SEMINAR TUGAS AKHIR APLIKASI ELEKTROKOAGULASI PASANGAN ELEKTRODA BESI UNTUK PENGOLAHAN AIR DENGAN SISTEM KONTINYU. Surabaya, 12 Juli 2010

Transkripsi

1 SEMINAR TUGAS AKHIR APLIKASI ELEKTROKOAGULASI PASANGAN ELEKTRODA BESI UNTUK PENGOLAHAN AIR DENGAN SISTEM KONTINYU Oleh : Andri Lukismanto ( ) Dosen Pembimbing : Abdu Fadli Assomadi S.Si MT Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 12 Juli 2010

2 LATAR BELAKANG Kepadatan Penduduk Air Sungai Alternatif Elektrokoagulasi Koagulan 2

3 TUJUAN DAN MANFAAT Tujuan dari Penelitian ini adalah : 1. Menentukan waktu kontak dan kuat arus Sistem Batch 2. Menentukan waktu kontak dan kuat arus Sistem Kontinyu 3. Analisa biaya dan Perhitungan elektroda yang terlarut Manfaat Penelitian adalah Elektrokoagulasi sebagai Alternatif pengganti koagulan kimiawi 3

4 DASAR TEORI ELEKTRO KOAGULASI ELEKTROLISA (adalah proses untuk mengubah energi listrik menjadi energi kimia membangkitkan reaksi redoks KOAGULASI (suatu proses destabilisasi dan penggabungan dari partikel-partikel koloid dan halus yang tersuspensi dengan menggunakan bahan koagulan). (Kusnaedi, 1995) 4

5 DASAR TEORI Mekanisme 1 Anoda: 4 Fe 4 Fe e - Chemical 4 Fe H 2 O + O 2 4 Fe(OH) H + Katoda : 8 H + + 8e - 4 H 2 Reaksi Keseluruhan : 4 Fe H 2 O + O 2 4 Fe(OH) H 2 Suasana basa Suasana asam Mekanisme 2 Anoda : Fe Fe e - Chemical Fe OH - Fe(OH) 2 Katoda : 2 H 2 O + 2 e - H OH - Reaksi Keseluruhan : Fe + 2 H 2 O + O 2 Fe(OH) 2 + H 2 5

6 DASAR TEORI Hukum Faraday I: massa zat yang dihasilkan di elektroda selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan banyaknya mol elektron (kuantitas kelistrikan) yang diberikan ke elektroda w = e.i.t = gek.i.t = = Ar.I.t F n. F w = massa zat yang diendapkan (g). e = tetapan = (gek : F) I = kuat arus listrik (A). gek = massa ekivalen zat (gek). t = waktu (dt). n = valensi ion. Ar = massa atom relatif. F = bilangan faraday = C 6

7 METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan kuat arus terbaik Percobaan Pendahuluan Variasi yang digunakan : Arus : 0,3 A ; 0,6 A ; 0,9 A ; 1,2 A Waktu : 30 ; 40 ; 60 ; 120 detik Percobaan Kontinyu -ph -Kekeruhan -DHL -Warna 7

8 ANALISA DAN PEMBAHASAN Diberi aliran listrik Fenomena yang Terjadi: aliran listrik dimatikan - Timbulnya gelembung pada daerah antara dua elektroda besi, gelembung tersebut adalah gas H 2 - Adanya buih warna putih yang keluar dari elektroda besi tepatnya pada anoda, itu adalah wujud dari Fe(H 2 O) 3 (OH) 3 dari hasil reaksi - Gelembung gas H 2 yang terdapat disekitar elektroda mulai hilang dikarenakan sudah tidak adanya aliran listrik - Terbentuk lapisan berwarna kecoklatan yang merupakan flok,dimana flok tersebut mengapung yang diakibatkan adanya gas H 2 dan mengendap pada reaktor. - Warna air sampel menjadi lebih kuning dan bening 8

9 ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa kekeruhan pada percobaan pendahuluan Penurunan kekeruhan terbesar 9

