Analisa pH dan Total Suspended Solids (TSS) pada Air limbah Pertambangan
Selain COD dan BOD, para pelaku industri pertambangan pasti melakukan pemantauan terhadap parameter air limbah lainnya, seperti derajat keasaman (pH) dan total padatan tersuspensi atau total suspended solids (TSS). Telah diatur dalam Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KemenLHK) Nomor 5 Tahun 2014 bahwa sebelum air limbah dilepaskan ke lingkungan, maka nilai pH air limbah harus berkisar 6.0 - 9.0 dengan nilai TSS maksimum pada 150 mg/L. Namun, pemantauan Nilai TSS dan pH ini tidak cukup hanya dengan pengecekkan secara laboratorium. Diperlukan sistem pengukuran online yang dapat memantau kedua nilai ini secara aktual dan real time. Apa saja alat yang dapat digunakan untuk analisa kedua parameter ini? Artikel ini akan membahas hal tersebut beserta dengan perbedaan struktur alat laboratorium dan alat online yang membedakannya dalam hal aplikasi.
Derajat keasaman atau yang dikenal dengan pH merupakan parameter umum yang digunakan untuk menentukan kualitas produk apapun, termasuk air limbah buangan. Nilainya dipengaruhi oleh zat organik dan anorganik yang terkandung dalam sampel tersebut. Satu - satunya cara untuk mengetahuinya adalah dengan mengukur dan melakukan pemantauan terhadap parameter tersebut baik pada saat proses ataupun sesaat sebelum air limbah dilepas ke lingkungan. Mengapa? pH yang terlalu ekstrim (extreme pH) dapat mengubah kondisi lingkungan sekitar. Nilai pH 6.0 - 9.0 dipilih karena nilai ini merupakan nilai pH secara umum untuk air sungai. Nilai pH air sungai ataupun sekitarnya yang bersifat asam (pH < 6.0) biasanya disebabkan oleh beberapa hal, salah satunya adalah karena lokasinya yang berada di dekat lahan pertambangan. Disisi lain, tingginya nilai pH (pH > 9.0) lingkungan biasanya disebabkan oleh adanya aktivitas seperti pemupukan pertanian atau industri seperti industri sabun dan semen.
Selain pH, padatan tersuspensi pun dapat membahayakan lingkungan. Tingginya padatan tersuspensi dapat menyebabkan permukaan air tertutup dengan layer yang menghalangi cahaya matahari untuk masuk ke dalam badan air. Terhalangnya sinar matahari ini akan mengganggu fotosintesis tumbuhan air sehingga produksi oksigen dalam air terhambat. Tidak hanya itu, lapisan tersebut juga dapat menghalangi siklus oksigen di udara untuk terlarut dalam badan air. Akibatnya, badan air akan mengalami kekurangan oksigen. Hal ini pun lama kelamaan dapat menyebabkan persaingan kebutuhan oksigen dalam badan air, yang dapat berujung pada kematian kehidupan akuatik. Diperlukan pengukuran secara langsung dan tidak langsung untuk mengetahui efektivitas pengujian yang dilakukan. Lalu alat apa saja yang dapat digunakan untuk aplikasi uji ini?
Pada alat pengukur pH (pH meter), elektroda atau probe merupakan tolak ukur utama. Elektroda berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi ion dalam sampel secara selektif, dalam hal ini ion yang dideteksi adalah ion hidrogen (H+). Prinsip kerjanya adalah dengan mengukur potensial yang terjadi akibat interaksi ion hidrogen (H+) dalam sampel dengan ion hidrogen (H+) yang ada dalam balb elektroda, potensial yang dihasilkan ini kemudian dibandingkan dengan nilai potensial dari elektroda referensi. Semakin banyak ion hidrogen (H+) yang ada dalam sampel akan memicu semakin banyak interaksi yang terjadi sehingga nilai pH yang terjadi terbaca pun semakin rendah. Namun hal ini tidak sepenuhnya berlaku pada parameter TSS, karena tolak ukurnya bergantung pada metode pengukuran yang digunakan.
