STUDI PENENTUAN KONDISI OPTIMUM FLY ASH SEBAGAI ADSORBEN DALAM MENYISIHKAN LOGAM BERAT TIMBAL (Pb)

Transkripsi

1 Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 9 (1) :37-43 (Januari 2012) ISSN STUDI PENENTUAN KONDISI OPTIMUM FLY ASH SEBAGAI ADSORBEN DALAM MENYISIHKAN LOGAM BERAT TIMBAL (Pb) DETERMINATION OF FLAY ASH OPTIMUM CONDITION AS THE ADSORBENT FOR REMOVING HEAVY METAL (Pb) Reri Afrianita 1), Yommi Dewilda 2) dan Rafiola Fitri 2) 1) Laboratorium Air Jurusan Teknik Lingkungan Universitas Andalas 2) Laboratorium Buangan Padat Jurusan Teknik Lingkungan Universitas Andalas reri.anita@ft.unand.ac.id ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum fly ash sebagai adsorben dalam menyisihan logam timbal (Pb). Penelitian adsorpsi dilakukan secara batch dengan menggunakan larutan artifisial Pb dengan variasi diameter adsorben, berat adsorben, ph adsorbat, waktu kontak dan kecepatan pengadukan. Hasil penelitian diperoleh kondisi optimum untuk setiap variasi parameter adalah diameter adsorben 0,075-0,14 mm, berat adsorben 1 gram, ph adsorbat 4, waktu kontak 60 menit, dan kecepatan pengadukan 120 rpm. Dapat disimpulkan makin kecil adsorben, maka semakin luas permukaan aktif pada adsorben serta kecepatan pengadukan yang rendah menyebabkan kurang efektifnya tumbukan yang terjadi antar adsorben. Kata Kunci: adsorpsi, fly ash, logam timbal (Pb), kondisi optimum. ABSTRACT This research was conducted to determine the optimum condition of fly ash as the adsorbent in removing lead (Pb). Research was conducted in the batch method by using artificial solution of Pb with some variation adsorbent diameters, adsorbent weight, adsorbate ph, retention time and mixing velocity. The result showed the optimum condition for adsorbent diameter was mm, adsorbent weight was1 gram, ph of adsorbate was 4, retention time was 60 minutes and mixing velocity was 120 rpm. Therefore, in this reseach the smaller the diameter of adsorbent the wider the active surface of adsorbent, hence the lower mixing velocity could cause the lower collision efectivity between each adsorbent. Keywords: adsorption, fly ash, lead (Pb), optimum condition 37

2 Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 9 (1) : (Januari 2012) PENDAHULUAN Timbal (Pb) merupakan logam berat dengan konsistensi lunak dan berwarna hitam. Logam Pb merupakan zat yang tidak dibutuhkan oleh manusia atau binatang. Logam berat Pb dapat meracuni tubuh manusia secara kronis (Mukono, 2006). Metode Penyisihan logam Pb dalam limbah cair salah satu caranya adalah secara adsorpsi (Setiyono, 2004). Adsorpsi telah terbukti merupakan metoda yang cukup efektif untuk mengolah limbah cair. Proses adsorpsi secara umum diartikan sebagai suatu proses dimana suatu partikel pada larutan melekat pada permukaan material adsorpsi (adsorben) (Aluyor, 2008). Adsorben alami yang banyak digunakan dan memiliki banyak aplikasi dalam pengolahan air diantaranya karbon aktif, abu terbang (fly ash), rumput/lumut, bara, serbuk kayu, dan debu kasar (Pandey et al. dalam Aluyor, 2008). Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa fly ash dapat dijadikan sebagai adsorben dengan efisiensi yang cukup baik. Fly ash merupakan residu yang dihasilkan dari tungku pembakaran batubara pada suhu C hingga C (Gatima, et al, 2005). Logam berat utama yang diteliti dapat diserap oleh fly ash batubara adalah Pb, Ni, Cr, Cu, Cd, dan Hg. Maksud dari penelitian ini adalah untuk menentukan kondisi optimum fly ash sebagai adsorben dalam menyisihkan logam Timbal (Pb). Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat Reri Afrianita, dkk adsorben akibat kimia dan fisika (Reynolds, 1996). Adsorpsi dibagi menjadi 2 yaitu: 1. Adsorpsi fisik Terjadi terutama karena adanya gaya tarik antar molekul zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari pada gaya tarik antara molekul dengan pelarutnya (gaya Van der Walls), maka zat terlarut tersebut akan diadsorpsi. Adsorpsi fisik ini mirip dengan proses kondensasi dan biasanya terjadi pada temperatur rendah (Weber dalam Budi, 2008). 2. Adsorpsi kimia Terjadi ikatan sangat kuat antara adsorbat dan adsorben sehingga sulit untuk dilepaskan dan prosesnya hampir tidak mungkin terjadi bolakbalik (Allen dalam Wijaya, 2008). Adsorpsi sebagai proses molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat kimia dan fisika (Reynold, 1996). Adapun mekanisme proses adsorpsi menurut Reynold (1996), mempunyai empat tahapan antara lain: 1. Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben; 2. Difusi adsorbat melalui lapisan film (film diffusin process); 3. Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorben (pore diffusion); 4. Adsorpsi adsorbat pada dinding kapiler atau permukaan adsorben (proses adsorpsi sebenarnya). 38

3 Studi Penentuan Kondisi Optimum Fly Ash sebagai Adsorben Menyisihan Logam Berat Timbal (Pb) Faktor yang mempengaruhi laju dan besarnya adsorpsi yang menyebabkan kesulitan dalam pengembangan model yang akan diterapkan antara lain (Perrich dalam Wijaya, 2008): 1. Luas permukaan adsorben; 2. Ukuran partikel; 3. Jumlah adsorben; 4. Jenis adsorbat; 5. Konsentrasi Adsorbat; 6. Perlakuan pendahuluan terhadap media; 7. ph; 8. Kecepatan pengadukan; 9. Waktu kontak. METODOLOGI Tujuan dari penelitian ini adalah: Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum penyerapan fly ash terhadap konsentrasi logam Timbal (Pb) yang meliputi diameter adsorben, ph larutan adsorbat (influen), berat adsorben, waktu kontak, dan kecepatan pengadukan menggunakan larutan artifisial Tahapan Penelitian Tahapan penelitian meliputi persiapan percobaan penelitian, percobaan optimasi menggunakan larutan artifisial. Selanjutnya analisis dan pembahasan. Studi Literatur Studi literatur memberikan informasi dan teori yang berkaitan dengan penelitian. Persiapan Penelitian Persiapan adsorben fly ash Fly ash yang akan digunakan sebagai adsorben dikumpulkan dari hasil proses pembakaran batubara jenis sub-bituminous dengan klasifikasi fly ash kelas C; Fly ash yang sudah kering, diayak menggunakan sieve shaker untuk mendapatkan variasi diameter. Serbuk inilah yang selanjutnya akan digunakan sebagai adsorben. Persiapan peralatan Peralatan penelitian meliputi alat neraca analitik, jar test, beacker glass 600 ml, labu ukur, gelas ukur 100 ml, corong, statip, dan kertas saring yang berguna untuk memisahkan cairan dengan adsorbennya serta botol sampel yang tertutup untuk menampung larutan yang akan diukur dengan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) merek Rayleight rey x, wfx 320, Percobaan Optimasi Percobaan optimasi dilakukan dengan larutan artifisial logam timbal (Pb) yaitu larutan induk Pb. Variasi parameter pada percobaan optimasi dapat dilihat pada Tabel 1 berikut. Tabel 1. Variasi Parameter pada Percobaan Optimasi No Parameter Satuan Variasi 1. Diameter adsorben mm (0,075-0,140), (0,150-0,290), ( 0,300) 2. Berat gram adsorben 0,5, 1, 2, 3 3. ph adsorbat - 3, 4, 5 4. Waktu kontak menit 45, 60, 75, 90, Kecepatan 60, 90, 120, rpm pengadukan 150,

