ADSORBSI BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Tujuan percobaan Tujuan dari percobaan adsorbsi zat warna ini adalah untuk menurunkan kadar zat warna dalam larutan dengan menggunakan metode adsorbsi dengan proses batch. II.2 Dasar teori Adsorpsi (penyerapan) (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen komponen dari suatu fase fluida berpindah berpindah ke permukaan permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Proses ini menghasilkan menghasilkan akumulasi konsentrasi zat tertentu di permukaan permukaan media setelah terjadi kontak antarmuka atau bidang batas (paras, (paras, interface interface)) cairan cairan dengan dengan cairan, cairan, cairan cairan dengan dengan gas atau atau cairan cairan dengan dengan padatan padatan dalam waktu waktu tertentu tertentu.. Contohn Contohnya ya antara antara lain dehumidifikasi, yaitu pengeringan udara dengan desiccant (penyerap), pemisahan zat yang tidak diinginkan dari udara atau air menggunakan karbon aktif, ion exchanger untuk zat terlarut di dalam larutan dengan dengan ion dari media exchanger. exchanger. Artinya, pengolahan air minum dengan karbon aktif hanyalah salah satu dari terapan adsorpsi. Dalam adsorpsi digunakan digunakan istilah adsorbat adsorbat dan adsorban, adsorban, dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media penyerap yang dalam hal ini berupa senyawa karbon. (Bintari, 2009) Secara alamiah air permukaan selalu kelihatan berwarna walaupun sebenarnya tidak berwarna. Pada saat hujan misalnya, sungai kelihatan berwarna berwarna coklat kemerahan kemerahan karena mengandung mengandung suspensi lempung (red clay). Warna air permukaan permukaan juga dapat disebabkan disebabkan oleh air limbah industri seperti pada proses dyeing di pabrik tekstil dan pulping di pabrik kertas, pertambangan/mining, refining/kilang minyak, industri makanan makanan-min -minuma uman n dan kimia. Dye wastes atau dye stuff adalah adalah penyebab penyebab warna warna yang sangat sangat tinggi. tinggi. Bubur Bubur kayu kayu (pulping (pulping wood) wood) juga menghasilkan turunan (derivative) lignin yang tahan terhadap pengolahan biologi (biological treatment seperti activated sludge). (http://www.gedeonwww.blogspot) Mekanisme Adsorpsi Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat kimia dan fisika. Proses adsorpsi tergantung tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, mengadsorpsi, sifat atom/molekul atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain. Pada proses adsorpsi terbagi menjadi 4 tahap yaitu : Transfer molekul-molekul zat terlarut yang teradsorpsi menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben.
Difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui lapisan film ( film diffusion process process). ).
Difusi zat terlarut yang teradsopsi melalui kapiler/pori dalam adsorben ( pore ( pore diffusion diffusion process process ). Adsorpsi zat terlarut yang yang teradsorpsi teradsorpsi pada pada dinding pori pori atau permukaa permukaan n adsorben.(proses adsorben.(proses adsorpsi adsorpsi sebenarnya). sebenarnya). (Bintari, 2009) Sedangkan tanda-tanda polusi air yang berbeda disebabkan oleh sumber dan jenis polutan yang berbeda-beda. Untuk mengetahui apakah apakah suatu suatu air terpolusi terpolusi atau atau tidak, tidak, diperluk diperlukan an pengujia pengujian n untuk untuk menentu menentukan kan sifat-sifa sifat-sifatt air sehingga sehingga dapat dapat diketah diketahui ui apakah apakah terjadi terjadi penyimpangan-p penyimpangan-penyimpan enyimpangan gan terhadap batasan-batasan polusi air. Sifat-sifat air yang umum diuji dan dapat dipergunakan dipergunakan untuk menentukan menentukan sifat polusi air adalah : 1. Nilai Nilai pH, pH, keasa keasama man n dan dan alkali alkalini nitas tas 2. Suhu 3. Warna arna,, bau bau,, dan dan rasa rasa 4. Jum Jumlah lah pada padata tan n terl terlar arut ut 5. Nilai lai BO BOD dan COD 6. Pencem Pencemara aran n oleh oleh mikroo mikroorga rgani nisme sme pat patog ogen en 7. Kandu andun ngan min minya yak k 8. Kandun Kandunga gan n Logam Logam berat berat dan dan bahan bahan radio radioakt aktif if (http://www.kesling.blogspot) Warna air yang terdapat di alam sangat bervariasi, misalnya air rawa-rawa berwarna kuning, coklat atau kehijauan. Air sungai berwarna kuning karena