No. Urut TESIS. Oleh

Transkripsi

1 No. Urut : 408/S2-TL/TPAL/2008 PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTROKOAGULASI TESIS Karya Tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh HUDORI NIM : Program Studi Teknologi Pengolahan Air dan Limbah INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 ABSTRAK PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTROKOAGULASI Oleh Hudori NIM : Air limbah laundry mengandung surfaktan dan bahan organik yang cukup tinggi. Berbagai alternatif pengolahan dapat digunakan untuk mengolah air limbah laundry, salah satunya adalah elektrokoagulasi. Terdapat dua jenis konfigurasi elektroda pada reaktor elektrokoagulasi yaitu monopolar dan bipolar. Tujuan utama penelitian ini membandingkan antara kedua konfigurasi tersebut di dalam mengolah air limbah laundry dan mengetahui laju pelepasan ion aluminium pada kedua konfigurasi beserta distribusi spesies senyawa aluminium. Reaktor elektrokoagulasi dioperasikan secara batch dan kontinyu dengan menggunakan limbah dari jasa laundry. Elektroda yang digunakan adalah aluminium dengan kemurnian 99.7%. Variasi kerapatan arus yang digunakan adalah 50, 75 dan 100 A/m2. Parameter yang diukur adalah surfaktan, COD, fosfat, kekeruhan, konduktivitas, ph dan suhu. Semua percobaan dilakukan pada suhu ruangan, yaitu sekitar 25 C. Metode Ferron digunakan untuk menentukan distribusi spesies senyawa aluminium pada proses elektrokoagulasi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk konfigurasi monopolar dan bipolar dengan waktu detensi 30 menit tingkat penyisihan surfaktan mencapai 70%, COD dan fosfat mencapai 80%, sedangkan kekeruhan mencapai 98%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa konfigurasi monopolar tidak menunjukkan perbedaan dengan konfigurasi bipolar di dalam mengolah air limbah laundry. Kata kunci : elektrokoagulasi, air limbah laundry, monopolar, bipolar i

3 ABSTRACT LAUNDRY WASTEWATER TREATMENT BY ELECTROCOAGULATION By Hudori NIM : Laundry wastewater contains high surfactant and organic matter. Several of alternatives treatment applicable to treat laundry wastewater, one of them is electrocoagulation. There was two type of electrode configurations at reactor electrocoagulation that was monopolar and bipolar. Primary objective of this research were to compare between two configurations in laundry wastewater treatment and to know rate of dissolution aluminum ion and distribution of aluminum compound species. Reactor elektrocoagulation was operated in batch and continuous by using wastewater from service laundry. Electrode that used is aluminum with purity 99.7%. Variation of current density that used is 50, 75 and 100 A/m2. Parameter that measured is surfactant, COD, phosphate, turbidity, conductivity, ph and temperature. All experiments are conducted at room temperature, which is about 25 C. Method Ferron is used to determine distribution of aluminum compound species at process elektrocoagulation. The result indicates that for configuration monopolar and bipolar with detention time 30 minute removal rate of surfactant reach 70%, COD and phosphate reaches 80%, whereas turbidity reaches 98%. It can be concluded that configuration monopolar not shows difference with configuration bipolar in laundry wastewater treatment. Keywords : electro coagulation, laundry wastewater, monopolar, bipolar ii

4 PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN MENGGUNAKAN ELEKTROKOAGULASI Oleh Hudori NIM : Program Studi Teknologi Pengolahan Air dan Limbah Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Tanggal... (Dr-Ing. Ir. Prayatni Soewondo, MS) iii

5 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HAKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktorat Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. iv