Alat Benchtop untuk pH dan TSS
Alat tipe benchtop menggunakan koneksi arus listrik secara langsung dan tidak tahan terhadap guncangan. Oleh karena itu alat - alat analisa tipe benchtop hanya direkomendasikan untuk penggunaan statis dan tidak disarankan untuk berpindah tempat dalam kurun waktu yang terlalu singkat. Penggunaan yang tidak semestinya dengan memindah - mindahkan alat benchtop terlalu sering layaknya alat portable dapat menyebabkan kerusakan serius pada sistem. Oleh karena itu analis perlu memperhatikan betul pengemasan dan pemindahan sistem dengan baik. Jika alat telah ditempatkan pada ruangan, analis tetap harus mempertimbangkan kebisingan ataupun getaran yang ada pada tempat tersebut. Tidak hanya itu, analis juga perlu memperhatikan kondisi suhu, kelembaban dan derajat polusi ruangan tersebut. Umumnya, ruangan yang diperlukan oleh alat benchtop memiliki suhu berkisar 10 - 40oC dengan kelembaban maksimum 80% dan derajat polusi II.
Dalam pengukuran pH, diperlukan alat pH meter yang dilengkapi dengan probe ATC (Automatic Temperature Compensation) yang berfungsi untuk mengukur suhu sampel sehingga dapat diketahui perbedaan suhu (gap) antara suhu sampel di lapangan dan suhu sampel dalam ruangan laboratorium. Namun, secara keseluruhan perlakuannya tetap terdiri dari kalibrasi dengan larutan buffer, pencucian probe dan pengukuran pada sampel. Berbeda dengan pH, parameter total padatan tersuspensi (total suspended solids/TSS) sangat direkomendasikan untuk dianalisa dengan metode termogravimetri (thermogravimetry). Pengujian ini melibatkan pencucian, penyaringan, pengeringan dan penimbangan dengan alur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Alur Uji TSS dengan Metode Termogravimetri
Peralatan yang dibutuhkan untuk uji TSS ini adalah corong buchner, pompa vakum, neraca analitik (analytical balance), oven pengering dan desikator. Metode ini direkomendasikan untuk pengukuran TSS secara akurat dan presisi. Cara ini merupakan metode standar yang tercantum dalam SNI Nomor 6989.3 Tahun 2019 dan APHA 2540 D. Metode ini masih amat sangat relevan untuk digunakan. Namun jika yang diinginkan analis hanya untuk mengetahui nilai taksiran atau estimasi nilai TSS, analis dapat menggunakan uji secara spektrofotometri dengan menggunakan alat spektrofotometer.
Gambar 2. Contoh Tampilan (a) pH Meter dan (b) Spektrofotometer
Alat Pengukur pH dan TSS di Lapangan
Jika alat tipe benchtop diperuntukkan hanya untuk penggunaan statis, maka hal tersebut berbeda dengan alat yang didesain khusus untuk penggunaan lapangan. Umumnya, alat ukur lapangan lebih tahan terhadap guncangan dan dapat lebih fleksibel untuk dibawa. Namun alat ukur lapangan ini pun terbagi dua, yakni alat portable dan online. Alat portable digunakan untuk penggunaan fleksibel sehingga analis dapat memilih titik sembarang yang hendak diukur secara cepat. Dari sisi lainnya, jika monitoring dilakukan, maka alat online merupakan pilihan yang tepat.
A. Alat dan Sensor Portable
Apa yang membedakan antara sensor alat portable dan sensor online? Ketahanan perendaman menjadi alasan utama yang membedakan kedua tipe sensor tersebut. Sensor alat portable mungkin hanya dapat digunakan untuk direndam dalam sampel secara kontinu hingga maksimum 2 - 4 jam* (tiap sensor memiliki kapasitas yang berbeda, harap tanyakan pada vendor terkait). Jika lebih dari jam, maka sensor akan terdegradasi lebih cepat dari yang seharusnya. Sistem pada elektroda pH portable hampir mirip dengan sensor elektroda dari alat benchtop, yang mana tipe junction yang tersedia tetap memiliki kapasitasnya untuk menerima siklus elektron dari sampel yang diukur. Terlalu lama merendam elektroda pH dalam sampel dapat menyebabkan terblokadenya junction pada elektroda sehingga elektroda tidak dapat membaca sampel dengan akurat atau bahkan justru rusak. Selain itu, perendaman secara kontinu juga dapat menyebabkan konsentrasi medium elektrolit yang ada dalam chamber elektroda mengalami penurunan konsentrasi akibat adanya proses osmosis yang terjadi.
