Efek Suhu Kalsinasi pada Penggunaan Lumpur Alum IPA sebagai Adsorben untuk Menurunkan Konsentrasi Seng (Zn 2+ ) pada Limbah Cair Industri Elektroplating Oleh: ARUM KARTIKA SARI 3307 100 043 Pembimbing: WELLY HERUMURTI, ST, MSc JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2011
LATAR BELAKANG Jumlah lumpur alum IPAM yang dihasilkan sangat banyak dan belum dimanfaatkan Limbah industri elektroplating banyak mengandung logam berat seperti Cu, Zn, Cr, Cd, Ni, dan Pb GAP Menurut Zhao (2010) Lumpur alum biasanya mengandung koloid alum hidroksida yang jenisnya amorf serta mempunyai luas permukaan yang lebih besar dan reaktivitas yang tinggi untuk adsorpsi anion
Kalsinasi merupakan proses pemanasan pada temperatur yang relatif tinggi. Pada lumpur reservoir yang mengandung mineral aluminosilikat dengan kalsinasi diharapkan dapat terdistorsi atau dihancurkan menjadi kurang kristal (Tang et al., 2009) Peningkatan suhu kalsinasi menyebabkan meningkatnya diameter pori dan ukuran distribusi pori lebih luas (Sun et al., 2008)
TUJUAN 1 2 Menentukan suhu kalsinasi, waktu kontak, dan dosis adsorben optimum adsorpsi yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah buatan. Menentukan kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah buatan dan limbah cair industri elektroplating. 3 Menentukan model isoterm adsorpsi Zn 2+ dan kinetika adsorpsi Zn 2+ dengan adsorben lumpur alum.
RUANG LINGKUP Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium Sampel air limbah menggunakan limbah buatan seng (Zn 2+ ) dibuat dari padatan Zn(SO 4 ) 2 7H 2 O dan air limbah industri elektroplating. Lumpur alum dari filter press dan lumpur sungai dari bak prasedimentasi instalasi penjernihan air minum (IPAM) Surabaya Unit Karang Pilang III.
RUANG LINGKUP Variabel Penelitian Proses Batch yang digunakan: 1. Suhu kalsinasi : 105 C, 250 C, 400 C, 550 C 2. Konsentrasi Limbah : 225 mg/l, 400 mg/l, dan 900 mg/l 3. Dosis adsorben : 0,3 g/l, 0,5 g/l, 0,8 g/l, 1 g/l, 2 g/l, 3 g/l, dan 4 g/l 4. Waktu kontak : 0,5 ; 1 ; 1,5 ; 2 ; 3 ; 4 ; dan 5 menit
Proses Pembuatan Adsorben Lumpur Alum filter press Lumpur alum (cake) Lumpur alum sudah dikalsinasi
MANFAAT Memberikan informasi mengenai kinerja lumpur alum dalam menurunkan kadar Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating Sebagai alternatif pengolahan limbah yang murah dan efektif pada industri elektroplating sehingga dapat teratasinya masalah buangan limbah industri serta limbah lumpur alum di PDAM.
KERANGKA PENELITIAN Kajian Pustaka dan Identifikasi Masalah Peraturan dan Kajian Pustaka: Proses adsorpsi merupakan salah satu pengolahan air limbah secara fisik-kimia Adsorpsi dapat menyerap kandungan logam berat pada limbah elektroplating yaitu Zn Lumpur alum dapat digunakan sebagai adsorben Baku mutu limbah cair industri KepGub Jatim no.45 tahun 2002 Berapa suhu kalsinasi, waktu kontak, dan dosis adsorben optimum adsorpsi yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating? Bagaimana kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating? Bagaimana model isoterm adsorpsi Zn 2+ dan kinetika adsorpsi Zn 2+ dengan adsorben lumpur alum? Latar Belakang Gap Realitas: Jumlah lumpur alum IPAM yang dihasilkan sangat banyak dan belum dimanfaatkan Limbah industri elektroplating yang dapat mencemari lingkungan Limbah industri elektroplating yang banyak mengandung logam berat seperti Cu, Zn, Cr, Cd, Ni, dan Pb Kandungan Zn pada limbah elektroplating melebihi baku mutu Tujuan 1: Mengidentifikasi suhu kalsinasi, waktu kontak, dan dosis adsorben optimum adsorpsi yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating Tujuan 2: Mengidentifikasi kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating Tujuan 3: Mengidentifikasi model isoterm