6 Kupersembahkan untuk: Istriku Luluk dan kedua anakku Daffa dan Zidane v

7 KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-nya maka tesis ini dapat terselesaikan. Sebagai salah satu syarat kelulusan pada program Magister Teknik Lingkungan maka dilakukan penelitian ini yang mengambil tema Pengolahan Air Limbah Laundry dengan Menggunakan Elektrokoagulasi. Tesis ini dapat diselesaikan dengan baik dikarenakan adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Ibu Dr-Ing. Ir. Prayatni Soewondo, MS yang telah membimbing dengan penuh kesabaran dan ketulusan; Prof. Soeprihanto Notodarmojo selaku dosen wali; Dr. Barti Setiani Muntalif selaku koordinator seminar dan sidang tesis; Dosen-dosen di Program Studi Teknik Lingkungan ITB; DIKTI atas bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana (BPPs); Rekan-rekan di Jurusan Teknik Lingkungan UII Yogyakarta : Andik, Eko, Pak Luqman, Pak Kasam, dan Mas Agus; Mas Tasyono dan Iwan di Laboratorium Kualitas Lingkungan UII, Pengelola Laboratorium Kualitas Air ITB: Dr-Ing. Marisa Handayani, Asri, dan Andri; Ibu Mimin di Tata Usaha TL ITB; Ibu Sri di Perpustakaan TL ITB; Mahyar di laboratorium LIPI; teman-teman angkatan 2006: Rangga, Pak Djae, Eric, Lafran, Shila, Lina, Ananthi, Anne, Lusi, Achie, Dewi, Anna, Mbak Nia, Mbak Puji, Nopi, Wuri, Pak Yasmidi, Krisna, Ora, Grey, dan anak TML yang lain. Serta berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi tanpa bantuan mereka, penelitian ini tidak akan terselesaikan. Apabila terdapat kritik, saran dan pertanyaan dapat disampaikan melalui ke hudori_st@yahoo.com. Semoga penelitian ini dapat berguna bagi kita semua dan dapat memberikan konstribusi di dalam mengurangi terjadinya pencemaran terhadap bumi yang kita cintai. Bandung, Juni 2008 vi

8 DAFTAR ISI Abstrak.. i Kata Pengantar.. vi Daftar Isi.... vii Daftar Lampiran..... x Daftar Gambar dan Ilustrasi.. xi Daftar Tabel.. xiv Daftar Singkatan dan Lambang.. xv Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang I.2 Tujuan Metode dan Ruang Lingkup Penelitian... 3 I.4 Sistematika Penulisan Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Deterjen II.1.1 Kandungan Deterjen II.1.2 Mekanisme Deterjen sebagai Pembersih... 8 II.2 Proses Laundry II.3 Air Limbah Laundry II.4 Elektrokoagulasi II.4.1 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi II.4.2 Pelarutan Logam di Elektroda II.4.3 Reaksi di Elektroda II.4.4 Proses Koagulasi II.4.5 Reaktor Elektrokoagulasi II.5 Penelitian tentang pengolahan air limbah laundry dengan reaktor elektrokoagulasi vii

9 Bab III Metode Penelitian III.1 Umum III.2 Reaktor III.3 Proses elektrokoagulasi III.4 Penentuan Critical Micelle Concentration (CMC) III.4.1 Prosedur Percobaan III.4.2 Analisa Data III.5 Penentuan Laju Pelepasan Ion Aluminium dan Distribusi Spesies Senyawa Aluminium III.5.1 Prosedur Percobaan III.5.2 Analisa Data III.6 Metode Pengujian Sampel III.6.1 Pengujian Surfaktan III.6.2 Pengujian COD III.6.3 Pengujian Fosfat III.6.4 Pengujian Aluminium Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Umum IV.2 Karakteristik Air Limbah Laundry IV.3 Laju Pelepasan Ion Aluminium IV.4 Distribusi Spesies Senyawa Aluminium IV.5 Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Batch IV.5.1 Kekeruhan IV.5.2 ph IV.5.3 Konduktivitas IV.5.4 Penyisihan Surfaktan IV.5.5 Penyisihan COD IV.5.6 Penyisihan Fosfat IV.6 Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Kontinyu IV.7 Kinetika Reaktor Elektrokoagulasi IV.7.1 Kinetika Penyisihan Surfaktan IV.7.2 Kinetika Penyisihan COD viii

10 IV.7.3 Kinetika Penyisihan Fosfat IV.7.4 Resume Kinetika Bab V Kesimpulan dan Saran V.1 Kesimpulan V.2 Saran Daftar Pustaka Lampiran ix

11 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Hasil pengukuran Lampiran 2 Perhitungan kinetika Lampiran 3 Uji statistik Lampiran 4 Hasil analisa software Origin Pro 7.0 Lampiran 5 Foto peralatan x

