SIDANG HASIL TUGAS AKHIR. Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

Transkripsi

1 SIDANG HASIL TUGAS AKHIR AplikasiPasangan PasanganElektrodaAl Al untukpengolahan PengolahanAir Bersihdengan SistemKontinyu Oleh: Karina Rindang Trapsilasiwi Dosen Pembimbing : Abdu Fadli Assomadi, S.Si., MT. Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

2 BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH RUANG LINGKUP TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN

3 LATAR BELAKANG Kegiatan Manusia KualitasAir Baku Air Minum Kebutuhan Bahan Kimia Jumlah Penduduk Kebutuhan Air Efisiensi Pengolahan Harga Pengolahan ELEKTROKOAGULASI Metode Alternatif Pengolahan

4 RUMUSAN MASALAH Pengaruh waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem batch. Pengaruh debit aliran dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu. Perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektrokoagulasi dengan metode jartest.

5 RUANG LINGKUP Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium di laboratorium PDAM Karang Pilang Surabaya menggunakan sistem batchdan dilanjutkan dengan sistem kontinyu. Sampel yang digunakan adalah sampel effluen prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya yang merupakan air influen proses flash mixpdam Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria: Kekeruhan = NTU ph = 6-8

6 Lanjutan Elektroda yang digunakan adalah plat Alumunium (Al) sebagai anoda dan katoda. Jarak antar plat 1,5 cm dan tegangan yang digunakan 9 Volt Variasi yang digunakan pada sistem batch adalah : Variasi waktu kontak: 30, 40, 60, 120 detik Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 Ampere.

7 Lanjutan Variasi yang digunakan pada sistem kontinyu adalah: Variasi debit Parameter yang diukur pada sistem batch adalah kekeruhan, warna, ph, dan konduktivitas. Parameter yang diukur pada sistem kontinyu adalah kekeruhan warna, ph, dan konduktivitas

8 TUJUAN PENELITIAN Menentukan pengaruh waktu kontak dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem batch. Menentukan pengaruh debit aliran dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu. Menganalisa perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektokoagulasi dengan metode jartest.

9 MANFAAT PENELITIAN Memberikan alternatif pengganti bahan kimia (alum) pada pengolahan air minum PDAM.

10 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ELEKTROKIMIA ELEKTROKOAGULASI Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi Logam Yang Digunakan Reaksi Yang Terjadi Pelarutan Logam

11 ELEKTROKIMIA Menurut Sawyer et al. (1995), elektrokimia adalah studi mengenai hubungan antara reaksi kimia dengan energi listrik. Menurut Benefield et al.(1982), ada dua macam sel elektrokimia, yaitu : Sel Galvani atau Sel Volta Sel Elektrolisa

12 ELEKTROKOAGULASI Definisi Elektrokoagulasi: MenurutHoltetal.(2004) metode elektrokimia untuk pengolahan air dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen Menurut Mollah(2004) proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisik dengan menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air

13 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi

14 Logam Yang Digunakan Alumunium merupakan logam yang sering digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrokoagulasi. Ion positif (kation) aluminium yang terlepas (tergantung pada kondisi polutan, ph, dan konsentrasi larutan) secara langsung berinteraksi dengan polutan dan akan terjadi hidrolisa membentuk ion kompleks.

15 Reaksi Yang Terjadi Reaksi elektrokimia dengan logam M sebagai anoda sekaligus katoda adalah sebagai berikut: Pada Anoda: M (s) M (aq) n+ + ne - (2.1) 2 H 2 O (l) 4H + (aq) + O 2(g) + 4e - (2.2) Pada Katoda: M (aq) n+ + ne - M (s) (2.3) 2 H 2 O (l) + 2e - H 2(g) + 2OH - (2.4)

16 Pelarutan Logam w = Ixtx Mr nx F Dimana : w I t Mr = berat aluminium yang larut (gram) = kuat arus yang digunakan (Ampere) = waktu kontak (detik) = berat molekul aluminium, yaitu 27 gram. Mol n = valensi aluminium, yaitu 3 F = konstanta Faraday, Coulomb/mol

17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Kerangka Penelitian Reaktor Elektrokoagulasi Sistem Batch Sistem Kontinyu

18 KerangkaPenelitian Ide Penelitian Studi Literatur C Persiapan alat dan bahan Persiapan Bahan : Sampel yang berasal dari effluen proses prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria : Kekeruhan : NTU ph : 6-8 Persiapan Alat : Reaktor dari akrilik 10x10x15cm (Batch) Reaktor dari kaca (kontinyu) Elektroda Alumunium Adaptor dll A

