Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro

PENGARUH WAKTU ALIRAN REGENERASI DAN UKURAN MEDIA BIOADSORBEN
SEKAM PADI DALAM PENURUNAN KONSENTRASI BESI TOTAL
AIR SUMUR ARTIFISIAL
Aris Nurhidayah*, Irawan Wisnu Wardana**, Ganjar Samudro**
Email*: [email protected]
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang, Kode Pos 50275 Telp. (024)76480678, Fax (024) 76918157
Website : http://enveng.undip.ac.id - Email: [email protected]
ABSTRACT
There was research that aims to prolong the lifespan of the adsorbent of decreasing the
concentration of heavy metals in water. The study area in this research is Ngroto, Gubug, Grobogan.
Based on the results of laboratory tests, the concentration of iron (Fe) in the area reached 1.5 mg/L.
The adsorbent used is rice husk because rice husk is a waste in the area. Research using batch and
continuous experiments using artificial water acidic pH (< 3) with an iron concentration wich refers
to the sudy area, 1,5 mg/L. Free variation used is the size of the adsorbent media 10 and 20 mesh ,
and the variation of flow regeneration time of 1 minute , 2 minutes , and 3 minutes as backwash
activated carbon of rice husk. The results showed that the best medium size of 20 mesh with a time of
3 minutes regeneration flow. In this variation, activated carbon rice husk can be used up to 56 hours
to reach a concentration of drinking water (0.3 mg/L), 98 hours water concentration (1 mg/L), and
112 hours to reach the initial concentration.
Keywords: artificial water with acid pH, iron, activated carbon, rice husk, regeneration.
PENDAHULUAN
Air merupakan sumber daya alam
yang diperlukan kegunaannya bagi kehidupan,
dan kebersihan air adalah syarat utama bagi air
untuk dapat dikonsumsi. Manusia memerlukan
air untuk kehidupan sehari-hari, seperti mandi,
kakus, serta untuk kegiatan lain. Sebagian
besar wilayah Indonesia, banyak dikeluhkan
kondisi air yang kuning, bau besi atau bau
karat serta mengandung zat besi (Fe) yang
melebihi ambang batas. Contoh daerah yang
mengalami hal tersebut adalah Desa Ngroto,
Kecamatan Gubug, Kabupaten Grobogan. Hal
ini dikeluhkan oleh masyarakat dikarenakan
sifatnya yang merusak jika digunakan untuk
mencuci baju akan mengakibatkan warna
kekuningan pada baju, timbulnya kerak kunik
pada bak kamar mandi dan alat-alat masak,
dan kulit menjadi kering.. Berdasarkan
Permenkes
RI
No
:
416/MENKES/PER/IX/1990
tentang
persyaratan kualitas air bersih yang
menerangkan bahwa kadar besi dalam air
bersih maksimum diperbolehkan 1,0 mg/l
sedangkan untuk air minum sebesar 0,3 mg/l.
Beberapa pengolahan air bersih seperti
adsorpsi dengan bioadsorben dapat digunakan
untuk menurunkan konsentrasi Fe pada air
sumur. Contoh bioadsorben yang dapat
digunakan untuk menurunkan konsentrasi Fe
adalah adsorben yang terbuat dari kulit ubi
kayu, kulit jagung, batang pisang, tempurung
kemiri, sekam padi, dan tempurung kelapa.
Berdasarkan penelitian Sitanggang (2010)
dengan pemanfaatan arang sekam padi sebagai
adsorben untuk menurunkan kadar besi dalam
air sumur dapat diperoleh prosentase
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
1
penurunan sebesar 77,24%. Jasman (2011)
menggunakan arang sekam padi dengan
ketebalan 80 cm terjadi penurunan konsentrasi
besi sebesar 99,52%. Nurliani (2008)
melakukan penelitian arang aktif sekam padi
memperoleh prosentase penurunan besi 100%
pada air ledeng karena konsentrasi awal
sebesar 0,17 ppm.
Berdasarkan keadaan tersebut maka
diperlukan teknologi sederhana yang mampu
diaplikasikan oleh masyarakat Desa Ngroto,
Kecamatan Gubug, Kabupaten Grobogan
dalam penyelesaian masalah air sumur yang
mengandung besi. Teknologi yang akan
digunakan yaitu penggunaan sekam padi
sebagai bioadsorben untuk menurunkan
konsentrasi besi. Sekam padi yang digunakan
banyak terdapat di daerah pedesaan khususnya
Desa Ngroto sebagai wilayah studi yang
merupakan daerah persawahan. Sehingga,
dengan sumber daya yang ada di masyarakat
sendiri, mampu menyelesaikan masalah yang
terjadi di masyarakat tersebut. Berdasarkan
beberapa penelitian tentang bioadsorben
sekam padi, maka diperlukan penelitian
lanjutan untuk memperlama umur pakai (life
time) bioadsorben itu sendiri, sehingga
nantinya arang sekam padi yang digunakan
dalam penurunan konsentrasi besi (Fe) pada
air sumur masyarakat dapat bertahan lebih
lama dibandingkan arang aktif yang ada
dipasaran. Untuk menunjang teknologi
tersebut dibutuhkan penelitian tentang
pengaruh regenerasi pada arang aktif sekam
padi dan seberapa lama arang sekam padi
dapat digunakan setelah diregenerasi.
METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
ALAT DAN BAHAN
Alat: Furnace, timbangan elektrik, oven, pH
meter, Atomic Absorbtion Spectrometer
(AAS),
hotplate,
desikator,
JarTest,
erlenmeyer, gelas beker, kertas saring, dan
corong.
Bahan: air sumur artifisial, aquadest, sekam
padi, alumunium foil, dan H3PO4 10%.
CARA KERJA
Pembuatan bahan baku menjadi arang aktif
dengan sekam padi. Sekam padi dicuci dengan
menggunakan air, dan dikeringkan pada sinar
matahari. Kemudian untuk dehidrasi, sekam
dikeringkan dalam oven dengan suhu 105°C
selama 5 jam. Sekam padi yang telah kering,
dibungkus ke dalam alumunium foil dan
dimasukkan ke dalam furnace pada suhu
400°C untuk proses pengarangan selama 2
jam. Setelah terbentuk arang sekam padi,
maka dilakukan pengayakan pada ukuran 10
dan 20 mesh. Dilakukan perendaman pada
H3PO4 10% untuk aktivasi selama 24 jam.
Setelah itu dinetralisasi kemudian dikeringkan.
TUJUAN
a.
Menganalisis pengaruh waktu aliran
regenerasi dan ukuran media terhadap
umur pakai arang aktif sekam padi
dalam penurunan konsentrasi besi
pada air sumur artifisial.
b.
Menentukan waktu aliran regenerasi
dan ukuran media adsorben optimum.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
2
sedangkan reaktor 20 mesh adalah 130 gram.
Pada penelitian ini, dilakukan pengaliran air
sumur artifisial pada kolom yang telah berisi
adsorben, kemudian pada jam tertentu
dilakukan pengambilan sampel sebagai sampel
sebelum
regenerasi
kemudian
aliran
dihentikan, dan arang aktif dilakukan
backwash selama variasi waktu aliran (1
menit, 2 menit, dan 3 menit). Kemudian air
artifisial di alirkan kembali hingga overflow
dan dilakukan pengambilan sampel sebagai
sampel setelah regenerasi.
a.
Pengujian Batch 1
Pengujian batch ini dilakukan untuk penentuan
waktu sampling reaktor kontinyu. Percobaan
batch ini dilakukan dengan larutan air sumur
artifisial dengan konsentrasi 1,5 mg/L
sebanyak 1 Liter dimasukkan ke dalam gelas
beker yang berisi adsorben karbon aktif dari
sekam padi sebanyak 12 gram. Kemudian
dilakukan pengadukan 90 rpm selama 60
menit (Syauqiah, 2011:17) dengan variabel
bebas ukuran media adsorben, yaitu 10 mesh
dan 20 mesh. Pengambilan sampel diambil
setiap 150 menit selama 75 jam.
b.
Pengujian Batch 2
Percobaan batch kedua dilakukan dengan
variasi massa adsorben untuk penentuan massa
adsorben dalam reaktor kontinyu. Percobaan
ini menggunakan variasi massa 3, 6, 9, 12, dan
15 gram arang aktif sekam padi berukuran 10
mesh dan 20 mesh. Hasil dari percobaan batch
dihitung isoterm adsorpsi batch yang nantinya
akan diketahui massa yang dibutuhkan pada
reaktor kontinyu.
1.600
1.400
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
0
7.5
15
22.5
30
37.5
45
52.5
60
67.5
75
KONSENTRASI Fe
HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan Batch 1
Hasil percobaan batch penentuan waktu
sampling kontinyu dapat dilihat pada gambar 3
untuk 10 mesh dan gambar 4 untuk 20 mesh.
Jam
Gambar 3. Hasil Penurunan Konsentrasi Fe
10 mesh selama 75 jam
Hasil batch penentuan waktu sampling reaktor
kontinyu untuk ukuran media 10 mesh dapat
diketahui hasil konsentrasi terendah pada
media berukuran 10 mesh terjadi pada 60 jam
setelah pengadukan. Sehingga untuk reaktor
kontinyu dilakukan pengambilan sampel setiap
60 jam, namun, dilakukan setiap 24 jam untuk
berjaga-jaga agar data yang didapat lebih baik.
Pengambilan sampel berdasarkan hasil
konsentrasi terendah karena diasumsikan
logam berat telah masuk ke dalam pori dan
pori dalam keadaan penuh maka konsentrasi
pada larutan menjadi rendah. Maka, pada
keadaan itulah arang aktif perlu di regenerasi
Gambar 2. Percobaan Batch
c.