adsorpsi Zn 2+ dan kinetika adsorpsi Zn 2+ dengan adsorben lumpur alum Pustaka Pendukung: - Pengolahan limbah dengan adsorpsi - Mekanisme adsorpsi - Software untuk pengolahan dan analisis data Hasil 1: Akan diperoleh suhu kalsinasi, waktu kontak, dan dosis adsorben optimum adsorpsi yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating Hasil 2: Akan diperoleh kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi Zn 2+ dalam limbah cair industri elektroplating Hasil 3: Akan diperoleh model isoterm adsorpsi Zn 2+ dan kinetika adsorpsi Zn 2+ dengan adsorben lumpur alum METODE Persiapan Alat dan Bahan - Peralatan laboratorium - Peralatan reaktor - Reagen analisis - Lumpur alum dan lumpur sungai - Limbah cair industri elektroplating Penelitian Pendahuluan 1. Analisis karakteristik lumpur 2. Analisis kualitas air limbah awal 3. Analisis waktu kontak Pelaksanaan Proses Batch pada Limbah Buatan Proses Kontinyu pada Limbah Buatan Proses Batch pada Limbah Cair Industri Elektroplating Proses Adsorpsi dengan Adsorben Lumpur Sungai Analisis hasil effluen Pengolahan Data - Sortir dan Kategorisasi Data - Tabulasi dan Grafik Pembahasan Kesimpulan Pengumpulan Data Analisis Data Pembahasan dan Kesimpulan
Langkah Kerja Penelitian Persiapan alat dan bahan Pembuatan adsorben 1. Adsorben lumpur alum 2. Adsorben lumpur sungai Pembuatan limbah buatan Karakteristik adsorben lumpur alum Penelitian pendahuluan Karakteristik awal limbah cair elektroplating Uji rentang waktu kontak Analisis: 1.XRF 2.XRD 3.SEM 4.BET Parameter yang diuji: Zn, Cu, Cd, Pb, Cr, Ni, ph, TSS Proses batch dengan limbah buatan Variasi: 1. Suhu kalsinasi 105 C 2. Suhu kalsinasi 400 C Variasi suhu kalsinasi: 1. Suhu kalsinasi 105 C 2. Suhu kalsinasi 250 C 3. Suhu kalsinasi 400 C 4. Suhu kalsinasi 550 C Variasi konsentrasi: 225 mg/l, 400 mg/ L, dan 900 mg/l Variasi waktu kontak: 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; dan 5 menit Variasi dosis adsorben: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 2; 3; dan 4 g/l Proses batch dengan limbah cair industri elektroplating Variasi suhu kalsinasi: 1. Suhu kalsinasi 400 C 2. Suhu kalsinasi 550 C Variasi dosis adsorben: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 2; 3; dan 4 g/l Proses adsorpsi dengan adsorben lumpur sungai Variasi suhu kalsinasi: 1. Suhu kalsinasi 105 C 2. Suhu kalsinasi 400 C Variasi dosis adsorben: 0,5; 0,8; 1; 2; dan 3 g/l
KARAKTERISTIK ADSORBEN LUMPUR ALUM XRF XRD SEM BET
X-Ray Fluorosence (XRF) Parameter Lumpur Alum 105 C (% berat) Lumpur Alum 250 C (% berat) Lumpur Alum 400 C (% berat) Lumpur Alum 550 C (% berat) MgO 0,7 0 0,9 0,4 Al 2 O 3 15 15 15 18 SiO 2 41,4 42,3 42,0 41,4 P 2 O 5 0,79 0,81 0,78 - K 2 O 1,39 1,38 1,40 1,33 CaO 5,96 6,04 6,01 5,66 TiO 2 1,77 1,78 1,76 1,63 V 2 O 5 0,097 0,11 0,10 0,082 Cr 2 O 3 0,03 0,03 0,035 0,03 MnO 0,582 0,583 0,559 0,505 Fe 2 O 3 32,19 31,97 31,27 27,52 CuO 0,10 0,095 0,086 0,083 ZnO 0,14 0,14 0,13 0,12 BaO 0,1 0,1 0,1 0,2 Br - - - 2,6 Persentase paling besar Sumber: Hasil analisis, 2011
X-Ray Diffraction (XRD) Lumpur Alum Suhu 550 C amorf Sumber: Hasil analisis, 2011
Scanning Electron Microscope (SEM) Perbesaran 3000x Perbesaran 5000x Perbesaran 10000x BET Parameter Luas permukaan (m 2 /g) Volum e pori (x10-1 ) (cc/g) Suhu 105 C Suhu 250 C Suhu 400 C Suhu 550 C 44,931 31,509 39,368 44,348 1,228 1,056 1,122 1,215
%Penurunan Zn2+ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Penentuan Suhu Kalsinasi dan Waktu Kontak Optimum pada Konsentrasi 225 mg/l suhu 105 suhu 250 suhu 400 suhu 550 Suhu optimum 0 1 2 3 4 5 6 Waktu Kontak (menit)
% Penurunan Zn2+ Penentuan Suhu Kalsinasi dan Waktu Kontak Optimum pada Konsentrasi 400 mg/l 100 90 80 70 60 50 40 30 20 suhu 105 C suhu 250 C suhu 400 C suhu 550 C 0 1 2 3 4 5 6 Waktu Kontak (menit) Suhu optimum
