Company LOGO Efek Suhu Kalsinasi Pada Penggunaan Lumpur Alum IPA sebagai Adsorben Untuk Menurunkan Konsentrasi Limbah Fosfat Oleh : Frida Novia Handini (3307.100.071) Dosen Pembimbing : Welly Herumurti, ST., M.Sc Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2011
Company LOGO Latar belakang Penelitian Produk samping IPA berupa lumpur alum yang belum termanfaatkan Limbah fosfat yang dihasilkan oleh industri pupuk dengan konsentrasi tinggi penelitian tentang penggunaan lumpur alum sebagai adsorben untuk mengurangi konsentrasi fosfat
Company LOGO Tujuan Penelitian Menentukan dosis lumpur alum, waktu kontak, dan suhu kalsinasi optimum yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi fosfat dalam limbah fosfat artificial. Menentukan kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi fosfat dalam limbah cair industri. Menentukan model isoterm adsorpsi fosfat dan kinetika adsorpsi fosfat dengan adsorben lumpur alum.
Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memperoleh adsorben yang murah dan efektif, sehingga dapat digunakan sebagai alternatif pengolahan air limbah untuk menurunkan konsentrasi fosfat.
Company LOGO Ruang Lingkup Sampel air limbah adalah air limbah buatan fosfat (KH 2 PO 4 ) dan limbah cair industri pupuk. Lumpur alum dari filter press dan lumpur sungai dari endapan bak prasedimentasi yang berasal dari Instalasi Penjernihan Air Minum (IPAM) Surabaya Unit Karangpilang III. Proses batch: Variasi suhu kalsinasi pada lumpur alum antara lain: 105 C, 250 C, 400 C, dan 550 C. Variasi dosis antara lain: Suhu 105 C: 30, 40, 50, 60, 70, 80, dan 90 g/l. Suhu 250 C, 400 C, 550 C: 10, 20, 30, 40, 50, 60, dan 70 g/l. Variasi waktu kontak antara lain: 15, 30, dan 60 menit.
Tinjauan Pustaka Lumpur alum mempunyai kandungan utama yaitu ion aluminium amorf. Ion ini di dalam air berikatan kuat dengan hidroksida, fosfat, dan senyawa organik. Lumpur alum memiliki kandungan air tinggi dan sulit dihilangkan kadar airnya (Kaggawa dkk., 2000). Komposisi utama dari lumpur alum kering adalah aluminium sebesar 46% dalam bentuk (Al 2 O 3 ). Komposisi kimia yang lain antara lain Fe 3+, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, SO 4 2-, dan SiO 4 2- (Yang dkk., 2006).
Tinjauan Pustaka Kalsinasi adalah proses pemanasan dengan temperatur tinggi (El-Jallad dkk.,1980). Rata-rata temperatur yang digunakan adalah 100 C sampai 1000 C. Pemanasan dilakukan selama 3 jam. Rusaknya material organik dalam pemanasan menyebabkan terbentuknya pori dalam lumpur (Ramason, 2009). Pori-pori adsorben merupakan tempat berlangsungnya adsorpsi yaitu pada permukaan adsorben yang disebut active site (situs) (Alberty dan Silbey, 1996).