Percobaan Kontinyu
Percobaan kontinyu dilakukan menggunakan
kolom adsorpsi berjumlah 18 kolom yang
terbuat dari PVC dengan diameter 2,54 cm dan
tinggi pipa 79 cm dengan overflow pada
ketinggian 74 cm. Penelitian ini menggunakan
debit sebesar 10 mL/menit dengan sistem
triplo. Massa yang digunakan pada reaktor 10
mesh adalah 110 gram arang aktif sekam padi,
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
3
Percobaan Batch 2
Tabel 1.
Hasil Percobaan Variasi Massa
Variasi
Konsentrasi Besi (Fe)
Massa
(mg/L)
(Gram)
10 mesh
20 mesh
3
0.511
0.373
6
0.293
0.343
9
0.274
0.313
12
0.264
0.284
15
Tidak
0.264
terdeteksi alat
Sumber: Hasil Analisis, 2014
Berdasarkan tabel 1 maka menunjukkan
bahwa konsentrasi besi total sebanding dengan
massa adsorben arang aktif yang digunakan.
Hal ini membuktikan bahwa semakin banyak
massa adsorben yang digunakan maka
efisiensi semakin tinggi dalam menyisihkan
logam berat. Berdasarkan tabel 1 dilakukan
perhitungan isoterm dan dipilih isoterm
Freundlich untuk perhitungan kebutuhan
massa adsorben di reaktor kontinyu.
1.
Kebutuhan massa adsorben ukuran
10 Mesh
Berdasarkan perhitungan dan grafik freundlich
untuk media 10 mesh didapatkan R sebesar
0,8247 dengan slope 1,4788 dan intercept 0,6333. Sehingga persamaan Y= 1,4788x0,6333. Maka, dari persamaan tersebut dapat
dihitung bahwa massa adsorben yang
dibutuhkan pada reaktor kontinyu adalah
sebagai berikut:
K = antilog intercept
= antilog (-0,6333)
= 0.232648
Nilai K menunjukkan besarnya gaya tarik
menarik antara arang aktif sekam padi dengan
besi total.
Konsentrasi Fe
2.000
1.500
1.000
0.500
0
7.5
15
22.5
30
37.5
45
52.5
60
67.5
75
0.000
Jam
Gambar 4. Hasil Penurunan Konsentrasi Fe
20 mesh selama 75 jam
Gambar 4. memperlihatkan bahwa hasil
terendah konsentrasi besi (Fe) dengan media
berukuran 20 mesh terjadi pada 17,5 jam
setelah
pengadukan.
Namun,
untuk
pengambilan sampel dilakukan setiap 7 jam
sekali untuk jaga jaga. Pada ukuran 20 mesh
lebih cepat pori-porinya penuh oleh logam
berat karena semakin kecil ukuran adsorben
maka semakin banyak pori yang terdapat pada
adsorben tersebut. Sehingga dengan lebih
banyak pori, maka logam berat yang terjerat
pun semakin banyak dan semakin cepat. Oleh
karena itu pada media ukuran 20 mesh terjadi
konsentrasi terendah lebih cepat dibanding
ukuran 10 mesh. Semakin kecil ukuran
adsorben
maka
efisiensi
penyerapan
adsorbatnya semakin besar. Ukuran partikel
yang lebih kecil memiliki luas permukaan
yang lebih besar untuk memjerap adsorbat.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
ukuran media optimum sebagai bioadsorben
penurunan konsentrasi besi, maka untuk media
10 dan 20 mesh dilakukan pengambilan
sampel pada 0, 7, 14, 21, 24, 28, 35, 42, 48,
49, 56, 63, 70, 72, 77, 84, 91, 96, 98, 105, 112,
119, dan 120 jam. Pengambilan sampel
dilakukan dengan mengambil sampel sebelum
regenerasi dan setelah regenerasi.
n=
=
= 0,676224
nilai n antara 1-10 menunjukkan sistem
adsorpsi yang menguntungkan (Siregar, 2013:
IV-10). Pada hasil perhitungan untuk 10 mesh,
nilai n yang didapat kurang dari 1 sehingga
sistem adsorpsi ini kurang menguntungkan.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
4
Ce rata-rata = 0,335
dibutuhkan pada reaktor kontinyu adalah
sebagai berikut:
K = antilog intercept
= antilog (0,6775)
= 4,758828
Nilai K menunjukkan besarnya gaya tarik
menarik antara arang aktif sekam padi dengan
besi total. Semakin tinggi nilai K maka akan
semakin bagus. Dapat diketahui bahwa hasil
perhitungan nilai K pada 20 mesh lebih bagus
dibanding 10 mesh. Hal ini menjelaskan
bahwa semakin kecil ukuran adsorben maka
gaya untuk menarik adsorbat akan semakin
besar karena semakin banyak pori yang
dimiliki oleh adsorben 20 mesh dibanding 10
mesh. Sehingga peluang terjerapnya adsorbat
ke dalam pori adsorben akan semakin besar.
Kapasitas adsorpsi = q =
= 0,232648 x (
= 0,046167 mg/gram
Kapasitas adsorpsi untuk mengetahui seberapa
besar besi total yang mampu dijerap oleh
setiap gram arang aktif sekam padi. Dari hasil
perhitungan, untuk media arang sekam padi 10
mesh mampu menyerap besi total sebanyak
0,046 gram setiap gramnya.
