PENYISIHAN KONSENTRASI COD LIMBAH CAIR DOMESTIK SISTEM BATCH MENGGUNAKAN ADSORBEN FLY ASH BATUBARA. *

Transkripsi

1 PENYISIHAN KONSENTRASI COD LIMBAH CAIR DOMESTIK SISTEM BATCH MENGGUNAKAN ADSORBEN FLY ASH BATUBARA Firdaus Muallim 1, *, Elfiana 2, Ratna Sari 2 1 Program Studi Sarjana Terapan Teknologi Kimia Industri 2 Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe * firdausmuallim66@gmail.com ABSTRAK Fly Ash adalah bagian dari sisa pembakaran batubara yang berbentuk partikel halus dan abu tersebut merupakan bahan anorganik yang terbentuk dari perubahan bahan mineral. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kemampuan adsorben fly ash batubara dalam mengadsorpsi konsentrasi COD limbah cair domestik berdasarkan persentase penyisihan COD (% R) yang diperoleh, serta dapat menghitung parameter kinetika isoterm adsorpsi. Penelitian dilakukan dengan proses adsorpsi sistem batch dengan adsorben fly ash batubara. Limbah cair domestik yang diuji berasal dari drainase Kota Lhokseumawe menuju waduk Gampong Pusong Kota Lhokseumawe. Dalam penelitian ini konsentrasi COD air waduk Kota Lhokseumawe sebesar 2275 divariasikan 100, 200, 300, 400 dan 500 ppm diadsorpsi dengan adsorben fly ash 1,0; 1,5; dan 2,0 gram, dan ukuran partikel 80 dan 100 mesh. Proses adsopsi sistem batch dilakukan dengan kecepatan pengadukan 150 rpm, waktu kontak 90 menit. Persentase COD terbaik adalah 92,42 dengan konsentrasi COD 100 ppm, adsorben 2 gram dan ukuran partikel 100 mesh mampu diturunkan hingga 7,58 ppm. Kata kunci: adsorpsi, fly ash, limbah cair domestik, pesentase penyisihan COD. ABSTRACT Fly Ash is a part of the combustion of coal in the form of particle. The purposes of this study were to determine the ability of coal fly ash adsorbent in adsorbing COD concentration in domestic wastewater based on a percentage of COD (% R) obtained, and to calculate the kinetic parameters of adsorption isotherms. This research carried out by the adsorption process using the batch system of coal fly ash adsorbent. The liquid waste come from the waste reservoir in Lhokseumawe. The COD concentration water of 100, 200, 300, 400, and 500 ppm, were adsorp by fly ash as adsorbent of 1.0; 1.5; and 2.0 gram, with the particle size of 80 and 100 mesh. The adsoption process ws carried out by the stirring speed of 150 rpm, the contact time of 90 minutes. The best results were obtained from this research that the adsorbent mass of 2 grams, COD concentration of 100 ppm and a particle size of 100 mesh, producing a COD removal of 92.42% with decreased levels of COD becomes 7.58 ppm. Keywords: adsorption, fly ash, domestic waste water, percentage of COD. 24

2 PENDAHULUAN Waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia. Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang dialiri air hingga penuh. Waduk Pusong dibangun untuk menampung air dari daerah sekitar Kota Lhokseumawe guna mencegah terjadinya banjir. Namun ketika Waduk Pusong mulai menimbulkan bau yang menyengat, hal ini meresahkan warga sekitar. Warna air mengalami perubahan dan diduga akibat mengandung banyak bahan-bahan organik. Sebagai pencegahan, diperlukan upaya untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh limbah tersebut. Beberapa penelitian telah dilakukan guna mengetahui tingkat pencemaran. Proses adsopsi merupakan salah satu alternatif pengolahan yang sangat diminati karena selain dapat menyisihkan parameter pencemar, proses