10 Mengapa??? ANALISA DAN PEMBAHASAN Secara keseluruhan dengan peningkatan kuat arus dan waktu kontak maka semakin besar dosis koagulan yang ditambahkan maka akan semakin banyak ion ion aquometalik Fe(OH) 3 yang mendestabilisasi koloid sehingga semakin banyak flok yang terbentuk dan akhirnya terjadi pengendapan, hal ini menyebabkan persentase penurunan semakin meningkat (Karamah, 2005) 10

11 ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa ph pada percobaan pendahuluan beda ph Analisa ph beda ph (30 detik) 0.00 beda ph (40 detik) beda ph (60 detik) beda ph (120 detik) kuat arus ph sampel dapat mempengaruhi kelarutan dari suatu koagulan. Semakin mudah larut suatu koagulan, maka semakin mudah terbentuknya ion aquometalik yang akhirnya semakin cepatnya partikel koloid ternetralisasi membentuk flok 11

12 ANALISA DAN PEMBAHASAN Mengapa ph turun??? Pada Anoda: 4 Fe 4 Fe e - 4 Fe H 2 O + O 2 4 Fe(OH) H + Mengapa ph naik??? Pada Anoda : Fe Fe e - Fe OH - Fe(OH) 2 Pada Katoda : 2 H 2 O + 2 e - H OH - Reaksi Keseluruhan : Fe + 2 H 2 O + O 2 Fe(OH) 2 + H 2 4Fe(OH) 2 + O 2 + H 2 O 4 Fe(OH) 3 12

13 ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa warna pada percobaan pendahuluan I (A) 30 detik 40 detik 60 detik 120 detik Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Hasil terbaik yaitu pada kuat arus 1,2 selama 120 detik

14 Mengapa??? ANALISA DAN PEMBAHASAN Pada proses elektrokoagulasi diatas dapat diketahui bahwa warna mengalami penurunan. Penurunan warna disebabkan oleh proses adsorbsi, dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung pada permukaan zat padat (koagulan) dari proses elektrokoagulasi. Proses adsorbsi disini berfungsi untuk menyisihkan senyawasenyawa aromatik dan senyawa organik terlarut 14

15 Kekurangan. ANALISA DAN PEMBAHASAN Pada analisa warna terdapat kekurangan yaitu analisa warna dilakukan dengan standar PtCo seharusnya dilakukan analisa terhadap warna yang diakibatkan oleh Fe 2+ sehingga dapat diketahui hasil warna setelah proses elektrokoagulasi Y Fe = 3,316 Y PtCo + 0,

16 ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa DHL pada percobaan pendahuluan Arus 30 detik 40 detik 60 detik 120 detik DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) Nilai DHL diperlukan dikarenakan diperlukan pergerakan ion dari katoda ke anoda sehingga proses ini dapat berjalan, penurunan nilai DHL dapat diindikasikan dengan penurunan kuat arus pada saat proses elektrokoagulasi berlangsung 16

17 Mengapa??? ANALISA DAN PEMBAHASAN Nilai DHL tinggi pada larutan dengan jumlah zat padat terlarut yang tinggi pula. Pada proses elektrokogulasi, semakin lama waktu operasi sehingga dosis yang dikeluarkan semakin meningkat akan meningkatkan efisiensi penurunan nilai TDS (Karamah, 2006) 17

18 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Penentuan Kebutuhan Kuat Arus dan Debit yang Digunakan pada Reaktor Kontinyu Pada Percobaan Pendahuluan 1,2 Ampere ; 60 detik Pada reaktor kontinyu, volume ruangan elektrokoagulasi sebesar 25 liter. Sehingga dibutuhkan arus sebesar : 25 x 1,2 Ampere = 30 Ampere Jadi dibutuhkan arus 30 A dengan debit 25 liter / menit. Q 25 liter/meni 30 Ampere 2 Ampere t 1,66 liter / menit 18