Massa adsorben yang dibutuhkan =
=
= 25,99232 gram/L
Dari hasil perhitungan, untuk mencapai
konsentrasi besi 0,3 mg/L pada air, maka
dibutuhkan 25,99 gram arang aktif sekam padi
setiap liter air sumur artifisial dengan
konsentrasi awal 1,5 mg/L.
Maka, dengan debit reaktor kontinyu 10
mL/menit, massa yang dibutuhkan
= 0,01 L/menit x 25,99232 gram/L x 60 menit
x 7 jam
= 109,1677 gram/7jam ≈ 110 gram/7 jam.
Untuk sebuah reaktor dengan waktu sampling
7 jam, maka dibutuhkan massa adsorben
sebesar 110 gram/7jam. Hal ini bisa
disebabkan karena Freundlich menjelaskan
bahwa arang aktif sekam padi dapat menyerap
dengan dual layer, sehingga massa adsorben
yang dibutuhkan lebih banyak. Hal ini akan
berbeda bila hasil yang didapatkan adalah
persamaan BET, karena BET bersifat
multilayer sehingga massa adsorben yang
dibutuhkan akan lebih sedikit.
2.
Kebutuhan massa adsorben ukuran
20 mesh
Berdasarkan perhitungan dan grafik freundlich
untuk media 20 mesh didapatkan R sebesar
0,9426 dengan slope 4,1599 dan intercept
0,6775. Sehingga persamaan Y= 4,1599x +
0,6775. Maka, dari persamaan tersebut dapat
dihitung bahwa massa adsorben yang
n=
=
= 0,24039
nilai n antara 1-10 menunjukkan sistem
adsorpsi yang menguntungkan (Siregar, 2013:
IV-10). Pada hasil perhitungan untuk 10 mesh,
nilai n yang didapat kurang dari 1 sehingga
sistem adsorpsi ini kurang menguntungkan.
Ce rata-rata = 0,315
Kapasitas adsorpsi = q =
= 4,758828 x (
= 0,038951 mg/gram
Kapasitas adsorpsi untuk mengetahui seberapa
besar besi total yang mampu dijerap oleh
setiap gram arang aktif sekam padi. Dari hasil
perhitungan, untuk media arang sekam padi 20
mesh mampu menyerap besi total sebanyak
0,0389 gram setiap gramnya.
Massa adsorben yang dibutuhkan =
=
= 30,80769 gram/L
Dari hasil perhitungan, untuk mencapai
konsentrasi besi 0,3 mg/L pada air, maka
dibutuhkan 30,80769 gram arang aktif sekam
padi setiap liter air sumur artifisial dengan
konsentrasi awal 1,5 mg/L.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
5
Maka, dengan debit reaktor kontinyu 10
mL/menit, massa yang dibutuhkan
= 0,01 L/menit x 30,80769 gram/L x 60 menit
x 7 jam
= 129,3923 gram/7jam ≈ 130 gram/7 jam.
Untuk sebuah reaktor dengan waktu sampling
7 jam, maka dibutuhkan massa adsorben
sebesar 130 gram/7jam. Hal ini bisa
disebabkan karena Freundlich menjelaskan
bahwa arang aktif sekam padi dapat menyerap
dengan dual layer, sehingga massa adsorben
yang dibutuhkan lebih banyak. Hal ini akan
berbeda bila hasil yang didapatkan adalah
persamaan BET, karena BET bersifat
multilayer sehingga massa adsorben yang
dibutuhkan akan lebih sedikit.
KONSENTRASI Fe
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
-0.500 0
KONSENTRASI Fe
14 21 28 35 42 49 56 63
Jam
Gambar 6. Media 10 mesh dengan
regenerasi 2 menit
Sumber: hasil analisa, 2014
Pada grafik dapat dilihat bahwa dengan waktu
regenerasi 2 menit, dapat mempertahankan
arang aktif sekam padi selama 63 jam dengan
konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah
1,676 mg/L.
Percobaan Kontinyu
Hasil Percobaan 10 Mesh
Hasil percobaan untuk kolom reaktor 10 mesh
dapat dilihat pada gambar 5 untuk waktu
regenerasi 1 menit, gambar 6 untuk waktu
regenerasi 2 menit, dan gambar 7 untuk
regenerasi 3 menit.
KONSENTRASI Fe
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
-0.500
2.000
0
14
28
42
56
70
84
98 112
Jam
Gambar 4.7 Media 10 mesh dengan
regenerasi 3 menit
Sumber: hasil analisa, 2014
Pada grafik 7 dapat dilihat bahwa dengan
waktu
regenerasi
3
menit,
dapat
mempertahankan arang aktif sekam padi
selama 112 jam dengan konsentrasi jenuh
setelah regenerasi adalah 1,820 mg/L.