adsorpsi tidak rumit dalam pengerjaan dan minim terhadap biaya. Bahan yang dimanfaatkan sebagai adsorben dalam proses adsorpsi dapat berasal dari berbagai material termasuk dari sisa hasil pembakaran batubara yang lebih dikenal dengan fly ash. Fly ash banyak diproduksi oleh industri-industri besar yang membutuhkan bahan bakar seperti PLTU, industri semen, karet dan lainnya. Di Indonesia, produksi fly ash dari pembangkit listrik terus meningkat, dimana pada tahun 2000 jumlahnya mencapai 1,66 juta ton dan diperkirakan mencapai 2 juta ton pada tahun 2006 (Sukawati dkk, 2008). Besarnya jumlah fly ash yang dihasilkan dari tahun ke tahun tidak seiring dengan cara penanganannya yang masih terbatas pada penimbunan di lahan kosong atau bahkan terbuang begitu saja (Wang, S. dkk, 2008). Beberapa penelitian telah dilakukan terhadap pemanfaatan fly ash sebagai adsorben dalam penyisihan limbah cair, diantaranya dilakukan oleh Chien Jung Lin et al, dimana fly ash sebagai adsorben diteliti dalam penyisihan logam dari air buangan (Gunawan, 2006). Selain itu penyisihan Chrom dalam air buangan dengan menggunakan fly ash batubara dilakukan oleh Gupta et al ( Gunawan, 2006) dan penelitian Vijender, dkk dari New Delhi, dimana efisiensi penggunaan fly ash dari industri thermal power plant sebagai adsorben dalam menyisihkan COD mencapai 87,89 % untuk sumber limbah domestik. Sebagai alternatif pemanfaatan limbah dan melihat kemampuan adsorpsi dari fly ash untuk menyisihkan parameter pencemar dalam limbah cair, pada penelitian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui efisiensi penyisihan COD dari limbah cair Waduk Lhokseumawe dengan menggunakan fly ash sebagai adsorben. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan utama yang digunakan adalah air waduk Kota Lhokseumawe dan fly ash batubara. Alat yang digunakan adalah COD reaktor, ph Meter, seperangkat alat Jar Test, TDS meter dan oven. Proses Adsorpsi Secara Batch 100 ml COD dengan konsentrasi ppm dimasukkan ke dalam 5 buah beaker glass 500 ml. 1,0 gram Adsorben fly ash 80 mesh ditambahkan 25

3 ke dalam masing-masing beaker glass, diaduk menggunakan alat jar test dengan kecepatan 150 rpm selama 90 menit. Larutan sampel disaring dengan kertas saring whatman, hasil yang diperoleh dianalisa konsentrasi COD. Selanjutnya dilakukan analisa data untuk mendapatkan persentase penyisihan konsentrasi COD dan konstanta Isoterm Adsorpsi. Langkah di atas diulangi untuk adsorben fly ash 1,5 dan 2,0 gram untuk ukuran partikel 80 dan 100 mesh. Aktifasi Fly Ash Fly ash ukuran 80 dan 100 mesh ditimbang masing-masing 300 gram. Fly ash dimasukkan ke dalam beaker glass 500 ml. Menambahkan larutan NaOH 1 N ke dalam beaker glass yang telah berisi fly ash hingga tanda batas. Diaduk hingga homogen. Lalu dipanaskan selama 2 jam pada suhu 70 ⁰C. Setelah pemanasan selama 2 jam, campuran ditunggu hingga dingin. Campuran dicuci dengan aquades hingga mencapai ph netral. Hasil penyaringan dikeringkan dan fly ash siap digunakan. Analisa ph Sampel dimasukkan ke dalam gelas kimia 100 ml. ph meter dihidupkan dengan menekan tombol ON. Elektroda dicelupkan ke dalam gelas kimia yang berisi sampel. Dicatat angka yang terbaca pada ph meter. Analisa COD Standarisasi FAS 1.5 ml larutan K 2 Cr 2 O 7 0,1 N disiapkan. Menambahkan 1 ml H 2 SO 4 pekat. Menambahkan ± 10 ml aquades. Dititrasi dengan larutan FAS, dicatat volume yang terpakai. Menghitung konsentrasi (Normalitas) larutan FAS dengan rumus pengenceran berikut. K 2 Cr 2 O 7 = FAS V 1. N 1 = V 2. N 2 N 2 =,., Analisa Sampel Sampel yang akan dianalisa dihomogenkan. Tabung COD dicuci dan direndam dalam 20% H 2 SO 4 untuk penggunaan pertama kali. Memasukkan 2,5 ml sampel, 1,5 ml larutan dikromat, dan 3,5 pereaksi asam sulfat ke dalam tabung COD. Tabung ditutup dan dikocok agar tercampur sempurna. Dimasukkan ke dalam pemanas COD mikro, lalu dipanaskan pada suhu 150 C selama 2 jam. Didinginkan pada temperatur kamar. Menuang isinya ke dalam wadah yang lebih besar. Menambahkan 1-2 tetes indikator feroin lalu dititrasi dengan FAS hingga terjadi perubahan warna dari biru kehijauan menjadi merah kecoklatan. Dicatat volume FAS yang dipakai. Membuat blanko dengan air suling sebagai pengganti sampel, lalu mengulangi prosedur di atas. Dicatat volume FAS yang dipakai. Perhitungan COD (mg O 2 /l) = (A-B) x N x 8000 / ml sampel Keterangan: A = ml FAS yang dipakai untuk titrasi blanko (ml) B = ml FAS yang dipakai untuk titrasi sampel (ml) N = Normalitas FAS Persiapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium dengan memanfaat- 26

4 kan abu terbang batubara ( fly ash) sebagai adsorben untuk menyisihkan COD dalam limbah cair waduk Lhokseumawe melalui mekanisme adsorpsi secara batch. Percobaan dilakukan untuk untuk mengetahui efesiensi COD, kapasitas penyerapan serbuk fly ash dalam limbah cair waduk dan dapat mengetahui isoterm adsorpsi yang diperoleh. Pengambilan sampel limbah cair waduk ini dilakukan pada 3 titik sampling. Pengambilan sampel dilakukan pada siang hari, yaitu pukul WIB. Waktu ini dipilih karena dianggap mewakili setiap periode aktifitas, yaitu pagi, siang dan sore hari. Dari sampling awal yang telah dilakukan, dilakukan penelitian di laboratorium. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja proses adsorpsi menggunakan fly ash batubara PT. Lafarge Cement Indonesia sebagai adsorben dalam penyisihan konsentrasi COD limbah cair domestik serta dapat mengetahui konstanta isoterm adsorpsi yang diperoleh. Pada penelitian ini, sampel limbah cair bersumber dari air bekas domestik pada Gampong Pusong kota Lhokseumawe dengan konsentrasi awal COD hasil penelitian di laboratorium pengolahan air dan limbah yaitu 2275,5 ppm yang kemudian diencerkan menjadi 500 ppm, 400 ppm, 300 ppm, 200 ppm, dan 100 ppm. Hal ini dilakukan untuk menghitung konstanta isoterm adsorpsi freunlich dan langmuir. Konsentrasi COD dari air limbah dikontakkan dengan fly ash selama 90 menit secara batch dengan menggunakan jar test pada kecepatan putaran 150 rpm. Penentuan kadar COD setelah waktu kontak dilakukan menggunakan COD reaktor. Persentase Penyisihan COD Kapasitas penyerapan pada proses adsorpsi bergantung pada area permukaan yang tersedia untuk interaksi antara larutan dengan permukaan. Dengan kata lain penyerapan dari material yang mempunyai ukuran partikel lebih kecil dapat mengadsorpsi substansi lebih banyak bila dibandingkan dengan partikel berukuran lebih besar (Sukawati, 2008). Konsentrasi COD dan % penyisihan COD untuk ukuran partikel 80 dan 100 mesh ditampilkan secara grafik pada Gambar 1 dan Gambar 2 berikut. % penyisihan COD 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, konsentrasi COD (ppm) 1 gram 1,5 gram 2 gram Gambar 1. Kurva penurunan konsentrasi COD dengan ukuran partikel 80 mesh Dari Gambar 1 dan Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa material yang memiliki diameter yang lebih kecil mempunyai tingkat penyerapan lebih besar dibandingkan dengan diameter adsorben yang lebih besar. Semakin kecil diameter partikel maka semakin luas permukaan serapannya sehingga efisiensi penyisihan akan semakin besar. Dari Gambar 1 terlihat bahwa besarnya penyisihan COD setelah teradsorpsi dengan fly ash sebagai adsorben dengan waktu kontak 90 menit dan putaran pengaduk 150 rpm dapat menu- 27