mengandung Lumpur dan air buangan yang mengandung besi/ tannin dalam jumlah yang tinggi berwarna merah kecoklatan. Warna air yang tidak normal biasanya menunjukkan adanya polusi. Warna air dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu warna sejati yang disebabkan oleh adanya bahan terlarut dan warna semu yang selain disebabkan oleh adanya zat terlarut juga disebabkan karena adanya bahan-bahan tersuspensi termasuk di dalamnya yang bersifat koloid. Air yang terpolusi selalu mengandung mengandung padatan padatan yang dapat dibedakan dibedakan atas empat kelompok berdasarkan besar partikel dan sifat kelarutannya antara lain : 1. Pada Padata tan n tere terend ndap ap (se (sedi dime men) n) 2. Padat Padatan an tarsu tarsusp spen ensi si dan koloi koloid d 3. Padata atan te terla rlarut rut 4. Miny inyak dan lem lemak Dalam analisis air, selain padatan-padatan tersebut di atas sering dilakukan analisis terhadap total padatan, yaitu semua padatan setelah airnya dihilangkn atau diuapkan. Padatan dalam air juga dapat dibedakan atas padatan organic dan padatan anorganik. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi adalah sebagai berikut: Luas permukaan Semakin luas permukaan adsorben, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Luas permukaan permukaan adsorben ditentukan oleh ukuran partikel dan jumlah dari adsorben Jenis adsorbat Peningk Peningkatan atan polarisab polarisabilitas ilitas adsorba adsorbatt akan meningk meningkatka atkan n kemampu kemampuan an adsorpsi adsorpsi molekul molekul yang yang mempun mempunyai yai polarisabilitas yang tinggi (polar) memiliki kemampuan tarik menarik terhadap molekul lain dibdaningkan molekul yang tidak dapat membentuk dipol (non polar) Peningkatan berat molekul adsorbat dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi Adsorbat dengan rantai yang yang bercabang bercabang biasanya biasanya lebih mudah mudah diadsorb diadsorb dibdaningkan dibdaningkan rantai yang yang lurus. Struktur molekul adsorbat Hidroksil dan amino mengakibatkan mengurangi kemampuan penyisihan sedangkan Nitrogen meningkatkan kemampuan penyisihan
V-1
Konsentrasi Adsorbat Semakin besar konsentrasi adsorbat dalam larutan maka semakin banyak jumlah substansi yang terkumpul pada permukaan adsorben. Temperatur Pemanasan atau pengaktifan adsorben akan meningkatkan daya serap adsorben terhadap adsorbat menyebabkan pori-pori adsorben lebih terbuka. Pemanasan yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya adsorben sehingga kemampuan penyerapannya menurun pH pH larutan mempengaruhi kelarutan ion logam, aktivitas gugus fungsi pada biosorben dan kompetisi ion logam dalam proses adsorpsi Kecepatan pengadukan Menentukan Menentukan kecepatan waktu kontak adsorben adsorben dan adsorbat. Bila pengadukan pengadukan terlalu l ambat maka proses adsorpsi berlangsung berlangsung lambat pula, tetapi bila pengadukan terlalu cepat kemungkinan struktur adsorben cepat rusak, sehingga proses adsorpsi kurang optimal Waktu Kontak Penentuan waktu kontak yang menghasilkan kapasitas adsorpsi maksimum terjadi pada waktu kesetimbangan Waktu kesetimbangan dipengaruhi oleh Tipe biomasa (jumlah dan jenis ruang pengikatan) Ukuran dan fisiologi biomasa (aktif atau tidak aktif) Ion yang terlibat dalam sistem biosorpsi Konsentrasi ion logam (http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Adsorption.htm)
Arang aktif aktif Arang aktif adalah adalah arang yang diproses diproses sedemikian rupa rupa sehingga mempunyai mempunyai daya serap/adsorbsi serap/adsorbsi yang tinggi tinggi terhadap bahan bahan yang berbentuk larutan atau uap. Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon baik organic maupun anorganik, tetapi yang biasa beredar di pasaran berasal dari tempurung kelapa, kayu, dan batubara. Banyak bahan-bahan padat yang dipergunakan sebagai bahan penyerap untuk mengurangi kekeruhan dari suatu cairan. Bahan penyerap yang mahal umumnya mempunyai luas permukaan yang lebih luas setiap unitnya. Peningkatan luas permukaan ini dilakukan dengan kerja yang rapi melalui pembelahan bahan adsorbent, adapun bahan yang sering dipergunakan adalah : 1. Karbon ak aktif 2. Molek lekular lar sie siev ves 3. Alum lumunium ium aktif ktif Dari bahan tersebut di atas yang paling sering dipergunakan sebagai bahan adsorbent adalah activated carbon