12 DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1 Struktur dari SDS... 6 Gambar II.2 Struktur dari Dialkyldimethylammonium chlorides... 7 Gambar II.3 Struktur dari Ethylated Alkohol... 7 Gambar II.4 Kondisi gugus surfaktan dalam air... 8 Gambar II.5 Diagram Venn Gambar II.6 Diagram alir IPAL konvensional dan unit yang dapat 15 digantikan oleh Elektrokoagulasi... Gambar II.7 Mekanisme dalam elektrokoagulasi Gambar II.8 Reaksi hidrolisa ion aluminium Gambar II.9 Deprotonasi ion aquo aluminium Gambar II.10 Diagram distribusi Al-H 2 O untuk mononuklear Gambar II.11 Diagram Kelarutan dari Aluminium Hidroksida Gambar II.12 Proses sweep coagulation Gambar II.13 Reaktor elektrokoagulasi dengan konfigurasi monopolar.. 28 Gambar II.14 Reaktor elektrokoagulasi dengan konfigurasi bipolar Gambar II.15 Skema reaktor elektrokimia Gambar III.1 Kerangka penelitian Gambar III.2 Skema reaktor elektrokoagulasi dengan pengoperasian 36 batch.. Gambar III.3 Susunan peralatan pada percobaan elektrokoagulasi 36 secara batch... Gambar III.4 Reaktor kontinyu Gambar III.5 Skema reaktor elektrokoagulasi pada percobaan 38 kontinyu... Gambar III.6 Peralatan Spektrofotometer UV-Vis.. 42 Gambar III.7 Kurva standar Al-Ferron Gambar III.8 Kurva standar penentuan konsentrasi surfaktan Gambar III.9 Kurva standar penentuan konsentrasi fosfat Gambar IV.1 Kondisi permukaan elektroda selama proses 49 elektrokoagulasi... Gambar IV.2 Perbandingan konsentrasi aluminium yang terlepas 50 xi

13 selama proses Elektrokoagulasi untuk konfigurasi bipolar Gambar IV.3 Perbandingan konsentrasi aluminium yang terlepas Gambar IV.4 Hasil pembacaan absorbansi pada metode Ferron untuk 52 variasi ph... Gambar IV.5 Hasil analisa persamaan garis dengan software Origin Pro Gambar IV.6 Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi monopolar 55 dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.7 Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi bipolar 56 dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.8 Perubahan ph pada proses elektrokoagulasi Gambar IV.9 Distribusi spesies senyawa aluminium pada variasi ph. 58 Gambar IV.10 Tingkat penyisihan pada variasi ph untuk konfigurasi 58 monopolar (kerapatan arus 100 A/m 2, td=30 menit)... Gambar IV.11 Tingkat penyisihan pada variasi ph untuk konfigurasi 59 bipolar (kerapatan arus 100 A/m 2, td=30 menit)... Gambar IV.12 Perubahan konduktivitas pada percobaan elektrokoagulasi 60 dengan kerapatan arus 100 A/m 2... Gambar IV.13 Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi 61 monopolar dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.14 Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi 61 bipolar dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.15 Flok yang terkumpul di permukaan Gambar IV.16 Proses Adsortive Micelle Flocculation Gambar IV.17 Hasil penentuan nilai CMC pada surfaktan LAS Gambar IV.18 Profil penurunan COD pada konfigurasi monopolar 65 dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.19 Profil penurunan COD pada konfigurasi bipolar dengan 65 variasi kerapatan arus... Gambar IV.20 Profil penurunan fosfat pada konfigurasi monopolar 67 dengan variasi kerapatan arus... Gambar IV.21 Profil penurunan fosfat pada konfigurasi bipolar dengan 68 variasi kerapatan arus... Gambar IV.22 Penurunan surfaktan pada percobaan kontinyu (a) td= menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m 2 Gambar IV.23 Penurunan COD pada percobaan kontinyu (a) td= menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m 2 Gambar IV.24 Penurunan fosfat pada percobaan kontinyu (a) td= menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m 2 Gambar IV.25 Penurunan kekeruhan pada percobaan kontinyu (a) td= menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m 2 Gambar IV.26 Tingkat penyisihan pada percobaan kontinyu Gambar IV.27 Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 100 A/m xii