5 runkan kadar COD hingga 87,36%. Sedangkan pada Gambar 2 terlihat bahwa persentase penyisihannya semakin tinggi yaitu 92,42 %. Hal ini disebabkan karena ukuran partikelnya lebih kecil sehingga dapat mengadsorpsi substansi lebih banyak bila disbandingkan dengan partikel yang berukuran lebih besar. % penyisihan COD 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, konsentrasi COD (ppm) 1 gram 1,5 gram 2 gram Gambar 2. Kurva penurunan konsentrasi COD dengan ukuran partikel 100 mesh Penurunan kadar COD yang tertinggi terjadi pada berat adsorben sebesar 2 gram. Berdasarkan rata-rata penyisihan COD, semakin banyak adsorben yang digunakan maka semakin besar efisiensi penyisihan COD. Hal ini terkait dengan jarak antara partikel adsorben dengan partikel adsorbat yang berdekatan sehingga dapat memperluas bidang kontak dan juga bisa membuat adsorben lebih efektif untuk menyerap setiap adsorbat yang ada. Sedangkan untuk variasi konsentrasi COD yaitu semakin tinggi konsentrasi maka persentase penyisihan semakin menurun. Hal ini dikarenakan adsorben yang berkontakan dengan COD yang tinggi akan cepat jenuh sehingga menyebabkan persentase penyisihannya menurun (Afrianita, 2010). Selain itu juga disebabkan oleh banyaknya pencemar selain COD sehingga dapat menutupi permukaan adsorben atau terserap lebih dahulu sebelum senyawa organik yang ada. Isoterm Adsorbsi Dari persamaan isoterm adsorpsi dapat dilihat karakteristik isoterm berupa kapasitas dan mekanisme proses adsorpsi (Yandri, 2008). Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorbsi sesuai dengan mekanisme adsorbsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorbsi yang sesuai. Persamaan isoterm yang digunakan dalam penelitian ini adalah persamaan Freundlich dan persamaan Langmuir. Untuk melihat persamaan isoterm yang sesuai dengan percobaan ini, maka dapat dibuktikan melalui koefesien determinasi (R²) yang ditunjukkan pada grafik linearisasi masing-masing persamaan (Adha, 2009). Kurva masing-masing persamaan dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4. Dari hasil perhitungan yang didapat secara grafis menggunakan Excel, dibentuklah kurva linear antara konsentrasi akhir (Ct) versus konsentrasi akhir dibagi jumlah zat yang teradsorpsi (Ct/s) untuk mendapatkan persamaan Langmuir dan kurva linear antara log Ct versus log S untuk mendapatkan persamaan Freundlich. Hasil pemetaan dengan grafik seperti pada Gambar 3 dan Gambar 4. ct/s y = 0.006x y = 0.004x ,0000 R² = R² = ,0000 0,5000 0,0000 y = 0.003x R² = ,00 40,00 140,00 240,00 ct Gambar 3. Grafik isoterm Langmuir untuk ukuran partikel 80 mesh 28

