[2]: 34-37.