1.500
1.000
0.500
0.000
0
7
7 14 21 28 35 42 49 56 63
Jam
Gambar 5 Media 10 mesh dengan
regenerasi 1 menit
Sumber: hasil analisa, 2014
Pada grafik dapat dilihat bahwa dengan waktu
regenerasi 1 menit, dapat mempertahankan
arang aktif sekam padi selama 63 jam dengan
konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah
1,501 mg/L.
Hasil Percobaan 20 Mesh
Hasil percobaan untuk kolom reaktor 20 mesh
dapat dilihat pada gambar 8 untuk waktu
regenerasi 1 menit, gambar 9 untuk waktu
regenerasi 2 menit, dan gambar 10 untuk
regenerasi 3 menit.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
6
KONSENTRASI Fe
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
-7
7
21
35
49
63
77
91
105
Jam
Sumber: hasil analisa, 2014
Pada gambar 10 dapat dilihat bahwa dengan
waktu
regenerasi
3
menit,
dapat
mempertahankan arang aktif sekam padi
selama 112 jam dengan konsentrasi jenuh
setelah regenerasi adalah 1,567 mg/L.
KONSENTRASI Fe
KONSENTRASI Fe
Pembahasan Kontinyu
a. Waktu aliran regenerasi
Gambar 8 Media 20 mesh dengan
Berdasarkan hasil percobaan kontinyu,
regenerasi 1 menit
maka regenerasi dengan aquades mampu
Sumber: hasil analisa, 2014
memperlama umur pakai adsorben. Hal ini
Pada gambar 8 dapat dilihat bahwa dengan
sesuai dengan hasil penelitian yang
waktu
regenerasi
1
menit,
dapat
menyatakan aquades merupakan agen terbaik
mempertahankan arang aktif sekam padi
dalam regenerasi adsorben penjerap logam
selama 105 jam dengan konsentrasi jenuh
besi (Rohaniah, 2011: 13). Hasil terbaik
setelah regenerasi adalah 1,862 mg/L.
dengan variasi waktu alir didapatkan waktu
alir dengan 3 menit adalah yang terbaik pada
2.000
ukuran 10 mesh maupun 20 mesh. Karena
1.500
dengan waktu alir yang semakin lama, maka
1.000
arang aktif sekam padi juga akan semakin
0.500
lama umur pakainya dalam adsorpsi
0.000
konsentrasi besi (Fe) baik itu untuk ukuran
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98105
media 10 maupun 20 mesh.
-0.500
Selain karena waktu aliran regenerasi,
Jam kehasil regenerasi juga dipengaruhi oleh
Gambar 4.9 Media 20 mesh dengan
besarnya tekanan yang diberikan pada saat
regenerasi 2 menit
regenerasi, dalam hal ini adalah tekanan
Sumber: hasil analisa, 2014
aquadest yang keluar ketika pembukaan keran.
Pada gambar 9 dapat dilihat bahwa dengan
Semakin besar tekanan yang diberikan (pada
waktu
regenerasi
2
menit,
dapat
saat membuka keran aquadest) maka akan
mempertahankan arang aktif sekam padi
semakin banyak Fe2+ yang terlepas dari pori
selama 105 jam dengan konsentrasi jenuh
adsorben sehingga hasil outlet setelah
setelah regenerasi adalah 1,441 mg/L.
regenerasi pada jam-jam tertentu mengalami
penurunan. Hal ini sesuai dengan hasil
2.000
penelitian Ekky Karlina dan Karlina yang
meneliti kombinasi DAF dengan ultrafiltrasi
1.500
pada pemisahan air berlumut dengan variasi
tekanan. Pada penelitian tersebut menunjukkan
1.000
bahwa variasi tekanan tertinggi memiliki nilai
0.500
pemisahan paling tinggi. Sejalan dengan
penelitian tersebut, kemungkinan pada saat
0.000
membuka keran air aquadest terlalu besar
0 14 28 42 56 70 84 98 112
Jam kesehingga tekanan yang dihasilkan juga lebih
Gambar 10 Media 20 mesh dengan
besar yang mengakibatkan Fe2+ terlepas dari
regenerasi 3 menit
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
7
Pada penelitian ini, Fe2+ yang berada
dalam air berupa ion ferro terhidrat.
Berdasarkan pernyataan Chang, Raymond
2004: 91 yang menyebutkan bahwa hidrasi
merupakan proses di mana sebuah ion
dikelilingi oleh molekul-molekul air yang
tersusun dalam kedaan tertentu. Sehingga,
dapat menjelaskan bahwa Fe2+ dalam air
artifisial menjadi ion terhidrat (Fe(H20))2+
sehingga yang terjerap dalam pori adsorben
adalah ion ferro terhidrat. Karena adsorpsi
dalam penelitian ini menitik beratkan
menggunakan ukuran pori dalam adsorben,
maka apabila ion ferro terhidrat lebih besar
atau lebih kecil dibanding ukuran pori akan
lolos dan tidak terjerap. Namun, apabila
ukuran ion ferro terhidrat tersebut sama
dengan ukuran pori maka akan masuk dalam
pori. Bertahannya ion ferro terhidrat dalam
pori tergantung muatan yang ada pada ion
tersebut. Pada adsorben, karena setelah
aktivasi hanya mengandung ikatan karbon
yang disekelilingi oleh elektron tipis dari
karbon tersebut. Sehingga ion ferro terhidrat
dapat terjerap bertahan lama karena adanya
elektron tipis dari ikatan karbon. Interaksi ion
ferro terhidrat dengan elektron tipis termasuk
dalam interaksi vander waals yang lemah
sehingga dapat dilepaskan dengan adanya
backwash aquades sebagai regenerasi arang
aktif sekam padi. Ikatan vander waals
merupakan ikatan molekul yang tidak
bermuatan, sehingga semakin netral suatu
molekul akan semakin kuat ikatan vander
waals.
