• SEMINAR NASIONAL


  •   
  • FileName: 2087-ali-masduqi-teknologi_alamiah.pdf [read-online]
    • Abstract: SEMINAR NASIONALTEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI TERKINIOn Recent Trends in Industrial Waste Treatment TechnologyITS NTU Kampus ITS Surabaya, 5 Maret 2004 NCTU NTU

Download the ebook

SEMINAR NASIONAL
TEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI TERKINI
On Recent Trends in Industrial Waste Treatment Technology
ITS NTU Kampus ITS Surabaya, 5 Maret 2004 NCTU NTU
TEKNOLOGI ALAMIAH
UNTUK PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI
Ali Masduqi
Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
email: [email protected]
Abstract:
Many researches about utilization of soil as adsorbent have been carried
out. The pollutants have been adsorbed are refractory organic, arsen (III)
and boron, phosphate, low molecul weight halocarbon, quarter amina,
monobutyltin, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, and
polyoxyethylene sorbitan monooleat. The adsorption of detergent and
phosphate using soil of halloysite mineral from Mojokerto also was carried
out. The research results are mathematical equation that could be used to
predict a service time and a soil demand. An ability of soil to remove the
pollutants was supported by the facts that there are many physical,
chemical and biological processes in and around of soil grain. For this
reason, there is an idea for raising the natural treatment as a recent
technology of industrial wastewater treatment.
Keywords: industrial wastewater, natural treatment, adsorption, detergent,
phosphate, recent technology
1. PENDAHULUAN
Pemanfaatan tanah sebagai media pengolahan air limbah dikenal dengan
pengolahan secara alamiah. Pengolahan secara alamiah diharapkan dapat lebih
dikembangkan karena pengolahan jenis ini relatif lebih ekonomis dengan tujuan
memanfaatkan potensi alam setempat.
Telah banyak dilakukan penelitian yang memanfaatkan tanah sebagai bahan
pengadsorpsi. Pada Tabel 1 ditunjukkan beberapa penelitian yang menggunakan
tanah sebagai bahan pengadsorpsi terhadap beberapa polutan, baik bahan
organik maupun anorganik.
Berdasarkan hasil penelitian di atas, dapat dikembangkan suatu teknologi
pengolahan air limbah yang memanfaatkan potensi alam yang dimiliki oleh tanah,
yaitu potensi berlangsungnya proses fisik, fisik-kimiawi, dan biologis. Proses-
proses tersebut mempunyai kemungkinan yang sangat besar dalam hal
penurunan kadar bahan pencemar yang dibawa oleh air limbah. Proses yang
akan dikaji pada makalah ini dibatasi pada proses fisik-kimiawi.
B2 - 9
Tabel 1 Adsorpsi polutan menggunakan tanah
Pengadsorpsi Polutan Sumber
Tanah bahan organik refractory Sun & Boyd (1993);
McGinley et al. (1993);
Gao et al. (1998)
Tanah arsen (III) dan boron Sakata (1987)
Tanah fosfat Sakadevan & Bavor
(1998)
Lempung halokarbon berat molekul Estes et. al. (1988)
montmorillonite rendah (trichloroethylene (TCE),
tetrachloroethylene (TTCE),
hexachloroethane (HCE) dan
dibromochloropropane (DBCP)).
Tanah lempung amina kuarter, yaitu Zhang (1993)
Na- dan K- nonyltrimethyl ammonium,
montmorillonite dodecyltrimethyl ammonium dan
hexadecyltrimethyl ammonium
Mineral lempung monobutyltin Hermosin et. al.
montmorillonite (1993).
tanah dan TTCE, 1,4-dichlorobenzene McGinley et. al. (1993)
sedimen (DCB) dan 1,2,4-
trichlorobenzene (TCB).