Tinjauan Pustaka Mekanisme adsorpsi terjadi melalui tiga tahapan yaitu: Perpindahan zat terlarut dalam larutan menuju sekeliling adsorben kemudian berdifusi melalui lapisan film pada permukaan terluar adsorben. Difusi zat terlarut menuju pori pada adsorben melibatkan perpindahan adsorbat dari permukaan adsorben menuju ke permukaan dalam adsorben. Penyerapan adsorbat oleh sisi bagian dalam adsorben pada pori dan mengisi ruang dalam adsorben (Unuabonah, 2006)
Kerangka Penelitian Kajian Pustaka: Lumpur alum produk samping IPA dapat digunakan sebagai adsorben Proses adsorpsi dapat menghilangkan kandungan fosfat Latar Belakang GAP Realitas: Lumpur alum IPA dalam jumlah yang besar dan belum termanfaatkan Limbah fosfat yang dihasilkan dari industri pupuk sangat tinggi Pustaka yang mendukung: Mekanisme adsorpsi Pengolahan limbah fosfat Penggunaan lumpur alum sebagai adsorben Isoterm dan kinetika adsorpsi Metode Lumpur alum dan lumpur sungai Peralatan laboratorium Limbah buatan fosfat Limbah industri pupuk fosfat Reagen penelitian Peneltian Pendahuluan Uji karakteristik Lumpur Uji karakteristik kandungan limbah cair industri fosfat Uji penentuan dosis Berapa waktu kontak, dosis lumpur alum, dan suhu optimum kalsinasi pada proses batch? Bagaimana kemampuan lumpur alum untuk menurunkan konsentrasi fosfat? Tujuan : Mengidentifikasi waktu kontak, dosis lumpur alum, dan suhu kalsinasi optimum pada proses batch Tujuan : Mengidentifikasi kemampuan lumpur alum untuk menurunkan fosfat Hasil : Diperoleh waktu kontak, dosis, dan suhu kalsinasi yang optimum untuk menurunkan fosfat pada proses batch Hasil : Diperoleh efisiensi kemampuan lumpur alum dalam meremoval fosfat dalam limbah industri pupuk Penelitian Lanjutan Penetuan dosis, waktu kontak, dan suhu kalsinasi optimum pada sistem batch Uji perbandingan penggunaan lumpur sungai sebagai adsorben dengan sistem batch Percobaan sistem batch dengan menggunakan limbah cair industri fosfat Pengolahan Data Sortir dan katagori data Tabulasi dan pembuatan grafik Bagaimana model isoterm dan kinetika adsorpsi fosfat dengan adsorben lumpur alum Tujuan : Mengidentifikasi model isoterm dan kinetika adsorpsi fosfat dengan adsorben lumpur alum Hasil : Diperoleh model isoterm adsorpsi dan kinetika adsorpsi fosfat dengan lumpur alum Analisis dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran
Langkah Kerja 1. Persiapan alat dan bahan Lumpur alum dari filter press Ayakan 200 Mesh Adsorben lumpur alum
Langkah Kerja 2. Penelitian pendahuluan meliputi uji penentuan dosis, uji karakteristik lumpur, dan uji karakteristik kandungan limbah cair fosfat. 3. Penelitian lanjutan meliputi uji penentuan dosis, waktu kontak, dan suhu kalsinasi optimum, uji perbandingan penggunaan lumpur sungai dan lumpur alum sebagai adsorben, dan uji penentuan dosis optimum dan suhu kalsinasi optimum dengan menggunakan limbah fosfat. 4. Sortir data dan pembuatan grafik. 5. Analisis dan pembahasan. 6. Kesimpulan dan saran.
Analisis dan Pembahasan Karakteristik adsorben lumpur alum Penentuan dosis adsorben optimum Penentuan waktu kontak dan suhu kalsinasi optimum Adsorpsi pada limbah cair industri fosfat Isoterm Adsorpsi dan Kinetika Adsorpsi
Karakteristik Lumpur Alum XRF XRD SEM BET
X-Ray Flourosence (XRF) Komposisi Suhu 105 C Suhu 250 C Suhu 400 C Suhu 550 C MgO 0,70% 0% 0,90% 0,40% Al 2 O 3 15% 15% 15% 18% SiO 2 41,40% 42,3% 42% 41,40% 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% 0,030% MnO 0,582% 0,583% 0,559% 0,505% Fe 2 O 3 32,19% 31,97% 31,27% 27,52% CuO 0,10% 0,10% 0,09% 0,083% ZnO 0,14% 0,14% 0,13% 0,12% BaO 0,10% 0,10% 0,10% 0,20% Br - - - 0,20%
X-Ray Diffraction XRD Difraktogram XRD menunjukkan bahwa lumpur alum memiliki stuktur amorf (tidak beraturan).