Penentuan Suhu Kalsinasi dan Waktu Kontak Optimum pada Konsentrasi 900 mg/l Suhu % Penurunan Zn2+ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 suhu 105 C suhu 250 C suhu 400 C suhu 550 C optimum 0 1 2 3 4 5 6 Waktu Kontak (menit)
Penentuan Dosis Optimum Penurunan Zn2+ (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Dosis optimum suhu 400 C suhu 550 C 0 1 2 3 4 5 Dosis (g/l)
Persentase Penurunan Zn 2+ pada limbah cair industri elektroplating Persentase Penurunan Zn 2+ (%) Dosis (g/l) pada variasi suhu kalsinasi 400 C 550 C 0,3 81,2 74,7 0,5 75,3 72,8 0,8 74,9 72,3 1 74,6 71,9 2 73,3 73,3 3 72,6 73,6 4 74,6 76,1
Persentase Penurunan Zn 2+ Menggunakan Adsorben Lumpur Sungai Persentase penurunan Zn 2+ (%) pada Dosis (g/l) variasi suhu kalsinasi lumpur sungai 105 C 400 C 0,5 48,2 53,5 0,8 55,1 57,7 1 56,8 62,5 2 58,0 66,8 3 58,2 61,5
Parameter Isoterm pada Kondisi Optimum Parameter Isoterm Freundlich K f (mg/g) n R 2 Langmuir q maks (mg/g) b (L/g) R 2 R L Lumpur Alum Suhu 400 C 24,054 3,570 0,4672 95,238 0,192 0,9224 0,023 Lumpur Alum Suhu 550 C 20,979 2,956 0,6314 135,135 0,0412 0,845 0,10
Isoterm Freundlich Grafik Isoterm Isoterm Langmuir 2.40 2.20 2.00 2.50 2.00 y = 0.0105x + 0.0547 R² = 0.9224 Log qe 1.80 1.60 y = 0.2801x + 1.3812 R² = 0.4672 Ce/qe 1.50 1.00 1.40 1.20 0.50 1.00 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 Log Ce 0.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 Ce
Parameter Kinetika Adsorpsi Zn 2+ pada Kondisi Optimum Parameter Kinetika Adsorpsi Orde satu semu q e perhitungan (mg/g) k 1 (mg/menit) R 2 Orde dua semu q e perhitungan (mg/g) k 2 (g/(mg/menit)) h (mg/(g.menit)) R 2 Lumpur Alum Suhu 400 C 114,28 0,392 0,752 200,0 0,006 250,0 0,902 Lumpur Alum Suhu 550 C 180,72 1,073 0,902 200,0 0,008 333,33 0,914
Grafik Kinetika 2.50 Log (qe-qt) 2.00 1.50 1.00 0.50 y = -0.4666x + 2.2579 R² = 0.9021 Kinetika orde satu semu 0.00-0.50 0 1 2 3 4 5 6 t (menit) 0.0300 0.0250 0.0200 Kinetika orde dua semu t/qt 0.0150 0.0100 0.0050 y = 0.005x + 0.0032 R² = 0.9142 0.0000 0 1 2 3 4 5 6 t (menit)
KESIMPULAN 1. Kondisi optimum lumpur alum untuk meremoval Zn 2+ pada limbah buatan dengan konsentrasi 225 dan 400 mg/l yaitu suhu kalsinasi 105 C dengan waktu kontak 4 menit, dan untuk konsentrasi 900 mg/l yaitu suhu kalsinasi 250 C dengan waktu kontak 1,5 menit. 2. Kemampuan lumpur alum suhu kalsinasi 400 C dan 550 C untuk meremoval Zn 2+ pada limbah cair electroplating yaitu 81,2% dan 74,7%, sedangkan pada limbah buatan adalah 84,5% dan 84,0%. 3. Isoterm adsorben lumpur mengikuti model isoterm Langmuir dan kinetika lumpur alum mengikuti orde dua semu.
SARAN 1 2 3 4 Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai adsorben yang telah digunakan untuk mengadsorpsi limbah Zn 2+ agar tidak langsung dibuang ke lingkungan. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai adsorpsi dengan adsorben lumpur alum menggunakan proses kolom atau kontinyu Perlu dilakukan analisis karakteristik adsorben lumpur alum setelah proses adsorpsi Perlu dilakukan proses kalsinasi pada adsorben dengan pengaturan suhu yang lebih baik
REFERENSI - Babatunde, A. O., Zhao, Y. Q. 2010. Equilibrium and Kinetic Analysis of Phosphorus Adsorption from Aqueos Solution Using Waste Alum Sludge. Journal of Hazardous Material 184: 746-752. - Sun, Z.X., Zheng, T.T., Bo, Q.B., Du, M., dan Forsling, Willis. 2008. Effect of calcination temperature on the pore size and wall crystalline structure of mesoporous alumina. Journal of Colloid and Interface Science 319: 247-251 - Tang,X., Li,Z., dan Yunmin, Chen. 2009. Adsorption behavior of Zn(II) on calcinated Chinese loess. Journal of Hazardous Materials 161:824-834
TERIMA KASIH