4 konsentrasi (mg /l) konsentrasi (mg /l) Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 9 (1) : (Januari 2012) Reri Afrianita, dkk HASIL DAN PEMBAHASAN Membahas tentang data yang diperoleh berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dan dilanjutkan dengan pembahasan. Pembahasan meliputi kondisi optimum dari adsorben. 0,40 0,30 0,10 0,00 0,34 0,26 0,19 (0,075-0,140) (0,150-0,290) >003,0 Penentuan Diameter Adsorben Optimum Hasil percobaan variasi diameter adsorben dapat dilihat pada Gambar 1. Pada Gambar 1 terlihat bahwa terjadi penurunan konsentrasi logam timbal (Pb) dari konsentrasi awal. Untuk diameter (>0,3) mm, terjadi penurunan konsentrasi Pb dari 1,3 mg/l menjadi 0,34 mg/l. Sedangkan penurunan konsentrasi untuk diameter (0,15-0,29) mm terjadi dari 1,3 mg/l menjadi 0,26 mg/l. Penurunan konsentrasi logam timbal (Pb) paling besar terlihat pada diameter (0,075-0,14) mm dimana konsentrasi awal logam timbal (Pb) yaitu 1,3 mg/l berkurang menjadi 0,19 mg/l. Penurunan konsentrasi untuk diameter ini terjadi lebih dari 80%. Hal ini memperkuat pernyataan mengenai pengaruh diameter adsorben dimana disimpulkan bahwa semakin kecil adsorben, maka semakin luas permukaan aktif pada adsorben. Penentuan Berat Adsorben Optimum Setelah didapat diameter optimum maka variasi berikutnya yang ditentukan adalah berat adsorben. Terdapat empat variasi untuk berat adsorben yaitu 0,5 gr, 1 gr, 2 gr, dan 3 gr. Penurunan konsentrasi dari variasi berat dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 1. Perbandingan Konsentrasi Akhir Logam Timbal (Pb) untuk Variasi Diameter Adsorben 0,40 0,30 0,10 0,27 diameter adsorben (mm) 0,33 0,35 0,5 1,0 2,0 3,0 berat adsorben (g r) Gambar 2. Perbandingan Konsentrasi Akhir Logam Timbal (Pb) untuk Variasi Berat Adsorben Dari Gambar 2, untuk berat adsorben 0,5 gr hanya dapat mengurangi konsentrasi logam timbal (Pb) menjadi 0,27 mg/l dimana konsentrasi awal yaitu 1,3 mg/l. Untuk berat 1 gr, terjadi penurunan konsentrasi dari 1,3 mg/l menjadi 0,2 mg/l. Sedangkan untuk berat adsorben 2 gr, terjadi penurunan konsentrasi logam timbal (Pb) dari 1,3 mg/l menjadi 0,33 mg/l. Pada variasi berikutnya yaitu 3 gr, konsentrasi logam timbal (Pb) menurun dari 1,3 mg/l menjadi 0,35 mg/l. Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa penurunan konsentrasi yang sangat besar terjadi pada berat 1 gr. 40

5 konsentrasi (mg /l) konsentrasi (mg /l) Studi Penentuan Kondisi Optimum Fly Ash sebagai Adsorben Menyisihan Logam Berat Timbal (Pb) Penentuan ph Optimum Penentuan ph optimum dilakukan dengan 3 variasi yaitu ph 3, 4, dan 5. Variasi ini ditentukan karena penyisihan logam timbal (Pb) terjadi lebih baik pada kondisi asam lemah dan akan terjadi pengendapan pada kondisi basa (Indrawati, 2009). Pada ph 3 nilai konsentrasi menurun dari 1,3 mg/l menjadi 0,102 mg/l. Sedangkan ph 4 nilai konsentrasi lebih tereduksi lagi dari 1,3 mg/l menuju 0,048 mg/l. Untuk ph 5 penurunan konsentrasi kembali meningkat dari 1,3 mg/l menjadi 0,095 mg/l. Ini terbukti bahwa penyisihan logam timbal (Pb) jauh lebih baik bila dilakukan pada kondisi asam dan optimum pada ph 4. Agar lebih jelas mengenai besarnya penurunan konsentrasi setiap variasi yang ada, dapat dilihat pada Grafik 3. 