Untuk mengoptimalkan adsorpsi yang
mengutamakan ukuran pori bisa dilakukan
dengan aktivasi dan setelah itu dilakukan
ukuran media. Pada saat arang direndam
aktivator, maka akan terbuang ter dan
pengotor dari permukaan adsorben. Hal ini
dikarenakan yang tertinggal adalah gugus
karboksil setelah di aktivasi. Pernyataan ini
sesuai dengan pernyataan dari Safrianti, dkk.
2012 yang menyebutkan bahwa kapasitas dan
pori semakin banyak. Sehingga ada beberapa
data yang setelah kenaikan kembali
mengalami penurunan (fluktuasi) namun,
secara kecenderungan semakin berjalannya
waktu, maka Fe2+ akan menempel pada pori
dan susah untuk di backwash dan kemampuan
adsorpsi
berkurang
karena
adsorben
mengalami jenuh. Hal ini sesuai dengan
pernyataan Emelda (2013) seiring dengan
bertambahnya waktu, laju transfer massa
logam ke adsorben semakin kecil. Hal ini
disebabkan driving force-nya kecil. Selain itu
juga karena kemampuan adsorben dalam
menyerap adsorban semakin berkurang. Sesuai
dengan pernyataan tersebut, pada penelitian ini
terjadi kenaikan konsentrasi hasil outlet karena
pori dalam adsorben sudah terisi Fe2+ sehingga
tidak mampu menyerap lebih banyak seperti
pada jam-jam awal sehingga adsorben jenuh.
b. Ukuran media
Pada proses adsorpsi, ukuran pori sangat
berpengaruh karena pori merupakan tempat
menjerap adsorbate. Proses pembentukan pori
dimulai dari proses karbonasi. Karbonasi
dilakukan dengan menguapkan senyawasenyawa yang ada pada karbon sehingga akan
terbentuk struktur pori awal. Energi panas
yang terjadi saat karbonasi akan menguraikan
molekul komplek karbon menjadi karbon
(Subadra, 2005). Namun proses karbonasi
menghasilkan sisa pengotor berupa ter,
hidrokarbon dan senyawa organik lainnya.
Untuk memperluas pori setelah karbonasi,
dilakukan aktivasi agar pengotor berupa ter
dan senyawa organik dapat luruh, sehingga
yang tertinggal hanyalah ikatan karbon yang
merupakan tempat menjerap adsorbate.
Sejalan dengan Subadra (2005) yang
menyatakan bahwa proses perendaman dengan
aktivator dilakukan untuk mengurangi kadar
tar, sehingga semakin pekat aktivator yang
digunakan maka akan seakin berkurang kadar
tar dalam karbon, akibatnya pori-pori yang
terdapat pada karbon semakin besar sehingga
luas permukaan karbon semakin bertambah.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
8
efisiensi adsorpsi dari adsorben dapat
ditingkatkan dengan aktivasi. Aktivasi
bertujuan untuk melarutkan mineral yang
terdapat pada sampel seperti kalsium dan
fosfor. Gugus fungsi seperti –OH dan –COOH
dapat bertambah sehingga akan lebih banyak
logam yang akan diadsorpi oleh adsorben.
Sehingga, dengan menghilangnya pengotor
dan ter yang menyelimuti permukaan adsorben
maka yang tertinggal hanya karbon dengan
awan elektron tipis dan mengakibatkan
adsorben bermuatan negatif dan mampu
menjerap kation (Fe(H20))2+. Setelah proses
aktivasi, maka dilakukan netralisasi dan
pengeringan arang aktif. Pada netralisasi
terjadi kenaikan pH asam ke netral yang akan
mengakibatkan arang aktif terdeprotonisasi
dan terjadi penurunan muatan positif. Sejalan
dengan pendapat menurut Saleh 2011,
semakin meningkatnya pH, maka gugus fungsi
mengalami deprotonasi dan terjadi penurunan
muatan positif. Sehingga semakin bermuatan
negatif, maka gaya tolak antara permukaan
dengan anion menjadi lebih besar dibanding
gaya tariknya.
Cara mengoptimalkan adsorben menjerap
adsorbate secara fisika yang kedua adalah
dengan pengayakan ukuran media adsorben.