19 Lanjutan A D Percobaan Pendahuluan (Sistem Batch) : Variasi waktu kontak : 30; 40; 60; 120 detik Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 ampere Tegangan : 9 V, jarak antar elektroda : 1,5 cm Menggunakan elektroda Alumunium (Al) Pengadukan dengan Magnetik Stirer (200rpm dan 50rpm) Waktu kontak dan kuat arus yang paling optimum B

20 Lanjutan B D Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) : Waktu kontak dan kuat arus paling efektif dari percobaan pendahuluan digunakan sebagai acuan untuk menentukan kuat arus dan variasi pada variabel debit yang digunakan di dalam Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) Variabel debit Menggunakan elektroda Alumunium (Al) Tegangan : 9 V Jarak antar elektroda : 1,5 cm Analisa dan Pembahasan C Kesimpulan dan Saran

21 Reaktor Elektrokoagulasi Efluen prasedimentasi Gambar Reaktor dengan Sistem Batch

22 Lanjutan Gambar Reaktor dengan Sistem Kontinyu

23 BAB IV DATA &PEMBAHASAN SISTEM BATCH Analisa Kekeruhan Analisa Warna Analisa DHL Analisa ph Perbandingan dengan Jartest SISTEM KONTINYU Analisa Kekeruhan Analisa Warna Analisa DHL Analisa ph Analisa Efisiensi Arus ANALISA BIAYA

24 SISTEM BATCH No Perlakuan Kombinasi Variasi (Waktu Kontak dan Kuat Arus) 1 Perlakuan 1 30 detik dan 0,3 Ampere 2 Perlakuan 2 30 detik dan 0,6 Ampere 3 Perlakuan 3 30 detik dan 0,9 Ampere 4 Perlakuan 4 30 detik dan 1,2 Ampere 5 Perlakuan 5 40 detik dan 0,3 Ampere 6 Perlakuan 6 40 detik dan 0,6 Ampere 7 Perlakuan 7 40 detik dan 0,9 Ampere 8 Perlakuan 8 40 detik dan 1,2 Ampere 9 Perlakuan 9 60 detik dan 0,3 Ampere 10 Perlakuan detik dan 0,6 Ampere 11 Perlakuan detik dan 0,9 Ampere 12 Perlakuan detik dan 1,2 Ampere 13 Perlakuan detik dan 0,3 Ampere 14 Perlakuan detik dan 0,6 Ampere 15 Perlakuan detik dan 0,9 Ampere 16 Perlakuan detik dan 1,2 Ampere

25 AnalisaKekeruhan Waktukontak120 detikdankuatarus0,9 A mempunyai prosentase penurunan kekeruhan terbesar yaitu 87%

26 AnalisaWarna Waktukontak120 detikdankuatarus0,9 A mempunyai prosentase penurunan warna terbesar yaitu 59,03%

27 AnalisaDHL Waktukontak120 detikdankuatarus0,9 A mempunyai prosentase penurunan DHL terbesar yaitu 27,60%

28 AnalisapH

29 Lanjutan Kombinasivariasikuatarusdanwaktukontakyang digunakan pada masing-masing perlakuan, mengakibatkan terjadinya perubahan nilai ph di dalam air sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan meningkat serta menurun.

30 PerbandingandenganJartest Metode Metode Jartest Elektrokoagulasi No Pengamatan Sebelum Setelah Sebelum Setelah proses proses proses proses 1 Kekeruhan 120 NTU 15,6 NTU 105 NTU 13 NTU 2 % Removal Kekeruhan 87% 87,60% 3 Warna 2,7035 1,1076 2,7337 1,0857 mg/l Pt-Co mg/l Pt-Co mg/l Pt-Co mg/l Pt-Co 4 % Removal Warna 59,03% 60,28% 5 DHL 435 µmhos/cm 315 µmhos/cm 446 µmhos/cm 6 % Removal DHL 27,60% 9,42% 404 µmhos/cm 7 ph 7,58 7,56 7,45 7,25

31 Lanjutan Hasil Pengamatan: Waktu pembentukan flok pada proses elektrokoagulasi lebih cepat daripada jartest. Flok dari proses elektrokoagulasi berukuran lebih besar dengan kandungan air yang sedikit dan lebih stabil. Lumpur yang dihasilkan dari proses elektrokoagulasi relatif sedikit, stabil, dan mudah dipisahkan karena berasal dari oksida logam.