0,19 0,13 0,07 0,01 0,102 0, ph 0,095 Gambar 3. Perbandingan Konsentrasi Akhir Logam Timbal (Pb) untuk Variasi ph Adsorbat Penentuan Waktu Kontak Optimum Parameter waktu kontak memiliki lima variasi. Waktu kontak adalah lamanya waktu yang dibutuhkan untuk pengadukan antara fly ash sebagai adsorben dan larutan artifisial sebagai adsorbat. Berdasarkan penelitian sebelumnya untuk jenis adsorben fly ash teraktivasi menyisihkan logam Cr, waktu kontak optimum yaitu pada menit (Indrawati, 2009). Agar lebih jelas mengenai penurunan konsentrasi untuk masing-masing variasi, dapat dilihat pada Gambar 4. Dari grafik dapat dilihat dengan waktu kontak 45 menit dapat menurunkan konsentrasi logam timbal (Pb) dari 1,3 mg/l menjadi 0,2 mg/l. Untuk waktu pengadukan 60 menit, konsentrasi logam timbal (Pb) dapat berkurang dari konsentrasi 1,3 mg/l menjadi 0,12 mg/l. Selanjutnya pada waktu pengadukan 75 menit, 90 menit dan 120 menit, fly ash dapat mereduksi logam timbal (Pb) dari 1,3 mg/l masing-masing menjadi 0,2 mg/l, 0,26 mg/l dan 0,34 mg/l. Terlihat bahwa pada waktu kontak 60 menit adsorben bekerja lebih optimum dibandingkan dengan variasi waktu lainnya. Ini disebabkan karena sifat fly ash sendiri yang merupakan hasil pembakaran sehingga memiliki titik jenuh yang lebih lama (B. Bayat, 2002). Nilai titik jenuh yang tinggi juga dimiliki oleh adsorben lain seperti zeolit aktif yaitu 150 menit (Fatha,2007). 0,4 0,3 0,2 0,1 0,12 0, waktu kontak (menit) Gambar 4. Perbandingan Konsentrasi Akhir Logam Timbal (Pb) untuk Variasi Waktu Kontak 0,34 41

6 konsentrasi (mg /l) Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 9 (1) : (Januari 2012) Penentuan Kecepatan Pengadukan Optimum Setelah mendapatkan waktu kontak optimum, maka percobaan optimasi selajutnya digunakan untuk mencari kecepatan pengadukan optimum. Pemilihan variasi kecepatan pengadukan berpatokan pada kecepatan pengadukan optimum yang dihasilkan dari percobaan yang dilakukan oleh Sari pada tahun 2010 yaitu 150 rpm. Penurunan konsentrasi untuk variasi kecepatan pengadukan yaitu 60 rpm, 90 rpm, 120 rpm, 150 rpm dan 180 rpm dengan waktu kontak masing-masing 60 menit dapat dilihat pada Gambar 5. Untuk kecepatan pengadukan 60 rpm, dan 90 rpm, konsentrasi logam timbal (Pb) mengalami penurunan yang tak begitu signifikan yaitu dari 1,3 mg/l menjadi 0,52 mg/l dan 0,42 mg/l. Sedangkan pada kecepatan 120 rpm, konsentrasi tereduksi secara tajam yaitu dari 1,3 mg/l menjadi 0,18 mg/l. Pada variasi berikutnya yaitu 150 rpm dan 180 rpm, penurunan konsentrasi berlangsung dari 1,3 mg/l menjadi 0,35 mg/l dan 0,42. Dari penjelasan tersebut didapat kecepatan pengadukan optimum yaitu 120 rpm. Kecepatan pengadukan menentukan kecepatan waktu kontak adsorben dan adsorbat. Pada kecepatan lambat, maka proses adsorpsi berlangsung lambat pula. Kecepatan pengadukan yang rendah menyebabkan kurang efektifnya tumbukan yang terjadi antar adsorben dengan adsorbat sehingga daya serap yang ada bernilai kecil. Kecepatan 120 rpm telah efektif mewakili kecepatan optimum karena dengan Reri Afrianita, dkk kecepatan tersebut pergerakan partikel yang ada menjadi efektif sehingga adsorben dapat menyerap adsorbat yang lebih banyak. Untuk kondisi sebaliknya dengan kecepatan pengadukan yang terlalu cepat, maka kemungkinan yang terjadi struktur adsorben cepat rusak, sehingga proses adsorpsi kurang optimal (Alimatun dalam Mulyatna, 2003). Adsorbat yang telah menempel dan membentuk flok nantinya akan kembali pecah karena besarnya kecepatan yang ada. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,52 0,42 0,18 0, kecepatan pengadukan (rpm) Gambar 5. Perbandingan Konsentrasi Akhir Logam Timbal (Pb) untuk Variasi Kecepatan Pengadukan Melihat kondisi optimum yang diperoleh pada percobaan optimasi untuk proses adsorpsi fly ash terhadap larutan artifisial dengan konsentrasi 1,3 mg/l didapat diameter adsorben (0,075 0,140) mm, berat adsorben 1 g, ph 4, waktu kontak 60 menit dan kecepatan pengadukan 120 rpm. SIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan yang didapatkan, penelitian mengenai Kondisi optimum yang diperoleh dengan 0,42 42

7 Studi Penentuan Kondisi Optimum Fly Ash sebagai Adsorben Menyisihan Logam Berat Timbal (Pb) menggunakan larutan artifisial diantaranya adalah: Diameter optimum dalam penyisihan logam timbal (Pb) dengan fly ash batubara berada pada diameter 0,075-0,14 mm, makin kecil adsorben, maka semakin luas permukaan aktif pada adsorben.; Berat adsorben optimum terjadi pada 1 gram dengan volume sampel 100 ml; ph optimum terjadi pada ph 4, penyisihan logam timbal (Pb) jauh lebih baik bila dilakukan pada kondisi asam; Waktu kontak optimum terjadi pada menit ke-60, ini disebabkan karena sifat fly ash sendiri yang merupakan hasil pembakaran sehingga memiliki titik jenuh yang lebih lama; Kecepatan pengadukan optimum terjadi pada 120 rpm. Kecepatan pengadukan yang rendah menyebabkan kurang efektifnya tumbukan yang terjadi antar adsorben. DAFTAR PUSTAKA Aluyor dan Badmus COD removal from industrial wastewater using activated carbon prepared from animal horns. Department of Chemical Engineering. Universitas of Benin, Benin City; Nigeria. B. Bayat Journal of Hazardous Material, Vol.95(3) Gatima, E., dkk Assessment of Pulverised Fly Ash (PFA) as an Ameliorant of Lead Contaminated Soils. Journal School of Biological Sciences, Plant and Soil Science, University of Aberdeen. ext/ajes/ajes pdf. Akses: 21 Maret Mukono, H.J Prinsip Dasar Kesehatan Lingkungan. Jurnal Kesehatan Lingkungan. Jil 2, No.2. Hal Mulyatna, L, dkk Pemilihan Persamaan Adsorpsi Isoterm Pada Penentuan Kapasitas Adsorpsi Kulit Kacang Tanah Terhadap Zat Warna Remazol Golden Yellow 6. Jurnal Infomatek, Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik: Universitas Pasundan. Reynolds, T.D Unit Operation and Processes. Monterey. California: Broocks/Cole Enggineering Devision. Setiyono Sistem Pengelolaan Limbah B-3 di Indonesia. Kelompok Teknologi Air Bersih dan Limbah Cair, Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan (P3TL), Deputi Bidang Teknologi Informasi, Energi, Mineral dan Lingkungan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). Wijaya, H Penggunaan tanah laterit Sebagai media adsorpsi untuk menurunkan Kadar chemical oxygen (COD) demand pada Pengolahan limbah cair di rumah sakit Baktiningsih klepu, yogyakarta. Tugas Akhir Fakultas Teknik dan Perencanaan Jurusan Teknik lingkungan. Universitas Islam Indonesia: Yogyakarta. 43