atau lebih dikenal sebagai arang batok kelapa. Pengolahan air limbah dengan menggunakan karbon aktif biasanya dipergunakan sebagai proses kelanjutan dari pengolahan secara biologis. Karbon dalam kejadian ini dipergunakan untuk mengurangi kadar dari benda-benda organic terlarut yang ada. Di samping inti dari pengontakan karbon dengan air maka benda-benda partikel juga ikut dihilangkan. Proses ini dipergunakan untuk melengkapi proses pengolahan secara biologi dari limbah industri yang mana proses biologinya tidak lengkap, sehingga masih terdapat masalah pada air limbah. Karbon aktif merupakan senyawa karbon, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan permukaan yang lebih luas. Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m 2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya arang aktif di kemas dalam kemasan yang kedap udara. Sampai tahap tertentu beberapa jenis arang aktif dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang yang disarankan untuk sekali pakai. Karbon aktif tersedia dalam berbagai berbagai bentuk misalnya gravel , pelet (0.8-5 mm) lembaran fiber, bubuk ( PAC : powder active carbon, 0.18 mm atau US mesh 80) dan butiran-butiran kecil (GAC ( GAC : Granular Active carbon, 0.2-5 mm) dsb. Serbuk karbon aktif PAC lebih mudah digunakan dalam pengolahan air dengan sistem pembubuhan yang sederhana. Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu arang aktif sebagai pemucat dan arang aktif sebagai penyerap uap. 1. Arang aktif sebagai pemucat Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus dengan diameter pori mencapai 1000 A 0 yang digunakan dalam fase cair. Umumnya berfungsi berfungsi untuk memindahkan memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan diharapkan dan membebaskan membebaskan pelarut dari zat – zat penganggu penganggu dan kegunaan yang lainnya pada industri kimia dan industri baru. Arang aktif ini diperoleh dari serbuk – serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. 2. Arang aktif sebagai penyerap uap Biasanya berbentuk berbentuk granula atau pellet yang sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 A 0. Tipe porinya lebih halus dan digunakan digunakan dalam dalam fase gas yang berfungsi berfungsi untuk untuk mempero memperoleh leh kembali kembali pelarut pelarut atau katalis pada pemisah pemisahan an dan pemurni pemurnian an gas. Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras. Sehubungan dengan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan arang aktif untuk masing- masing tipe, pernyataan diatas bukan merupakan suatu keharusan. (http://smk3ae.wordpress.com) Menurut Standard Industri Indonesia (SlI No. 0258-79) persyaratan arang aktif adalah sebagai berikut : Jenis uji Satuan Persyaratan 1. Bagian yang hilang pada % Maksimum 15 pemanasan 950 0C 2. Air % Maksimum 10 3. Abu % Maksimum 2.5 4. Bagian yang tidak % Tidak ternyata mengarang 5. Daya Daya serap serap terha terhadap dap % Maksimum 20 larutan 12 (Warintek. 2007. http//www.warintek.activated carbon.net) Kegunaan arang aktif Saat ini, arang aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia, makanan dan minuman, dan farmasi. Pada umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap, dan penjernih. Dalam jumlah kecil dipergunakan sebagai katalisator. Maksud/Tujuan
Pemakaian
I. Untuk Gas 1. Pemurnian gas
Desulfurisas i, menghilangkan gas beracun, bau busuk, asap, menyerap racun
2. Pengolahan LNG
Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan reaksi gas
3. Katalisator
Reaksi katalisator atau pengangkut vinil kiorida, dan vinil acetat
4. Lain-lain
Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan mobil
II. Untuk Zat Cair 1. Industri obat dan makanan
Menyaring dan menghil an angkan warna, bau, rasa yang tidak enak pada makanan
2. Min Minum uman an ring ringan an,, minum inuman an keras eras
Mengh enghil ilan angk gkan an warn warna, a, bau pada pada arak arak// min minuman uman kera keras s dan dan min minuman uman ring ringan an
3. Kimia perminyakan
Penyulingan bahan mentah, zat perantara
4.
Menyaring/menghilangkan ba bau, wa warna, za zat pe pencemar da dalam ai air, se sebagai pe pelindung da dan penukaran resin dalam alat/penyulingan air
Pembersih air
5. Pembersih air buangan
Mengatur dan membersihkan air buangan dan pencemar, warna, bau, logam berat.