Scanning Electron Microscope (SEM) dan BET (Brunauer-Emmett-Teller) Suhu kalsinasi 105 C, 250 C, 400 C, 550 C dengan pembesaran 10000x Parameter 105 C 250 C 400 C 550 Luas permukaan (m 2 /g) Volume pori (x10-1 ) (cc/g) 44,931 31,509 39,368 44,348 1,228 1,056 1,122 1,215
Penentuan Dosis Optimum pada Waktu Kontak 30 Menit 100 80 Removal (%) 60 40 20 0 Suhu 105 C Suhu 250 C Suhu 400 C Suhu 550 C 0 20 40 60 80 100 Dosis (g/l)
100 Penentuan Suhu Kalsinasi dan Waktu Kontak Optimum pada Dosis 60 g/l Removal (%) 90 80 70 60 Suhu 105 C Suhu 250 C Suhu 400 C Suhu 550 C 0 20 40 Waktu Kontak (Menit) 60 80
Adsorpsi Pada Limbah Fosfat 120 100 Removal (%) 80 60 40 20 0 250 C 400 C 0 20 40 60 80 Dosis (g/l)
Isoterm Adsorpsi Suhu 250 C Suhu 400 C Freundlich Log qe 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 y = 0,533x - 0,251 R² = 0,908 Log qe 0,8 0,6 0,4 0,2 y = 0,461x - 0,129 R² = 0,870 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Log Ce 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Log Ce Langmuir Ce/qe 15 12 9 6 3 0 y = 0,210x + 3,121 R² = 0,950 0 10 20 Ce 30 40 50 Ce/qe 12 10 8 6 4 2 0 y = 0,217x + 2,470 R² = 0,874 0 10 20 30 40 50 Ce
Isoterm Adsorpsi Parameter Isoterm Suhu 250 C Suhu 400 C Freundlich Kf (mg/g) 0,56 0,74 n 1,88 2,17 R 2 0,91 0,87 Langmuir a (mg/g) 4,76 4,61 b (L/g) 0,07 0,09 R 2 0,95 0,874 R L 0,11 0,09
Kinetika Adsorpsi Suhu 250 C Suhu 400 C Orde Satu Semu Log (qe-qt) 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0 0 20 40 60 80 y = -0,028x - 0,327 R² = 0,882 Log (qe-qt) 0,0-0,5-1,0-1,5 0 20 40 60 80 y = -0,026x - 0,013 R² = 0,927-2,5 Waktu (Menit) -2,0 Waktu (Menit) Orde Dua Semu t/qt 30 25 20 15 10 5 y = 0,456x + 0,821 R² = 0,999 t/qt 35 30 25 20 15 10 5 0 y = 0,448x + 2,216 R² = 0,998 0 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 Waktu (Menit) Waktu (Menit)
Kinetika Adsorpsi Parameter Kinetika Adsorpsi Suhu 250 C Suhu 400 C Orde Satu Semu q e (mg/g) 0,471 0,971 R 2 0,882 0,927 K 1 (mg/g.menit) 0,064 0,060 Orde Dua Semu q e (mg/g) 2,193 2,049 R 2 0,999 0,998 K 2 (mg/g.menit) 0,253 0,107 h (menit) 1,218 0,451 q e exp 2,131 1,849
Kesimpulan 1. Dosis optimum lumpur alum suhu kalsinasi 400 C adalah 30 g/l. Waktu kontak optimum adalah pada waktu 30 menit dan suhu kalsinasi optimum adalah suhu 400 C. 2. Kemampuan adsorpsi lumpur alum suhu kalsinasi 400 C untuk menurunkan PO 3-4 pada limbah fosfat sebesar 88%, sedangkan pada limbah buatan sebesar 87%. 3. Isoterm adsorben lumpur alum pada suhu kalsinasi optimum 400 C mengikuti model Langmuir dengan kapasitas adsorpsi sebesar 4,61 mg/g dan kinetika adsorpsinya mengikuti orde dua semu dengan kapasitas adsorpsinya sebesar 2,19 mg/g dan laju kinetika adsorpsi sebesar 0,11 mg/g. menit.
Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pada proses kontinyu sehingga dapat diterapkan. Perlu penelitian lebih lanjut tentang proses yang terjadi dalam penurunan konsentrasi fosfat. Perlu adanya penelitian lebih lanjut terhadap pemanfaatan adsorben setelah digunakan untuk adsorpsi.
Daftar Pustaka Alberty, R. A. dan Silbey, R. J. 1996. Physical Chemistry Second Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc. Kaggawa, R.C., Mulaleo, C.I., Dennry, P., dan Okurut, T.O. (2001). The Impact of Alum Discharges on Natural Tropical Wetldan in Ugdana. Water Research, 35, 3 : 795-807. Ramason, J., Dirion, J. L., Nzihou, A., dan Depelsenaire. (2009). Characterization and Kinetics of Surface Area Reduction During The Calcination of Dredged Sediments. Powder Technology, 190, 59-64 Yang, Y., Zhao, Y.Q., Babatunde, A.O., Wang, L., Ren, Y.X., dan Han, Y. (2006). Characteristics dan Mechanisms of Phosphate Adsorption on Dewatered Alum Sludge. Journal Separation dan Purification Technology, 51, 193-200. Unuabonah, E., Adebowale, K., dan Olu-Owolabi, B. (2007). Kinetic and Thermodynamic Studies of The Adsorption of Lead (II) Ions Onto Phosphate-Modified Kaolinite Clay. Hazardous Materials, 144, 386-395.