TK-40Z2 Penelitian Semester II 2005/2006 Judul PEMANFAATAN LUMPUR BIO SEBAGAI ADSORBEN MELALUI PIROLISIS : PENGUJIAN ULANG Kelompok B.45.3.01 Imam Supriatna (13001029) Pembimbing Ir. Tjandra Setiadi, M.Eng, Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
LEMBAR PENGESAHAN TK-40Z2 PENELITIAN Semester II 2005/2006 PEMANFAATAN LUMPUR BIO SEBAGAI ADSORBEN MELALUI PIROLISIS : PENGUJIAN ULANG Kelompok B.45.3.01 Imam Supriatna (13001029) Catatan Bandung, 2007 Disetujui Pembimbing Ir. Tjandra Setiadi, M.Eng., Ph.D i
TK-40Z2 PENELITIAN Pemanfaatan Lumpur Bio Sebagai Adsorben Melalui Pirolisis : Pengujian Ulang Kelompok B.45.3.01 Imam Supriatna (13001029) Pembimbing Prof. Dr. Tjandra Setiadi ABSTRAK Perkembangan industri harus berorientasi pada industri yang berteknologi ramah lingkungan. Limbah industri yang ada harus memenuhi baku mutu yang telah ditetapkan pemerintah. Salah satu pengolahan air limbah secara biologis yang paling umum digunakan adalah proses lumpur aktif. Sistem lumpur aktif menghasilkan limbah berupa lumpur bio yang harus dipisahkan dari proses pengolahan limbah. Satu alternatif pemanfaatan lumpur bio ialah dengan memanfaatkannya menjadi adsorben, yang dibuat melalui proses pirolisis. Tujuan penelitian ini ialah menguji ulang kondisi optimum pirolisis dan konsentrasi optimum bahan aktivasi yang digunakan untuk menghasilkan adsorben dari lumpur bio. Temperatur pirolisis setinggi 800 o C, waktu pirolisis selama 60 menit, dan konsentrasi agen aktivasi (ZnCl 2 ) sebanyak 5 M merupakan kondisi optimum yang digunakan dalam proses produksi adsorben sebelumnya (Supriyadi, 2006). Variabel yang digunakan adalah sumber lumpur bio yang digunakan. Lumpur bio hasil pirolisis atau adsorben kemudian diuji terhadap fenol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorben yang merupakan campuran dari lumpur bio dari tiga IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah) I, II, dan III memiliki kemampuan mengadsorpsi fenol yang baik. Dengan model adsorpsi isotermal Langmuir, adsorben tersebut memiliki konstanta q m (kapasitas adsorpsi maksimum [mg/g]) sebesar 68,49 mg adsorbat/g adsorben, lebih tinggi daripada penelitian sebelumnya (Supriyadi, 2006) sebesar 34,36 mg/g. Kata kunci : tekstil, lumpur bio, pirolisis, adsorben, Langmuir ii
TK-40Z2 RESEARCH Pyrolysis of Biosludge for Its Reutilization As an Adsorbent Group B.45.3.01 Imam Supriatna (13001029) Advisor Prof. Dr. Tjandra Setiadi ABSTRACT The development of industry should be oriented to an environmental friendly industry. The existing industrial waste must meet goverment standard. The most commonly applied biological waste water is the actived sludge process. This system produces biosludge as waste that must be separated from waste treatment process. One alternative re-utilization of biosludge is by reusing it an adsorbent through pyrolysis. The purpose of this research is to test the optimum condition of pyrolysis and the optimum concentration of activation agent that is used to produce adsorbent from biosludge. The optimum condition of pyrolysis was reported to be 800 o C, for 60 minutes, and using 5 M at activation agent (ZnCl 2 ) (Supriyadi,2006). The source of biosludge was varied. The performance of biosludge after pyrolisis or adsorbent was then examined to phenol. Research results show that adsorbent from a mixture from three WWTP (Waste Water Treatment Process) Biosludge I, II, and III has good phenols adsorpsion ability. With Langmuir isotermal adsorption model, the adsorbent has q m constant (maximum adsorption capacity of 68.49 mg adsorbate/g adsorbent, that is higher than the previously reported value (Supriyadi,2006) of 34.36 mg/g. Keyword : textile, biosludge, pyrolysis, adsorbent, Langmuir iii