Kolom tanah surfaktan non ionik Pennell et. al. (1993)
(polyoxyethylene sorbitan
monooleat)
Sumber: Masduqi (2000)
2. SIFAT REAKTIF TANAH
Butiran tanah mempunyai ukuran bervariasi, dari fraksi kasar hingga sangat
halus. Fraksi sangat halus (disebut lempung) mempunyai sifat reaktif pada
bagian permukaan. Serangkaian proses yang terdiri atas reaksi-reaksi
permukaan zat padat dengan zat pencemar, baik pada fasa cair maupun gas,
disebut adsorpsi. Tiga tipe umum adsorpsi adalah adsorpsi fisik, kimiawi dan
pertukaran. Adsorpsi fisik relatif tidak spesifik dan disebabkan oleh gaya tarik
yang lemah atau gaya van der Waals antar molekul. Adsorpsi fisik biasanya
berlangsung dapat balik. Adsorpsi kimiawi merupakan hasil dari gaya yang lebih
kuat dengan membentuk senyawa kimia. Adsorpsi pertukaran adalah adsorpsi
yang terjadi karena gaya tarik listrik antara adsorbat dan permukaan adsorben.
Pertukaran ion termasuk dalam kelompok ini.
Kemampuan adsorpsi pada tanah lempung disebabkan adanya muatan. Tanah
lempung biasanya mengandung muatan elektronegatif. Muatan ini merupakan
hasil dari satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda. Dua sumber utama
asal usul muatan negatif ini adalah substitusi isomorfik dan disosiasi dari gugus
hidroksil yang terbuka (Tan, 1991). Substitusi isomorfik dianggap sebagai
sumber utama muatan negatif permanen karena tidak berubah dengan
berubahnya pH. Keberadaan gugus OH pada tepi kristal atau pada bidang yang
terbuka dapat juga menimbulkan muatan negatif. Khususnya pada pH tinggi,
hidrogen dari hidroksil terurai sedikit dan permukaan lempung menjadi
bermuatan negatif yang berasal ion oksigen. Muatan negatif tipe ini disebut
muatan berubah-ubah atau muatan tergantung pH.
B2 - 10
Koloid tanah dapat juga menunjukkan muatan positif seperti halnya muatan
negatif (Tan, 1991). Muatan positif memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran
anion. Muatan tersebut berasal dari protonasi atau penambahan ion H+ ke gugus
hidroksil. Mekanisme ini tergantung pada pH dan valensi dari ion logam. Pada
koloid-koloid tanah tertentu dapat mempunyai muatan permukaan elektrik netral.
Titik atau nilai pH ini disebut muatan titik nol (MTN) atau pHo. Pada nilai pH di
atas pHo, koloid bermuatan negatif. Pada nilai pH di bawah pHo, koloid
bermuatan positif.
Ion H+ dan OH- adalah ion-ion penentu potensial dari antar permukaan yang
dapat balik, jerapan proton menghasilkan permukaan bermuatan positif,
sedangkan jerapan OH- menghasilkan muatan negatif. Reaksi ini dapat
dijelaskan oleh hubungan berikut :
- Al – OH0.5- + H+ ===== - Al – OH20.5+
Hubungan ini tentu tergantung pada pH, sedangkan pHo atau MTN untuk
mempertahankan elektronetralitas, jumlah muatan positif harus sama dengan
muatan negatif.
3. HASIL PENELITIAN
Pada makalah ini dijelaskan secara singkat hasil penelitian adsorpsi terhadap
deterjen (Masduqi, 2000) dan fosfat (Masduqi, 2001) menggunakan tanah dari
jenis mineral haloisit dari Mojokerto sebagai bahan pengadsorpsi.
3.1. Adsorpsi Deterjen
Percobaan adsorpsi dilakukan dengan aliran kontinyu melewati media tanah.