Semakin ukuran media kecil, maka pori yang
dimiliki semakin besar dan kemampuan
adsorpsi juga bertambah. Dalam penelitian ini,
dilakukan variasi beda ukuran media arang
aktif yaitu 10 mesh dan 20 mesh. Dari hasil
penelitian disimpulkan bahwa lebih bagus
yang 20 mesh karena ukuran pori yang
dimiliki semakin banyak, sehingga ion ion
ferro terhidrat yang terjerap akan semakin
banyak. Hal ini sejalan dengan pernyataan
Rahmadani, 2008 bahwa ukuran partikel yang
lebih kecil memiliki luas permukaan yang
lebih besar untuk menjerap adsorbat. Sehingga
kapasitas adsorpsi 20 mesh lebih bagus dari 10
mesh karena memiliki luas permukaan yang
lebih besar.
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan terhadap
variabel penelitian didapatkan kesimpulkan
bahwa:
a. Ukuran media berpengaruh terhadap
penurunan konsentrasi besi (Fe) dalam
proses adsorpsi. Semakin kecil ukuran
media arang aktif sekam padi yang
digunakan maka akan semakin besar
efisiensi penurunan yang didapatkan.
Penelitian ini mendapatkan ukuran media
optimum adalah 20 mesh.
b. Waktu aliran regenerasi menggunakan
aquadest berpengaruh terhadap umur pakai
arang aktif sekam padi dalam penurunan
konsentrasi besi (Fe), semakin lama waktu
aliran regenerasi maka akan semakin lama
pula waktu jenuh dari arang aktif sekam
padi tersebut.
Penelitian ini mendapatkan waktu aliran
regenerasi optimum adalah 3 menit.
DAFTAR PUSTAKA
Addyrachmat.2011.Adsorpsi(online).http://add
yrachmat.wordpress.com/2011/10/09/ad
sorpsi.
Alaerts, G. dan Sri Sumestri Santika. 1984.
Metoda Penelitian Air. Usaha Nasional:
Surabaya.
Alamsyah, Sujana. 2007. Merakit Sendiri Alat
Penjernih Air untuk Rumah Tangga,
cetakan kelima. Kawan Pustaka:
Jakarta.
Anonim,
2014.
Adsorpsi
(online).
http://id.wikipedia.org/wiki/Adsorpsi 15
April 2014 diunduh pada tanggal 27
April 2014.
Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar konsepkonsep inti edisi ketiga jilid 1. Penerbit
Erlangga: Jakarta.
Danarto, YC. dan Samun T. 2008. Pengaruh
Aktivasi Karbon dari Sekam Padi
Pada Proses Adsorpsi Logam Cr (VI).
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
UNS:Surakarta
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
9
DR, Aliya. Mengenal Teknik Penjernihan Air.
Aneka Ilmu: Semarang.
Emelda, Lisanti, dkk. 2013. Pemanfaatan
Zeolit Alam Teraktivasi untuk Adsorpsi
Logam Krom (Cr3+). Jurnal Rekayasa
Kimia dan Lingkungan Vol 7 No. 4
halaman 166-172. Jurusan Teknik
Kimia Universitas Lampung: Lampung.
Fatriani. 2009. Laporan Hail Penelitian
Pengaruh Konsentrasi dan Lama
Perendaman Arang Aktif Tempurung
Kelapa Terhadap Kadar Fe dan pH Air
Gambut.
Penelitian%20Arang%20Aktif.pdf
Hediana, Fitri Shima. 2011. Optimasi Proses
Regenerasi Extracellular Polymeric
Substances-Kalsium Alginat Dengan
Cara Fisika-Kimia. Laporan Tugas
Akhir.
Universitas
Diponegoro:
Semarang.
Ipha, Beta, dan Ambar. 2012. Adsorpsi
(online).
http://kimia08.wordpress.com/2012/05/
13/adsorpsi/ edisi 13 May 2012 diunduh
pada tanggal 27 April 2014.
Jasman. 2011. Uji Coba Arang Sekam Padi
Sebagai
Media
Filtrasi
dalam
Menurunkan Kadar Fe Pada Air Sumur
Bor di Asrama Jurusan Kesehatan
Lingkungan Manado. Penelitian 58-1411-SM.pdf.
Joko, Tri. 2010. Unit Produksi dalam Sistem
Penyediaan Air Minum. Graha Ilmu:
Yogyakarta.
K. Aji, B. dan Kurniawan, F. 2012.
Pemanfaatan Serbuk Biji Salak
(Salacca zalacca) sebagai Adsorben
Cr(VI) dengan Metode Batch dan
Kolom. Jurnal Sains Pomits Vol. 1 No.
1.
Institut
Teknologi
Sepuluh
Nopember (ITS): Surabaya.
Kamus Besar Bahasa Indonesia
Karina, Ekky dan Karlina N. Kombinasi
Dissolved Air Flotation dengan
Ultrafiltrasi pada Pemisahan Air
Berlumut. Jurusan Teknik Kimia
Universitas Diponegoro: Semarang.
Masduqi, A. (2011, Mei 3). Materi Kuliah
Proses Pengelolaan Air Minum.
Diunduh
14
Desember
2014.
http://oc.its.ac.id/detilmateri.
