BAB 4 HASL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 30 BAB 4 HASL DAN PEMBAHASAN 4.1 UPAL-REK Hasil Rancangan Unit Pengolahan Air Limbah Reaktor Elektrokimia Aliran Kontinyu (UPAL - REK) adalah alat pengolah air limbah batik yang bekerja menggunakan proses elektrokimia menghilangkan atau mengurangi kontaminan yang terdapat dalam air limbah batik, yang bersifat kontinyu. Alat ini didisain menggunakan gerobak sehingga bersifat mobile, mudah keluar masuk gang-gang kecil di perkampungan batik. Gambar UPAL-REK dapat dilihat pada gambar 4.1 dibawah ini: Gambar 4.1 UPAL-REK Hasil Rancangan Keterangan : 1. Step-down trafo 2. Unit Kontrol 3. Pipa (Input) 4. Kabel Penghubung Katoda (Fe) 5. Kabel Penghubung Anoda (Al) 6. Bak Reaktor aliran kontinyu 7. Besi Penyangga 8. Kran (Output) 9. Plat elektroda besi 10. Plat elektroda alumunium 11. Kran (Penguras) 12. Gerobak 13. Bak input 14. Bak reaktor 15. Bak pengendap 16. Bak output

2 31 Berdasarkan Gambar 4.1 terdapat komponen-komponen yang ada pada alat UPAL-REK. Di dalam alat ini terdapat bak reaktor berbahan akrilik, mudah dipindahkan, tetapi kuat untuk mewadahi proses elektrokimia. Bak berkapasitas 100 liter ini dipasangi pelat-pelat anoda dari besi dipasang berselang- selang dengan pelat katoda yaitu alumunium. Besi penyangga dipasang di atas pelat pelat untuk menjaga agar pelat tetap berada di tempat masing-masing. Cara kerja alat ini merupakan proses elektrokimia yang memisahkan air dengan zat warna yang mengandung partikel logam berbahaya, unsur mineral, dan bakteri. Air limbah batik yang masuk melalui pipa input mengalir ke dalam bak input kemudian menuju bak reaktor dan perlahan naik menyentuh elektroda. Saat katoda dan anoda menyentuh cairan dan dialiri listrik, akan menghasilkan gas-gas yang menjadi gelembung-gelembung atau flok. Gas yang dihasilkan, yakni H 2 oleh katoda dan O 2 oleh anoda, menjadi gelembung sangat halus yang bergerak dari bawah ke atas. Pada saat itu, gelembung gelembung akan berkaitan dengan zat warna lalu bergerak ke atas menjadi kumpulan padatan yang mengapung di atas air kemudian ikut bersama arah aliran air menuju bak pengendap. Disinilah padatan yang tadinya terapung bercampur kembali dengan air kemudian mengendap. Kemudian air limbah menuju bak output untuk keluar melalui pipa output. Sehingga diperoleh air limbah batik dengan kualitas yang lebih baik. Sedangkan padatan yang mengendap dapat dibersihkan melalui saluran kran penguras. Gerobak yang digunakan untuk mengangkut bak reaktor UPAL-REK didisain sedemikian rupa dengan kombinasi besi 5 cm x 5 cm dan 7 cm x 7 cm yang direncanakan mampu memikul beban bak diatasnya.

3 Pengoperasian Alat UPAL-REK Menyiapkan Alat dan Bahan 1. Menyiapkan bak reaktor aliran kontinyu dengan dimensi yaitu 100 cm x 60 cm x 70 cm. Gambar bak reaktor aliran kontinyu dapat dilihat pada gambar 4.2 dibawah ini: Gambar 4.2 Bak Reaktor Aliran Kontinyu (tampak depan) 2. Merakit plat elektroda pada besi penyangga dengan mur baut menggunakan alat yaitu kunci pas. Gambar merakit plat elektroda pada penyangga dapat dilihat pada gambar 4.3 dibawah ini: Gambar 4.3 Merakit Elektroda pada Penyangga 3. Memasang elektroda yang sudah dirakit ke dalam reaktor dan menyesuaikan dudukan akrilik agar plat berada pada tempatnya. Gambar memasang elektroda pada reaktor dapat dilihat pada gambar 4.4 dibawah ini:

4 33 Gambar 4.4 Memasang Elektroda Pada Bak Reaktor (tampak atas) 4. Memasang Kran air pada lubang yang sudah di modelkan pada reaktor dan memastikan air tidak bocor melalui celah lubang. Gambar memasang kran air dapat dilihat pada gambar 4.5 dibawah ini: Gambar 4.5 Memasang Kran Air 5. Memasang kabel dari besi penyangga plat elektroda ke power adaptor dengan mur baut menggunakan alat yaitu kunci pas. Gambar memasang kabel dari power adaptor ke besi penyangga dapat dilihat pada gambar 4.6 dibawah ini: Gambar 4.6 Memasang Kabel dari step-down trafo ke Besi Penyangga

5 34 6. Memasang pompa dan perpipaan untuk mengalirkan air sampel limbah dari bak penampungan ke dalam reaktor. Gambar memasang saluran perpipaan dapat dilihat pada gambar 4.7 dibawah ini: Gambar 4.7 Memasang Saluran Perpipaan 7. Menyalakan pompa air dan mengatur debit aliran dengan mengatur stop kran yang sudah terpasang sampai debit yang dibutuhkan tercapai. Gambar mengatur stop kran dapat dilihat pada gambar 4.8 dibawah ini: Gambar 4.8 Mengatur Stop Kran Menyiapkan Alat Pengukur Listrik (electric analyzer) 1. Memasang kabel pada electric analyzer. Gambar memasang kabel pada electric analyzer dapat dilihat pada gambar 4.9 dibawah ini:

6 35 Gambar 4.9 Memasang Kabel dari Electric Analyzer 2. Memasang kabel dari electric analyzer ke step-down trafo. Gambar memasang kabel dari electric analyzer ke step-down trafo dapat dilihat pada gambar 4.10 dibawah ini: Gambar 4.10 Memasang Kabel dari Electric Analyzer ke step-down trafo 3. Memasang kabel dari electric analyzer ke komputer. Gambar memasang kabel dari electric analyzer ke komputer. dapat dilihat pada gambar 4.11 dibawah ini:

7 36 Gambar 4.11 Memasang Kabel dari Electric Analyzer ke Komputer Mengolah Air Limbah Batik dengan UPAL-REK 1. Mencatat suhu air limbah sebelum diproses dengan menggunakan termometer. 2. Memulai percobaan dengan mengaliri reaktor menggunakan air limbah batik dengan pompa yang sudah di sesuaikan debitnya. Gambar air mulai dialirkan ke dalam reaktor UPAL-REK dapat dilihat pada gambar 4.12 dibawah ini: Gambar 4.12 Air Mulai Dialirkan ke dalam Reaktor UPAL-REK 3. Saat ketinggian air sudah menyentuh plat elektroda, selanjutnya menyalakan step-down trafo. Gambar air menyentuh plat elektroda dapat dilihat pada gambar 4.13 dibawah ini:

8 37 Gambar 4.13 Air Menyentuh Plat Elektroda 4. Mencatat waktu yang diperlukan untuk air meluap ke bak sedimen. Gambar air meluap ke bak sedimen dapat dilihat pada gambar 4.14 dibawah ini: Gambar 4.14 Air Meluap ke Bak Sedimen 5. Mencatat waktu yang diperlukan untuk air keluar melalui pipa outlet. Gambar air keluar dari pipa outlet dapat dilihat pada gambar 4.15 dibawah ini:

9 38 Gambar 4.15 Air Keluar dari Pipa Outlet 6. Mengukur dan mencatat suhu yang terjadi pada tiap bagian bak reaktor dengan menggunakan termometer. Gambar mengukur suhu menggunakan termometer dapat dilihat pada gambar 4.16 dibawah ini: Gambar 4.16 Mengukur Suhu Menggunakan Termometer 4.3 Data Hasil Penelitian Proses pengolahan air limbah batik dengan UPAL-REK menggunakan elektroda Alumunium sebagai anoda dan Besi sebagai katoda menghasilkan beberapa parameter hasil pengolahan yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 di bawah ini:

10 39 Tabel 4.1 Hasil Penelitian Suhu, Arus dan Tegangan No Kode Percobaan REC Jarak Temperatur ( C ) Elektroda (cm) Arus (ampere) Tegangan (volt) 1 A 7, ,7 211,950 2 B 7, ,8 211,950 3 C 11, ,5 210,427 4 D 11, ,427 Tabel 4.1 merupakan data yang diamati dan dicatat selama penelitian, meliputi penggunaan arus, tegangan, suhu yang timbul selama proses pengolahan air limbah dengan UPAL-REK. Proses pengolahan air limbah selanjutnya adalah menguji kandungan polutan dengan metode spektrofotometri menggunakan alat spektrofotometer yang dilakukan di Laboratorium Analisis Instrumen Fakultas Farmasi USB Surakarta. Metode spektrofotometri memanfaatkan serapan gelombang cahaya untuk mengetahui nilai adsorbansi yang menjadi parameter zat terlarut pada air limbah hasil pengolahan. Nilai panjang gelombang hasil pengujian air limbah yang telah diolah dengan UPAL-REK disajikan dalam Tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil Pengujian Panjang Gelombang Cahaya dengan Spektrofotometer No Kode Percobaan REC Panjang Gelombang Absorbansi Awal Akhir Awal Akhir 1 A B C D Tabel 4.2 memaparkan hasil pengujian kandungan zat terlarut dengan spektrofotometer. Sampel awal merupakan sampel air limbah batik yang diambil langsung dari bak tampungan industri batik, artinya sampel yang diuji merupakan air limbah yang belum melalui proses pengolahan dengan UPAL-REK. Secara rata- rata hasil pengujian dengan spektrofotometer menghasilkan angka adsorbat yang relatif besar. Hal ini menunjukkan kandungan zat terlarut, dalam hal ini z at warna, pada air limbah sangat pekat. Sehingga tidak layak untuk dibuang secara langsung ke badan air. Sedangkan pada sampel yang telah melalui proses

11 40 memiliki nilai adsorbat yang bervariatif sehingga diperlukan analisis mengenai beberapa parameter yang diharapkan mendapatkan variasi komponen yang paling efisien digunakan di lapangan. Untuk itu dilakukan proses analisis yang meliputi kebutuhan daya arus listrik dan timbulnya panas yang dibahas lebih lanjut pada sub bab Analisis dan Pembahasan. Berikut ini gambar-gambar hasil perbedaan air limbah home industry batik sebelum dan setelah proses pengolahan dengan UPAL-REK yang dapat dilihat pada Gambar 4.17 s/d 4.20 dibawah ini: (a) Gambar 4.17 Hasil Proses Pengolahan Kode Percobaan A (a) Sampel sebelum diuji dan (b) sampel setelah diuji (b)

12 41 (a) Gambar 4.18 Hasil Proses Pengolahan Kode Percobaan B (a) Sampel sebelum diuji dan (b) sampel setelah diuji (b) (a) Gambar 4.19 Hasil Proses Pengolahan Kode Percobaan C (a) Sampel sebelum diuji dan (b) sampel setelah diuji (b)

13 42 (a) (b) Gambar 4.20 Hasil Proses Pengolahan Kode Percobaan D (a) Sampel sebelum diuji dan (b) sampel setelah diuji 4.4 Analisis dan Pembahasan Penggunaan Arus Arus listrik merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk membandingkan efisiensi UPAL-REK. Penelitian ini membandingkan variasi jarak elektroda UPAL-REK dengan mencari komposisi yang relatif kecil dalam penggunaan daya listrik. Semakin kecil daya listrik yang digunakan oleh UPAL- REK, semakin kecil pula ongkos produksi dalam mengoperasikan UPAL-REK. Dengan demikian, UPAL-REK yang disarankan relatif lebih dapat diterima karena lebih hemat dan efisien. Hasil penelitian menunjukkan hubungan yang sebanding antara REC (Rasio Elektroda Cairan) dengan penggunaan arus listrik. Hal ini dikarenakan semakin besar luas kontak elektroda dengan cairan elektrolit maka akan memerlukan arus listrik yang besar pula untuk mengoperasikan UPAL-REK. Hubungan REC dan penggunaan arus listrik dapat dilihat pada Gambar 4.21 berikut.

14 43 Gambar 4.21 Grafik Hubungan REC Dengan Arus Listrik Dari gambar di atas, dapat dilakukan analisis mengenai penggunaan daya listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan UPAL-REK dengan menggunakan persamaan 2.3. Contoh perhitungan: P = V x I P = 211,950 x 8,7 P = 1843,9 watt Perhitungan penggunaan daya dapat dijelaskan dengan Tabel 4.3. Tabel 4.3 Daya yang Digunakan UPAL-REK Arus Tegangan Daya No Percobaan REC (ampere) (volt) (watt) 1 A 7,08 8,7 211, ,9 2 B 7,08 8,8 211, ,2 3 C 11,8 14,5 210, ,,2 4 D 11, , ,4 Dengan demikian semakin luas bidang kontak elektroda maka semakin besar pula penggunaan daya listrik. Informasi penggunaan daya listrik setiap variasi REC dapat ditampilkan dalam Gambar 4.22.