32 Lanjutan Perhitungan Biaya Pengolahan: 1. Metode Elektrokoagulasi Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi: = Tariflistriktotal + Hargatotal plat Al = Rp 0,13365/Liter + Rp 0,6/Liter = Rp 0,73365/Liter 2. Metode Jartest Harga total yang diperlukan untuk metode jartest: = Dosisalum x Hargaalum per gram = 0,04 gram/l x Rp2.700/kg = Rp 0,108/Liter

33 Lanjutan Metode jartest masih lebih murah bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi. Namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia. Pada metode elektrokoagulasi, ion Al 3+ yang digunakansebagaikoagulan bersifatlebihmurnidikarenakanberasaldarilogamyang memiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahan kimia. Disamping itu, pada metode pembubuhan bahan kimiaberupaalum diperlukanpenambahanlarutanyang bersifat basa, dikarenakan ph yang dihasilkan dari proses koagulasi tersebut cenderung turun drastis. Sehingga biaya operasional dari penggunaan bahan kimia dapat lebih mahal bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi.

34 SISTEM KONTINYU Perhitungan debit dan kuat arus yang digunakan: Q elektrokoagulasi = = volume td 24,5 L 120detik = 0,2 L/detik = 12 L/menit Kuataruskontinyu = I batch x Q elektrokoagulasi = 0,9 A x 12 L/menit = 10,8 A 10 A I kontinyu = 5 10Ampere 5 = Q elektrokoagulasi 5 12 L menit 5 2 Ampere = 2,5 L/menit

35 Lanjutan Variasi Perlakuan pada Sistem Kontinyu No Perlakuan Kombinasi Variasi (Kuat Arus dan Debit) 1 Perlakuan 1 2 Ampere dan 2,5 L/menit 2 Perlakuan 2 2 Ampere dan 2 L/menit 3 Perlakuan 3 2 Ampere dan 1,5 L/menit

36 AnalisaKekeruhan Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan kekeruhan pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan% perubahan kekeruhan dapat terjadi pada waktu lebih cepat.

37 AnalisaWarna Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan warna pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan% perubahan warna dapat terjadi pada waktu lebih cepat.

38 AnalisaDHL Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untukmenurunkandhl padaair sampeldengansistemkontinyu, meskipun penurunan% perubahan DHL dapat terjadi pada waktu lebih cepat.

39 AnalisapH Kombinasi variasi debit aliran dan waktu pengambilan sampel mengakibatkanterjadinyaperubahannilaiph didalamair sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan meningkat serta menurun.

40 AnalisaEfisiensi EfisiensiArus Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit) Berdasarkan hasil penimbangan Beratawalplat Al (w 1 ) = 2398 gram Beratakhirplat Al (w 2 ) = 2395,3 gram Beratplat Al yang melarut(w) = w 1 w 2 = ,7 = 2,3 gram Secarateoritis w = w = IxtxMr nxf 2 Ax14400 det ikx 27 3x96500 w = 2,686 gram

41 Lanjutan Berdasarkan hasil perhitungan berat plat terlarut dengan penimbangan maupun secara teoritis, maka dapat dihitung efisiensi arus yang terjadi, yaitu sebesar: M exp Φ = x 100 Mtheo = 2 2, 3, 686 = 85,63% x 100

42 ANALISA BIAYA Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit) Tegangan(V) = 9 Volt Kuatarus(I) = 2 Ampere Waktu operasi(t) = 240 menit = detik Debit aliran(q) = 2,5 L/menit Volume sampelyang diolah = Q x t Daya(P) = 600 Liter = V x I = 9volt x 2Ampere = 18 watt

43 Lanjutan Energi listrik yang dibutuhkan(w) untuk 600L sampel W = P x t = 0,072 kwh(per 600 liter) Energi listrik yang dibutuhkan(w) per liter W = 0,00012 kwh/liter Tarif listrik total = W x Tarif listrik/kwh = 0,00012 kwh/l x Rp 495,00/kwh = Rp 0,0594/Liter

44 Lanjutan Beratplat Al yang melarut = 2,3 gram (per 600 liter) Beratplat Al per liter = 0,0038 gram/liter Hargatotal plat Al = Rp 0,228/Liter Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi: = Tariflistriktotal + Hargatotal plat Al = Rp 0,0594/Liter + Rp 0,228/Liter = Rp 0,2874/Liter = Rp287,4/m 3

45 BAB IV KESIMPULAN & SARAN KESIMPULAN SARAN

46 KESIMPULAN Hasil dari percobaan pendahuluan dengan menggunakan sistem batch didapatkan bahwa waktu kontak selama 120 detik dan kuat arus sebesar 0,9A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 87% dan 59,03%. Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem kontinyu didapatkan bahwa debit aliran sebesar 1,5 L/menit dan kuat arus sebesar 2A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 84,15% dan 52,43%. Metodejartestlebihmurah7x daripadametodeelektrokoagulasi, namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia tersebut.

47 SARAN Perlu dilakukan analisa lebih lanjut dengan menggunakan variasi kekeruhan sampel pada sistem kontinyu. Perludilakukananalisasisaion Al 3+ yang terdapat pada air hasil pengolahan dan dibandingkan dengan metode jartest.

48