Pada pengukuran total padatan tersuspensi (total suspended solids/ TSS), pengukuran lapangan dapat menggunakan sensor khusus yang dapat diperuntukkan dalam mengetahui kisaran nilai TSS pada sampel secara langsung di lapangan. Rata - rata sensor ini tetap membutuhkan kalibrasi secara berkala atau sesuai dengan kebutuhan. Guna untuk mengenali sensor pada sampel yang hendak diukur, sensor perlu dikalibrasi dengan memasukkan nilai TSS dari sampel terkait sebagai acuan. Setelah sampel telah dikenali oleh sensor, maka sensor dapat digunakan untuk pengukuran di lapangan maupun sampel yang telah di sampling dari lapangan. Tampilan alat pH meter dan TSS portable serta cara pengukuran dengan sampling ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Contoh Tampilan Alat Portable (a) pH meter, (b) TSS Portable dan (c ) Cara Pengukuran dengan TSS Portable
B. Alat dan Sensor Online
Yang membedakan antara sensor pH online dengan sensor pH portable adalah sensor pH online dapat digunakan secara kontinu bahkan dengan merendamnya dalam sampel lebih dari 24 jam atau bahkan hingga berbulan - bulan. Sistem apa yang menyebabkannya dapat bertahan? Dalam sensor pH online, terdapat jenis junction (jembatan garam) yang lebih panjang atau bahkan terdapat junction tambahan yang dapat menyediakan ruang yang lebih luas untuk elektron dalam siklus sehingga pembacaan lebih cepat dan lebih tahan terhadap terjadinya sumbatan/ blokade pada junction. Namun untuk beberapa kasus, hal ini pun terkadang masih menimbulkan sumbatan jika sensor tidak dibersihkan secara rutin. Beberapa produsen pun melakukan improvisasi untuk mempermudah para analis dan operator melakukan pemantauan (monitoring). Umumnya elektroda kombinasi adalah penggabungan antara elektroda sampel dan elektroda referensi, dengan improvisasi, terdapat sensor pH online yang telah dilengkapi dengan elektroda tambahan yang disebut dengan ground electrode. Hasilnya adalah elektroda dapat digunakan untuk sampel dengan pH ekstrim ataupun sampel keruh dalam kurun waktu yang cukup lama.
Gambar 4. Ilustrasi Susunan Elektroda Kombinasi untuk Sensor pH Online
Perihal sensor untuk parameter total padatan tersuspensi (total suspended solids/ TSS), prinsip kerjanya tetaplah sama seperti jenis sensor portable hanya saja material sensor online TSS lebih tebal dan memiliki ketahanan yang cukup untuk direndam dalam jangka waktu yang cukup panjang. Biasanya, titik yang diambil untuk pengukuran TSS lebih spesifik dibandingkan parameter pH. Oleh karena itu, operator perlu mempertimbangkan jenis sensor yang cocok, yakni dengan mempertimbangkan titik pengukuran pada pipa atau pada tangki. Dari kedua parameter ini, tetap dibutuhkan controller untuk membaca sinyal yang dikirimkan dan mengubahnya menjadi nilai yang langsung muncul pada display. Beberapa controller justru dilengkapi dengan relay 4 - 20 mA yang memungkinkan koneksi pada pompa dosing.
Gambar 5. Contoh Tampilan Alat (a) Controller , (b) Sensor pH online dan (c) Sensor TSS online
Referensi
American Public Health Association. Standard Method 2540 D :
Badan Standardisasi Nasional. 2004. Standar Nasional Indonesia Nomor 06-6989.11 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 11 : Cara Uji Derajat Keasaman (pH) dengan Menggunakan Alat pH Meter”
Badan Standardisasi Nasional. 2019. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989.3 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 3: Cara Uji Padatan Tersuspensi Total (Total Suspended Solids/ TSS) Secara Gravimetri”
Hach Company. 2010. Hach Method 8006 : Suspended Solids, https://camblab.info/wp-content/uploads/2011/09/suspendedsolidsmethod.pdf diakses pada Tanggal 23 November 2023
US Environmental Protection Agency. 2023. pH., https://www.epa.gov/caddis-vol2/ph diakses pada Tanggal 22 November 2023