Tanah yang digunakan adalah tanah lempung kasar yang dipanaskan 550oC
selama 2 jam dan adsorpsi dilaksanakan pada pH 2,5. Pemilihan perlakuan ini
didasarkan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan secara batch. Percobaan
adsorpsi dilakukan secara kontinyu dalam suatu kolom adsorpsi berdiameter 35
mm. Tinggi adsorben adalah 200 mm atau berat lempung 200 gram. Terdapat
tiga variasi debit aliran yang dilakukan dalam percobaan ini, yaitu 30; 60; dan 72
ml/jam atau kecepatan alirannya masing-masing 31,18; 62,36 dan 74,84
mm/jam. Percobaan berlangsung sekitar 60 jam untuk masing-masing debit
aliran. Hasil percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Adsorpsi dengan Aliran Kontinyu
1
0,8
C out / C in
0,6
0,4
0,2
0
0 10 20 30 40 50 60
t (jam)
Q=30 ml/jam Q=60 ml/jam Q=72 ml/jam
Gambar 1. Hasil percobaan adsorpsi aliran kontinyu
B2 - 11
Data diolah lebih lanjut dengan pemodelan adsorpsi aliran kontinyu
menggunakan pendekatan model Bohart-Adams. Faktor penting dalam adsorpsi
secara kontinyu adalah kecepatan aliran. Kecepatan aliran diperoleh dari
perhitungan v = debit aliran (Q) dibagi dengan luas permukaan bed (A). Hasil
perhitungan kecepatan aliran dan konsentrasi breakthrough (CB) dapat diperoleh
pada Tabel 2 dengan anggapan CB = 0,4 Co.
Tabel 2. Data dan Perhitungan untuk Model Kontinyu
Q, v, x, mm Co CB tb, jam
ml/jam mm/jam mg/l mg/l
30 31,181 200 17,22 6,89 27
60 62,363 200 17,22 6,89 16
72 74,835 200 17,22 6,89 3
Hasil perhitungan pada Tabel 2 diplot dan diperoleh grafik model Bohart-Adams
bentuk linier pada Gambar 2.
60
50
Waktu, jam
40
30
20
10 y = 1074,7x - 6,686
R2 = 0,8192
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04
1/V, 1/(mm/jam)
Gambar 2 Grafik model Bohart-Adams
Dari Gambar 2, diperoleh slope = 1074,7 dan intercept = -6,686 dengan koefisien
determinasi (R2)=0,8192. Berdasarkan persamaan:
No 1 ⎛C ⎞
t= x− ln⎜ o − 1⎟ (1)
Co v Co K ⎜ C B ⎟
⎝ ⎠
koefisien model diperoleh sebagai berikut :
K = -(ln((Co/CB)-1)/Co)/(intercept) = 0,0035 mm/gr.jam
No = (slope)*Co/x = 92,5317 gr/mm3
Persamaan dasar model Bohart-Adams adalah:
x
C KNo
ln( o − 1) = ln(e v − 1) − KC t (2a)
o
CB
Jadi model Bohart-Adams yang diperoleh dari percobaan adsorpsi ini adalah :
x
C 0, 2329
ln( o − 1) = ln(e v − 1) − 0,0035 * C t (2b)
o
CB
B2 - 12
dalam hal ini Co dan CB adalah konsentrasi deterjen di inlet dan saat
breakthrough, x adalah tinggi adsorben, v adalah kecepatan aliran, dan t adalah
waktu adsorpsi.
3.2. Adsorpsi Fosfat
Adsorpsi fosfat pada penelitian ini menggunakan sampel buatan dan bahan
pengadsorpsinya adalah tanah haloisit dengan variasi berat tanah 0,5, 1, 2, 4,
dan 8 gram per 100 ml air. Percobaan dilakukan dengan pengadukan selama 96
jam. Pengambilan sampel dilakukan pada jam ke-2, 6, 12, 24, 48, 72, dan 96.
Data yang diperoleh dari percobaan tersebut diolah untuk mendapatkan
kapasitas adsorpsinya (x/m) untuk tiap berat tanah.
Hubungan kapasitas adsorpsi dengan konsentrasi kesetimbangan dapat
dinyatakan dalam persamaan matematis seperti pada Tabel 3. Hubungan
kapasitas adsorpsi dengan waktu adsorpsi dapat dinyatakan dalam persamaan
matematis seperti pada Tabel 4.