14 Gambar IV.28 Gambar IV.29 Gambar IV.30 Gambar IV.31 Gambar IV.32 Gambar IV.33 Gambar IV.34 Perbandingan nilai k penyisihan surfaktan pada konfigurasi monopolar dan bipolar... Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 100 A/m 2... Perbandingan nilai k penyisihan COD pada konfigurasi monopolar dan bipolar... Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar untuk kerapatan arus 100 A/m 2... Perbandingan nilai k penyisihan fosfat pada konfigurasi monopolar dan bipolar... Kondisi elektroda pada saat proses elektrokoagulasi (a) monopolar, (b) bipolar... Skema aliran arus listrik pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar xiii

15 DAFTAR TABEL Tabel II.1 Karakteristik air limbah laundry Tabel II.2 Kontribusi air limbah laundry terhadap air buangan 12 perkotaan... Tabel III.1 Kerangka penelitian elektrokoagulasi Tabel IV.1 Karakteristik air limbah laundry Tabel IV.2 Perbandingan laju pelepasan ion aluminium Tabel IV.3 Hasil perhitungan distribusi senyawa aluminium (%) Tabel IV.4 Perbandingan nilai k pada penyisihan surfaktan Tabel IV.5 Perbandingan nilai k pada penyisihan COD Tabel IV.6 Perbandingan nilai k pada penyisihan fosfat Tabel IV.7 Perbandingan nilai k antara konfigurasi monopolar dan 76 bipolar Tabel IV.8 Perbandingan distribusi senyawa alumninium.. 78 xiv

16 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN Nama Pemakaian pertama kali pada Halaman LAS Linear Alkylbenzene Sulfonate 1 COD Chemical Oxygen Demand 2 SDS Sodium Dodecylbenzene Sulphonate 6 BAS Branched Alkylbenzene Sulphonate 7 BOD Biological Oxygen Demand 12 TSS Total Suspended Solid 12 TDS Total Dissolved Solid 16 DC Direct Current 17 SBR Single Batch Reactor 29 PFR Plug Flow Reactor 30 CSTR Continuous Stirred Tank Reactor 30 SLES Sodium Lauryl Ether Sulfate 32 CMC Critical Micelle Concentration 34 MBAS Methylene Blue Active Surfactant 38 AAS Atomic Absorption Spectrophotometer 41 SNI Standar Nasional Indonesia 44 AMF Adsortive Micelle Flocculation 63 xv

17 LAMBANG m berat 18 I Kuat arus 19 MW berat molekul 19 Z valensi 19 F konstanta Faraday 19 ηap overpotensial yang digunakan 19 ηk overpotensial kinetik 19 ηmt overpotensial konsentrasi 19 ηir overpotensial yang disebabkan hambatan larutan 19 d jarak 19 A Luas permukaan 19 K Konduktivitas spesifik 19 x Fraksi yang disisihkan 30 V R volume reaktor 30 k m koefisien transfer massa 30 τ R waktu tinggal rata-rata 30 τ t waktu tinggal rata-rata di tangki resirkulasi 30 n jumlah reaktor cascade 30 Q debit 30 C t konsentrasi pada waktu t 32 C o konsentrasi di awal percobaan (t=0) 32 k nilai kinetika laju perubahan konsentrasi 32 Al T aluminium total 41 Al a Spesies senyawa aluminium monomer 41 Al b Spesies senyawa aluminium polimer 41 Al c Spesies senyawa aluminium presipitat 41 A absorbansi 53 A 0 absorbansi reaksi Al a -Ferron 53 A b1 absorbansi Al b1 -Ferron 53 A b2 absorbansi Al b2 -Ferron 53 xvi

18 t 1 waktu reaksi dari Al b1 53 t 2 waktu reaksi dari Al b2 53 Al b1 bagian dari Al b yang relatif cepat bereaksi dengan Ferron 53 Al b2 bagian dari Al b yang relatif lambat bereaksi dengan Ferron 53 k 1 nilai kinetika laju reaksi Al b1 53 k 2 nilai kinetika laju reaksi Al b2 53 xvii