15 44 Gambar 4.22 Grafik Hubungan REC dengan Penggunan Daya Listrik Berdasarkan Gambar 4.22 menunjukkan bahwa penggunaan daya listrik sebanding dengan REC, sehingga luas bidang kontak elektroda mempengaruhi efisiensi dalam penggunaan energi listrik. Hubungan luas bidang kontak elektroda dengan penggunaan arus dan daya listrik pada rangkaian UPAL-REK memiliki persamaan yang sebanding. REC yang besar memiliki luasan elektroda yang luas, sehingga arus listrik yang diperlukan oleh reaktor agar dapat berreaksi sempurna harus mengalir pada seluruh komponen elektroda. Dengan demikian diperlukan arus yang besar untuk mengoperasikan reaktor dengan REC yang besar, karena semakin besar REC semakin besar pula penggunaan arus dan daya listrik untuk mengoperasikan UPAL-REK Suhu Kelemahan reaktor elektrokimia adalah timbulnya suhu yang relatif tinggi dibanding metode pengolahan limbah cair lainnya. Dengan adanya Perancangan UPAL-REK ini reactor yang menghasilkan panas dapat diminimalisir karena sifatnya yang kontinyu. Berikut disajikan informasi suhu yang timbul akibat proses elektrolisis dengan UPAL-REK yang dapat dilihat pada Gambar 4.23.

16 45 Gambar 4.23 Grafik Hubungan REC dengan Suhu Gambar 4.23 menunjukkan bahwa semakin besar REC, semakin besar pula suhu yang ditimbulkan selama proses pengolahan air limbah batik. Hal ini dikarenakan luas kontak yang besar akan mempengaruhi penggunaan daya yang menimbulkan panas saat proses elektrolisis. Analisis juga dilakukan berdasarkan jarak elektroda untuk mengetahui apakah jarak elektroda memiliki pengaruh pada suhu yang timbul pada proses pengolahan air limbah dengan UPAL-REK. Untuk mempermudah analisis, disajikan informasi melalui Gambar Gambar 4.24 Grafik Hubungan Jarak Elektroda dengan Suhu

17 46 Gambar 4.24 menunjukkan kecenderungan jarak elektroda 2 cm memiliki pengaruh lebih besar terhadap suhu yang ditimbulkan. Dengan jarak elektroda 2 cm, proses pengolahan pada UPAL-REK menghasilkan suhu yang relatif lebih besar dibandingkan dengan dengan komponen UPAL-REK dengan jarak elektroda 3 cm. Sehingga jarak elektroda juga memperngaruhi timbulan panas pada reaktor. Secara teoritis, hubungan REC dengan suhu serta hubungan jarak elektroda dengan suhu adalah sebanding. Semakin besar REC, maka semakin besar pula suhu yang ditimbulkan selama proses pengolahan. Bila dihubungkan dengan penggunaan arus, REC besar memerlukan arus yang besar pula. Sedangkan dalam hal jarak antara elektroda, jarak antara anoda dan katoda, yang dipasang pada reaktor memiliki pengaruh timbulan suhu dikarenakan jarak yang dekat akan mempersingkat waktu reaksi elektrolisis. Sehingga suhu yang timbul akan meningkat secara cepat. Dalam penelitian yang dilakukan pada kinerja UPAL-REK ini, berdasarkan Gambar 4.23 dan Gambar 4.24 menunjukkan bahwa suhu yang ditimbulkan oleh komponen UPAL-REK dipengaruhi oleh REC dan jarak elektroda. REC yang besar menimbulkan suhu yang tinggi, karena arus yang mengalir pada komponen dengan REC besar juga lebih besar. Hubungan jarak elektroda dengan suhu memiliki kecenderungan menimbulkan suhu yang tinggi dengan jarak yang lebih dekat. Karena dengan jarak yang dekat maka proses elektrolisis akan terjadi dengan siklus yang lebih pendek sehingga reaksi yang cepat ini akan menimbulkan suhu yang tinggi. Dengan demikian, semakin besar REC maka semakin tinggi suhu yang ditimbulkan, serta semakin kecil jarak antar elektroda akan menghasilkan suhu yang besar Efisiensi Efisiensi UPAL-REK didasarkan pada hasil pengujian adsorbsi zat terlarut dengan menggunakan alat spektrofotometer yang memanfaatkan serapan panjang gelombang cahaya tampak. Efisiensi hasil pengolahan dengan UPAL-REK dapat dilihat pada Tabel 4.4.