Tabel 3 Persamaan Matematis Hubungan x/m dengan C
Waktu (jam) Persamaan Matematis R2
2 x/m = 0,036 C0,729 0,3764
6 x/m = 0,805 C0,426 0,3169
12 x/m = 0,764 C0,647 0,5933
24 x/m = 0,307 C0,539 0,6434
48 x/m = 0,152 C0,896 0,5837
72 x/m = 0,164 C0,971 0,8708
96 x/m = 0,171 C1,067 0,8987
Tabel 4 Persamaan Matematis Hubungan x/m dengan t
Berat tanah (gram) Persamaan Matematis R2
0,5 x/m = 0,1003 t0,6304 0,9321
1 x/m = 0,2340 t0,4237 0,8198
2 x/m = 0,2002 t0,3278 0,8027
4 x/m = 0,1923 t0,1999 0,8327
6 x/m = 0,1329 t0,1299 0,8766
Persamaan untuk menyatakan hubungan kapasitas adsorpsi dengan konsentrasi
dan waktu adsorpsi adalah:
x/m = K Ca tb (3a)
Pengolahan data yang dilakukan menghasilkan nilai konstanta K, a dan b
masing-masing 0,0349 mg/g, 0,7535, dan 0,4039. Dengan demikian persamaan
matematis yang diperoleh adalah :
x/m = 0,0349 C0,7535 t0,4039 (3b)
Persamaan ini adalah model matematis yang dihasilkan dari percobaan. Gambar
3 menunjukkan model adsorpsi yang dibandingkan dengan data percobaan pada
waktu dan berat tanah yang bervariasi.
B2 - 13
3
2,5
x/m (mg/g)
2
2 R =0,655
1,5
1
0,5
0
0 5 10 15 20 25
C (mg/l)
: data 2 jam : data 6 jam : data 12 jam
: data 24 jam : data 48 jam : data 72 jam
: data 96 jam : Model Adsorpsi
Gambar 3 Grafik model dan data untuk hubungan kapasitas adsorpsi dengan
konsentrasi fosfat
Model matematis (persamaan 3b) dan grafik model (gambar 3) yang
diperoleh dari perhitungan ini dapat digunakan sebagai dasar perhitungan
dalam mendisain adsorpsi sistem batch. C adalah konsentrasi fosfat yang
diharapkan setelah proses adsorpsi dan t adalah waktu kontak antara
adsorben dan air limbah.
Dengan memasukkan C dan t, maka diperoleh x/m yang merupakan
perbandingan konsentrasi fosfat yang teradsorpsi ((Co-C), mg/l) dengan
berat adsorben (m, gram) pada volume air limbah tertentu. Berat adsorben
yang diperlukan dapat dihitung bila konsentrasi fosfat awal (Co) dan
volume air limbah telah diketahui.
Persamaan dan grafik di atas juga dapat digunakan untuk sistem kontinyu,
yaitu dengan menghitung volume air terolah sama dengan debit
pengolahan dikalikan dengan waktu operasi (service time). Dengan
memasukkan faktor ini ke dalam persamaan (3b), maka waktu operasi
(waktu terjadinya kejenuhan) dapat dihitung dengan persamaan:
0 , 0349C 0 , 7535 t 0 , 4039 m
t operasi = . (4)
Co − C Q
di mana t adalah waktu kontak air limbah dengan tanah (jam), dan m/Q
adalah berat tanah tiap satuan debit air limbah. Berdasarkan persamaan
(4), waktu jenuh dipengaruhi oleh konsentrasi fosfat awal dan konsentrasi
fosfat akhir yang diharapkan, waktu kontak antara air limbah dengan
tanah, dan parameter berat tanah tiap satuan debit. Luas lahan yang
diperlukan untuk land treatment dapat dihitung berdasarkan waktu kontak
yang direncanakan, yaitu berdasarkan waktu tercapainya kesetimbangan.
Dengan memperhatikan hasil penelitian ini, maka sebaiknya direncanakan
waktu kontak berkisar antara 12 hingga 24 jam.