6 y = 0.445x y = 0.365x R² = R² = y = 0.423x R² = ,5000 log s 2,0000 1,0000 2,0000 3,0000 log ct Gambar 4. Grafik isoterm Freunlich untuk ukuran partikel 80 mesh Berdasarkan grafik pada Gambar 3 dan Gambar 4 dapat dilihat bahwa persamaan isoterm Freundlich menunjukkan garis linear yang kurang baik. Dari hasil perhitungan didapat nilai R² tertinggi 0,963. Sedangkan persamaan isoterm Langmuir diperoleh nilai R² tertinggi 0,982. ct/s log s y = 0.006x y = 0.004x R² = R² = ,0000 1,0000 0,5000 0,0000 y = 0.003x R² = ,00 100,00 200,00 300,00 ct Gambar 5. Kurva isoterm Langmuir untuk ukuran partikel 100 mesh y = 0.396x R² = ,5000 2,3000 2,1000 1,9000 1,7000 y = 0.362x R² = y = 0.306x R² = ,5000 2,5000 log ct Gambar 6. kurva isoterm Freunlich untuk ukuran partikel 100 mesh Berdasarkan grafik pada Gambar 5 dan Gambar 6 dapat dilihat bahwa persamaan isoterm Freundlich juga menunjukkan garis linear yang kurang baik. Dari hasil perhitungan didapat nilai R² tertinggi 0,958. Sedangkan persamaan isoterm Langmuir diperoleh nilai R² tertinggi 0,982. Percobaan dilakukan dengan tujuan menentukan besarnya tetapan adsorpsi isoterm Freundlich dan isoterm Langmuir. Prinsip percobaan adsorpsi isoterm yang didasarkan pada teori Freundlich dan Langmuir yaitu banyaknya zat yang diadsorpsi oleh suatu adsorben tergantung dari konsentrasi dan kereaktifan adsorbat dalam mengadsorbsi zat-zat tertentu. Sehingga proses adsorpsi hanya terjadi pada permukaan larutan. Berdasarkan linearitas grafik proses adsorpsi ini termasuk ke dalam isoterm Langmuir dengan nilai R² = 0,982 lebih baik daripada isoterm Freundlich yang nilai R² = 0,958. Hal ini menandakan bahwa fly ash memiliki permukaan yang homogen dan setiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang sama terhadap senyawa COD. KESIMPULAN Semakin banyak adsorben yang digunakan maka penurunan konsentrasi COD akan semakin besar. Semakin kecil ukuran partikel yang digunakan maka penurunan konsentrasi COD akan semakin besar. Semakin kecil diameter partikel maka semakin luas permukaan serapannya sehingga efisiensi penyisihan akan semakin besar. Kemampuan penyerapan Fly ash menurunkan konsentrasi COD hingga 92,42 % pada variasi konsentrasi 100 ppm, ukuran partikel 100 mesh dan penggunaan 2 gram adsorben dengan penurunan kadar 29

7 COD menjadi 7,58 ppm. Persamaan isoterm adsorbsi yang terpilih adalah isoterm Langmuir dengan nilai R² = 0,982 (mendekati 1). Hal ini menandakan bahwa fly ash memiliki permukaan yang homogen dan setiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang sama terhadap senyawa COD. DAFTAR PUSTAKA Perenca-naan Jurusan Teknik Lingkung-an. Universitas Islam Indonesia: Yogyakarta. Yandri, Nelvi Penyisihan Logam Mangan (Mn) dari Air Ta - nah dengan Menggunakan Ampas Tebu Sebagai Adsorben. Tugas Akhir Fakultas Teknik Jurusan Teknik Lingkungan. Universitas Andalas. Padang. Afrianita R, Dewi F, dan Putri RS Pemanfaatan Fly Ash Batubara Sebagai Adsorben Dalam Penyisihan Chemical Oxygen Demand (COD) Dari Limbah Cair Domestik (Studi Kasus: Limbah Cair Hotel Inna Muara, Padang), No. 33 Vol.1 Thn. XVII, Universitas Andalas. Adha, A Pengaruh Penambahan Abu Batubara (Fly Ash) Pada Tanah Gambut Terhadap Kapasitas Dukung Tanah, Universitas Islam Indonesia Teknik Sipil dan Perencanaan Jurusan Teknik Sipil, Yogyakarta. Gunawan, Yuli Peluang Penerapan Produksi Bersih pada Sistem Pengolahan Air Limbah Domestik Waste Water Treatment Plant, Studi Kasus Di PT Badak NGL Bontang, Universitas Diponegoro, Semarang. Wang, S., H. Wu. H Abu Terbang Batubara Sebagai Adsorben. Journal of Hazardous Materials. Akses : 6 Januari Sukawati, Tri Anna Penurunan konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD ) pada air limbah laundry dengan menggunakan reactor Biosand filter diikuti dengan reaktor activated carbon. Tugas Akhir Fakultas Teknik dan 30