18 47 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Panjang Gelombang dengan Spektrofotometer No Percobaan REC Absorbansi Efisiensi (%) Awal Akhir 1 A B C D Contoh perhitungan sampel A: Berdasarkan Tabel 4.4 maka terlihat bahwa efisiensi terbesar terdapat pada percobaan D. Untuk mempermudah membandingkan efisiensi masing-masing komponen dapat dilihat pada Gambar Gambar 4.25 Grafik Hubungan REC Dengan Efisiensi Gambar 4.25 menunjukkan kecenderungan yang pasti, semakin besar luasan bidang kontak elektroda semakin besar pula efisiensi yang dihasilkan. Rangkaian dengan REC 7,08 memiliki angka efisiensi yang paling optimal dengan pengujian spektrofotometer.

19 48 Efisiensi UPAL-REK secara garis besar dipengaruhi oleh luasan kontak elektroda. Jadi REC yang besar akan menimbulkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan REC yang kecil Komulatif Analisis Untuk mendapatkan rangkaian komponen yang diinginkan, yakni rangkaian yang hemat, efektif, dan efisien maka diperlukan analisis secara komulatif dalam beberapa paramater yang ditinjau, meliputi penggunaan arus, suhu, dan efisiensi. Gambar 4.26 menunjukkan ketiga parameter yang disajikan dalam satu grafik untuk menginformasikan masing rangkaian yang memiliki kelebihan dan kekurangan sehingga dapat ditarik beberapa kesimpulan. Komulatif analisis dapat dilihat pada Gambar Gambar 4.26 Grafik Komulatif Analisis Tiap Percobaan Gambar 4.26 menjelaskan informasi tiap rangkaian komponen yang diteliti. Berdasar informasi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Arus yang mengalir pada komponen UPAL-REK terbesar pada rangkaian dengan jarak elektroda 2 cm, yakni percobaan C dan D, dan arus terkecil pada rangkaian dengan jarak elektroda 3 cm, yakni pada percobaan A dan B

20 49 Penggunaan arus ini sama artinya dengan penggunaan daya untuk mengoperasikan UPAL-REK. 2. Panas yang terjadi selama pengoperasian UPAL-REK bervariatif dengan kecenderungan semakin besar luasan elektroda semakin besar pula panas yang ditimbulkan oleh UPAL-REK. Suhu tertinggi terjadi pada rangkaian dengan jarak elektroda 2 cm dan suhu terrendah pada rangkaian dengan jarak elektroda 3 cm. 3. Efisiensi terbesar terdapat pada rangkaian percobaan D dan efisiensi terkecil tersapat pada rangkaian percobaan A. Efisiensi ini berdasarkan hasil pengujian dengan metode spektrofotometri yang memanfaatkan serapan gelombang cahaya dengan alat spektrofotometer. Dari beberapa informasi yang diperoleh dari analisis data tersebut, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan. Dengan mempertimbangkan beberapa parameter analisis dan dengan metode penarikan kesimpulan maka dapat diambil informasi hasil penelitian sebagai berikut: 1. Untuk penggunaan arus dan daya listrik yang paling kecil adalah komponen UPAL-REK dengan REC terkecil, yakni 8,7. Dalam hal ini rangkaian komponen percobaan A dan B hanya memerlukan daya listrik 1843,9 watt sehingga paling hemat untuk digunakan oleh industri kecil. 2. Dalam hal timbulan panas (suhu), dibutuhkan komponen UPAL -REK yang menimbulkan suhu paling rendah. Hasil penelitian menunjukkan komponen dengan REC rendah akan menghasilkan suhu yang rendah. Jarak 3 cm menghasilkan suhu yang lebih rendah yaitu 39,25ºC. Sehingga rangkaian komponen percobaan A adalah komponen UPAL-REK yang paling baik digunakan bila ditinjau dalam hal timbulan panas. 3. Parameter efisiensi diperoleh informasi bahwa terjadi kecenderungan yang sebanding. Sehingga semakin dekat jarak antar plat elektroda semakin tinggi timbulan suhu yang terjadi semakin besar pula efisiensi dari UPAL-REK ini.