B2 - 14
4. PENGOLAHAN SECARA ALAMIAH
Terapan dari beberapa penelitian di atas adalah pengolaha di atas lahan (land
treatment). Pada pengolahan ini, air limbah dialirkan di atas lahan secara
terbuka. Air limbah akan mengalir di atas lahan atau meresap ke dalam tanah,
maka terjadilah berbagai proses alamiah, yaitu proses fisika, fisik-kimiawi,
maupun biologis
Pengolahan alamiah sebenarnya sudah ada sejak abad ke-19 di Inggris. Namun,
dengan berkembangnya teknologi pengolahan air limbah, pengolahan alamiah
kurang mendapat perhatian. Di Indonesia, pengolahan alamiah telah lama ada,
meskipun tanpa disadari hal itu sebagai salah satu bentuk pengolahan.
Ide pengolahan air limbah secara alamiah bermula dari fakta bahwa dalam tanah
terdapat banyak proses alamiah, seperti adsorpsi, pertukaran ion, presipitasi
kimiawi, transfer gas, sedimentasi, filtrasi, biofiltrasi, biodegradasi, dan
sebagainya. Proses tersebut mampu menurunkan kadar bahan-bahan yang
umumnya terkandung dalam air limbah, sebagaimana hasil penelitian yang telah
dijelaskan di atas. Hal inilah yang mendasari perlunya mengangkat kembali
pengolahan alamiah sebagai bentuk teknologi pengolahan air limbah terkini.
Luas lahan yang diperlukan untuk pengolahan alamiah dapat diperkirakan
dengan perhitungan matematisyang diperoleh berdasarkan penelitian. Dari
penelitian dengan percobaan secara batch atau aliran kontinyu, dapat dihitung
besarnya kebutuhan tanah untuk menyisihkan bahan pencemar tertentu.
Kemungkinan yang bisa terjadi dengan penerapan sistem pengolahan secara
alamiah adalah pencemaran air tanah oleh air limbah. Oleh karena itu perlu ada
pemikiran lebih lanjut upaya pengendaliannya dan perlunya ditetapkan kriteria
pemilihan lokasi.
5. SIMPULAN
Sifat reaktif dari permukaan butiran tanah dapat dimanfaatkan sebagai media
penghilang kandungan bahan pencemar dalam air limbah. Hal ini telah dibuktikan
oleh kedua penelitian di atas dan banyak penelitian sebelumnya. Pemanfaatan
tanah sebagai pengolah air limbah dapat diwujudkan berupa pengolahan alamiah
dengan sistem land treatment. Banyaknya proses alamiah yang terjadi pada
tanah memunculkan gagasan untuk mengangkat kembali pengolahan alamiah
sebagai bentuk teknologi pengolahan air limbah terkini.
DAFTAR ACUAN
- Cooney, David O. (1998). Adsorption Design for Wastewater Treatment, Lewis Publishers, Boca
Raton
- Masduqi, Ali (2000). Kinetika Adsorpsi Deterjen L A S (Alkilbenzena Sulfonat Linier) Pada Tanah
Lempung Dengan Sistem Batch. Tesis Magister Teknik Lingkungan ITB, Bandung
- Masduqi, Ali (2001). Penyisihan Fosfat dalam Air Limbah dengan Proses Adsorpsi Mineral
Tanah Haloisit Ngoro Mojokerto, Lembaga Penelitian ITS, Surabaya
- Masduqi, Ali (2002). Pemanfaatan Kolom Tanah Haloisit Aliran Kontinyu untuk Menyisihkan
Fosfat dalam Air Limbah Rumah Tangga, Lembaga Penelitian ITS, Surabaya
- Mitchell, James K. (1993), Fundamentals of Soil Behavior, second edition, John Wiley & Sons,
Inc. New York.
- Tan, Kim H. (1991), Dasar-dasar Kimia Tanah, Penerjemah: Didiek H.G., Gadjah Mada
University Press, Yogyakarta.
B2 - 15


Use: 0.0242