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-nya lah laporan TK-40Z2 Penelitian dapat diselesaikan. Laporan ini penulis susun sebagai salah satu prasyarat tugas akhir penelitian. Topik dari penelitian ini adalah Pemanfaatan Lumpur Bio Sebagai Adsorben melalui Pirolisis0. Dalam proses penyusunan penelitian ini, penulis mendapat banyak sekali bantuan, dorongan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ir. Tjandra Setiadi, M.Eng, Ph.D, sebagai dosen pembimbing. 2. Dr. IDG Arsa Putrawan, sebagai koordinator TK-40Z2 Penelitian. 3. Semua pegawai Laboratorium Mikrobiologi Teknologi Bioproses Teknik Kimia ITB 4. Pegawai Laboratorium MP3 5. Pegawai Laboratorium Analisis dan Instrumentrasi Teknik Kimia ITB Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna. Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang dapat membantu demi perbaikan laporan ini. Penulis berharap agar laporan ini dapat berguna bagi penelitian selanjutnya dan pihakpihak yang memerlukan. Bandung, Mei 2007 Penulis B.45.3.01 iv
DAFTAR ISI Halaman Lembar Pengesahan i Abstrak ii Abstract iii Kata Pengantar iv Daftar Isi v Daftar Tabel vii Daftar Gambar viii Daftar Simbol ix I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 1 1.3 Tujuan Penelitian 2 1.4 Ruang Lingkup 2 II TINJAUAN PUSTAKA 4 2.1 Lumpur Bio 4 2.1.1 Kandungan Lumpur Bio 5 2.1.2 Perlakuan dan Pengolahan Pada Lumpur Bio 6 2.2 Lumpur Aktif 11 2.3 Pemanfaatan Alternatif Lumpur Bio 13 2.4 Lumpur Bio Sebagai Adsorben 15 2.4.1 Pirolisis 15 2.4.2 Adsorpsi 17 2.4.2.1 Mekanisme Adsorpsi 19 2.4.2.2 Adsorpsi Isotermal 19 2.4.2.3 Adsorpsi Isotermal Langmuir 19 2.4.2.4 Adsorpsi Isotermal Freundlich 20 III RANCANGAN PENELITIAN 22 3.1 Metodologi 22 v
3.2 Percobaan 22 3.2.1 Alat dan Bahan 23 3.2.2 Prosedur Percobaan 24 3.2.3 Variasi Percobaan 27 3.2.4 Analisis Data Percobaan atau Analisis Konsentrasi Adsorbat Residual 27 3.3 Interpretasi Data 27 IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29 4.1 Produksi Adsorben dari Lumpur Bio Melalui Pirolisis 29 4.1.1 Pengolahan Awal Lumpur Bio 29 4.1.2 Proses Pirolisis 30 4.1.3 Pengolahan Akhir Lumpur Bio 30 4.2 Pengujian Karakteristik Adsorpsi Lumpur Bio Hasil Pirolisis Terhadap Fenol 30 V KESIMPULAN DAN SARAN 36 5.1 Kesimpulan 36 5.2 Saran 36 DAFTAR PUSTAKA 37 LAMPIRAN A PETUNJUK KESELAMATAN PENGGUNAAN BAHAN L-1 LAMPIRAN B PROSEDUR PERCOBAAN L-7 LAMPIRAN C ANALISIS FENOL DENGAN METODE FOTOMETRI LANGSUNG L-9 LAMPIRAN D DATA PERCOBAAN L-11 vi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Batas emisi udara pada proses insinerasi 8 Tabel 2.2 Nilai batas kandungan logam dan senyawa organik pada lumpur bio untuk land application 9 Tabel 2.3 Penggunaan metode konvensional pengolahan lumpur bio di Amerika Serikat 10 Tabel 2.4 Rentang beban proses lumpur aktif 12 Tabel 2.5 Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia 18 Tabel 3.1 Konstanta adsorpsi isotermal Langmuir dan Freundlich 28 Tabel 4.1 Konstanta adsorpsi isotermal 34 Tabel 4.2 Perbandingan dengan penelitian lain 35 vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Produksi lumpur bio di Amerika Serikat 4 Gambar 2.2 Produksi lumpur bio di negara-negara Eropa 5 Gambar 2.3 Penggunaan metode konvensional pengolahan lumpur bio di negara-negara Eropa 10 Gambar 2.4 Satuan proses pengolahan biologis sinambung tanpa daur ulang 11 Gambar 3.1 Skema alat pirolisis 23 Gambar 3.2 Diagram alir penelitian 26 Gambar 3.3 Grafik hubungan 1/q e terhadap 1/C e 28 Gambar 3.4 Grafik hubungan log q e terhadap log C e 28 Gambar 4.4 Pengaluran adsorpsi isotermal Freundlich 32 Gambar 4.5 Pengaluran adsorpsi isotermal Langmuir 33 viii
DAFTAR SIMBOL b C ads C e C o K F m n q e q m V = tetapan energi ikatan antara adsorbat dan adsorben [l/mg] = konsentrasi adsorbat yang teradsorp [mg/g] = konsentrasi adsorbat residual [mg/l] = konsentrasi adsorbat awal [mg/l] = tetapan Freundlich = kapasitas adsorpsi dari adsorben [(mg/g)(1/mg) 1/n ] = massa kering adsorben [g] = tetapan yang menunjukkan intensitas adsorpsi dari adsorben = kapasitas adsorpsi dari adsorben [mg/g] = kapasitas adsorpsi maksimum [mg/g] = volume larutan [l] ix