19 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Semakin lama waktu proses elektrokoagulasi maka pembetukan H2 dan OH - semakin banyak sehingga semakin banyak pula jumlah kompleks yang mengikat polutan dan jumlah gas hidrogen. Dengan demikian jumlah polutan dalam larutan akan semakin berkurang (Putero. S.H. dkk, 2008). Oleh karena itu berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh besar kuat arus yang dibutuhkan untuk percobaan kontinyu sebesar 2A dengan debit yaitu 1,66 dm 3 /liter sehingga dilakukan variasi debit yaitu sebesar 1,66 l/menit ; 1,5 l/menit ; 1,25 l/menit ; 1 l/menit dan 0,75 l/menit 19

20 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa Kekeruhan pada percobaan Kontinyu 20

21 Mengapa??? ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Berdasarkan hukum Faraday I diketahui bahwa jika semakin besar waktu yang digunakan untuk proses elektrolisis maka total muatan yang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini menyebabkan massa zat yang dihasilkan di elektroda juga semakin besar. Semakin besar massa zat yang dihasilkan di elektroda menyebabkan penurunan konsentrasi koloid menjadi semakin besar. Jadi efisiensi penurunan kekeruhan terbesar pada percobaan kali ini berada pada debit operasional sebesar 0,75 liter / menit yaitu sebesar 64 % 21

22 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa ph pada percobaan Kontinyu debit (liter/menit) pho phf d ph

23 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa warna pada percobaan Kontinyu debit warna warna (liter/menit) (mg/l PtCo)o (mg/l PtCo)t Eff (%) Jadi, penurunan warna terbesar berada pada debit operasional sebesar 1,25 liter / menit yaitu sebesar 65,87% untuk standar PtCo 23

24 ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa DHL pada percobaan Kontinyu debit (liter/menit) DHL DHL Eff (%) Pada percobaan diatas dapat dilihat bahwa penurunan Daya Hantar Listrik terbesar saat debit aliran air mencapai 0,75 Liter / menit 24

25 Hasil Analisa Berat Besi ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Berdasarkan dari kondisi yang optimal maka didapatkan debit air yang digunakan adalah sebesar 0,75 liter / menit, dengan volume reaktor sebesar 196 L maka waktu operasional adalah selama t = V = 196 Liter = 4,4, jam Q 0,75 L/menit Apabila tanpa diperhitungkan densitas bahan, menggunakan hukum Faraday. Arus yang mengalir pada setiap rangkaian paralel sebesar 2 A, berat atom Besi = 56, n (jumlah ekivalen elektron yang terlibat) = 3, maka jumlah masa yang teroksidasi atau terlarut sebesar: m Ixtxa nxf 2Ax(4,4 x3600) x56 3x ,128 gr 25

26 Hasil Analisa Biaya ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) elektrokoaguasi Koagunan Kimia P = V.I.h/1000 P = 9 x 2 x 4,4/1000 = 0,0792 KWh Biaya listrik = Rp 1200 x 0,0792 = Rp 95 Biaya besi = 0, kg x Rp = Rp 45,96 Jadi total biaya yang dikeluarkan sebesar Rp 95 + Rp 45,96 = 140,96 tiap 196 L FeCl 3 (kg) = 40 mg / liter. x 196 Liter = 0, kg Jadi biaya yang diperlukan adalah sebesar Biaya (Rp) = 0, kg x Rp ,00 = Rp. 196.,00 26

27 Kesimpulan dan Saran KESIMPULAN 1. Percobaan Pendahuluan Penurunan Kekeruhan 68,75% 1,2 A selama 60 det Penurunan Warna 69,37% 1,2 A selama 120 det 2. Percobaan Lanjutan Penurunan Kekeruhan 64% 0,75 Liter/menit Penurunan Warna 65,87% 1,25 Liter/menit 3. Analisa Biaya dan Berat Elektroda Terlarut Proses elektrokoagulasi 28% lebih murah dibanding bahan kimia Berat besi yang terlarut sebesar 6,128 gr tiap 196 liter air yang terolah 27

28 Kesimpulan dan Saran Saran 1. Diperlukan analisa kadar besi (Fe) setelah operasi 2. Diperlukan pengolahan lanjutan mereduksi warna kuning 3. Pembersihan pada koloid yang terapung 4. Analisa untuk tingkat kekeruhan lebih besar 28

29 TERIMA KASIH & Mohon Maaf 29