Nurhasni, Hendrawati, dan Nubzah Saniyyah.
2010. Penyerapan Ion Logam Cd dan
Cr Dalam Air Limbah Menggunakan
Sekam Padi. Program Studi Kimia
FST UIN Syarif Hidayatullah:Jakarta
Nurliani. 2008. Pemanfaatan Arang Aktif
Sekam Padi dengan Aktivator Natrium
Karbonat
(Na2CO3)
5%
untuk
Mengurangi Kadar Besi (Fe) Dalam Air
Ledeng.
Penelitian
ipi96089.pdf.
Universitas
Lambung
Mangkurat
Banjarbaru: Kalimantan.
Peraturan Menteri Kesehatan Republik
Indonesia (PERMENKES) Nomor 416
tahun 1990 tentang standar kualitas air
bersih dan air minum.
Rahmadani, Ika. 2008. Penurunan Kadar
Kromium Total Hasil Reduksi Kromium
(VI) Limbah Cair Industri Pelapisan
Logam Krom Menggunakan Adsorban
Arang Aktif Dari Sabut Kelapa. Laporan
Tugas
Akhir.
Universitas
Diponegoro:Semarang.
Rahmahida, Nia Anisti, dkk. 2012. Proses
Pengolahan Logam Berat Khrom pada
Limbah Cair Penyamakan Kulit
dengan EPS Terimobilisasi. Jurnal
Tugas Akhir. Universitas Diponegoro:
Semarang.
Reynolds, T.D. 1982. Unit Operations and
Processes
in
Enviromental
Engineering.
Wadsworth,
Inc:
California.
Rohaniah, dkk. Studi Regenerasi Adsorben
Kulit Jagung (Zea mays L.) Untuk
Menyisihkan Logam Besi (Fe) dan
Mangan (Mn) Dari Air Tanah.Artikel
Ilmiah Penelitian Dosen Muda.
Universitas Andalas: Padang.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
10
Safrianti, Iin, dkk. 2012. Adsorpsi Timbal (II)
oleh Selulosa Limbah Jerami Padi
Teraktivasi Asam Nitrat: Pengaruh pH
dan Waktu Kontak. ISSN 2302-1077.
Universitas Tanjungpura: Kalimantan
Barat.
Saleh, Noormaisyah. 2011. Karakteristik dan
Pengaruh Ion Ca2+ pada Adsorpsi Ion
Bikromat
oleh
Humin.
Jurnal
Penelitian Sains Volume 14 Nomer 2
(C) April 2011. STIKES Universitas
Muhammadiyah: Sumatera Selatan.
Siahaan, Setriyani, dkk. 2013. Penentuan
Optimum
Suhu
dan
Waktu
Karbonisasi pada Pembuatan Arang
dari Sekam Padi. Departemen Teknik
Kimia Universitas Sumatera Utara:
Medan
Sitanggang, Crismasly. 2010. Pemanfaatan
Arang Sekam Padi sebagai Adsorben
untuk Menurunkan Kadar Besi dalam
Air Sumur. Penelitian skripsi. USU:
Medan.
Subadra, I., Bambang Setiaji dan Iqmal Tahir.
2005. Activated Carbon Production
From Coconut Shell With (Nh4)HCO3
Activator As An Adsorbent In Virgin
Coconut Oil Purification. Physical
Chemistry Laboratory, Department of
Chemistry Gadjah Mada University:
Yogyakarta
Sudrajat dan Pari. 2011. Arang Aktif:
Teknologi Pengolahan dan Masa
Depannya, cetakan pertama. Badan
Penelitian
dan
Pengembangan
Kehutanan: Jakarta.
Suharjana. 2006. Pemanfaatan Tempurung
Kelapa sebagai Bahan Baku Arang
Aktif dan Aplikasinya untuk penjernihan
Air Sumur di Desa Belor Kecamatan
Ngaringan
Kabupaten
Grobogan.
Penelitian 3094-6707-1-PB.pdf. Undip:
Semarang.
Sutrisno, Totok. 2010. Teknologi Penyediaan
Air Bersih, cetakan ketujuh. Rineka
Cipta: Jakarta.
Syauqiah, Isna, dkk. 2011. Analisis Variasi
Waktu dan Kecepatan Pengaduk Pada
Proses Adsorpsi Limbah Logam Berat
Dengan Arang Aktif. Jurnal INFO
TEKNIK, Volume 12 No.1, Juli 2011.
Ipi96415.pdf.
Tangio, Julhim. S. 2013. Adsorpsi Logam
Timbal (Pb) dengan menggunakan
Biomassa
Enceng
Gondok
(Eichlorniacrassipes). Jurnal Entropi.
Universitas
Negeri
Gorontalo:
Gorontalo.
Tatra, Saptari Joan. 2014.Pemanfaatan
Karbon Aktif denganAktivator H3PO4
dari Limbah Padat Agar Sebagai
Penjerap Pada Limbah Cair Industri
Penyamakan Kulit. Skripsi. Institut
Pertanian Bogor: Bogor.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
**) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro
11