6. Penambakan udang dan benur
Pemurnian, menghilangkan ban, dan warna
7. Pela Pelaru rutt yang yang digu digun nakan akan kem kembali bali
Pen Penarik arikan an kemb kembal alii ber berba baga gaii pel pelar arut ut,, sisa sisa metan etanol ol,, etil etil aceta cetatt dan dan lain lain-l -lai ain n
III. Lain-lain 1. Pengolahan pulp
Pemumian, menghilangkan bau
2. Pengolahan pupuk
Pemurnian
3. Pengolahan emas
Pemurnian
4. Penyaringan minyak makan dan glukosa
Menghilangkan bau, warna, dan rasa tidak enak
(Warintek. 2007. http//www.warintek.activated carbon.net) Zeolit Zeolit Zeolit atau atau pasir pasir hijau hijau umumny umumnya a didefini didefinisikan sikan sebagai sebagai kristal kristal alumina alumina silika yang berstruk berstruktur tur tiga dimensi, dimensi, yang yang terbentu terbentuk k dari tetrahedral tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas.Stuktur zeolit adalah terbuka dan mengandung rongga-rongga yang diisi oleh ion-ion dan molekul air. Rongga-rongga dapat saling berhubungan berhubungan dan membentuk sistem saluran kesegala arah. Zeolit memiliki sifat adsorbsi dan pertukaran pertukaran ion yang telah teruji dan sudah digunakan untuk berbagai proses pengolahan air, pemurnian dan pemisahan gas maupun senyawa kimia. Salah satu penggunaan zaolit yang umum untuk menurunkan ion-ion penyebab kesadahan. Zeolit mempunyai kemampuan untuk menurunkan kadar Fe(II) dan Mn(II). (Bintari, 2009) Prinsip metode Spektrofotometri Pada metode Spektrofotometri, sample menyerap radiasi (pemancaran) elektromagnetis, yang pada panjang gelombang tertentu dapat dilihat. Larutan tembaga misalnya berwarna biru karena larutan tersebut menyerap warna komplementer, yaitu kuning. Semakin banyak molekul molekul persatu persatuan an volum, volum, semakin semakin banyak cahaya cahaya kuning kuning yang yang terserap terserap,, dan semakin tua warna warna biru larutannya. larutannya. Spektrofot Spektrofotome ometri tri memanfaatkan peristiwa ini. Sebenarnya, semua larutan kecuali yang tidak berwarna menyerap sinar cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Sinar cahaya yang “putih” atau tidak berwarna merupakan campuran sinar yang berwarna, yaitu satu panjang gelombang yang tertentu. (Day, R.A. and Underwood, A.L., 1980) BAB V PEMBAHASAN Adsorbsi merupakan merupakan suatu proses pemisahan pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang harus dipisahkan dipisahkan ditarik oleh permukaan sorben padat dan diikat oleh gaya-gaya yang bekerja pada permukaan tersebut. Sorpsi sendiri merupakan proses difusi yang mempunyai perilaku serupa seperti misalnya ekstraksi. Disini yang merupakan gaya pendorong adalah juga perbedaan konsentrasi, yaitu perbedaan antara konsentrasi bahan yang akan disor disorps psii dalam dalam campu campuran ran yang yang akan akan dipisa dipisahk hkan an dan dan konse konsentr ntrasi asi baha bahan n terseb tersebut ut dalam dalam sorbe sorben n (beb (beban an). ). Untuk Untuk memp mempero eroleh leh dan mempertahankan perbedaan konsentrasi yang besar, maka penggunaan sorben segar yaitu yang belum terbebani dan pencampuran yang baik antara kedua fasa (misalnya dengan pengadukan, aliran mutlak diperlukan. ( Handojo,Lienda,1995) Berkat selektivitasnya selektivitasnya yang tinggi, proses adsorpsi sangat sesuai sesuai untuk memisahkan bahan bahan dengan konsentrasi konsentrasi yang kecil dari campuran yang mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi. Bahan yang akan dipisahkan tentu saja harus dapat diadsorpsi. Sebaliknya untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang besar lebih disukai proses pemisahan yang lain, karena mahalnya regenerasi adsorben yang terbebani. Prinsip dari adsorbsi sendiri adalah menggunakan kemampuan adsorban untuk menghilangkan substansi tertentu dari suatu larutan. Pada proses adsorbsi ini terjadi peristiwa penyerapan penyerapan molekul-molekul zat warna dari larutan pada permukaan suatu zat padat yang berpori (adsorben). (adsorben). Hal ini dapat diketahui dari penurunan konsentrasi zat warna s etelah proses adsorbsi berlangsung. Penurunan Penurunan konsentrasi zat warna ini diakibatkan diakibatkan oleh adanya penambahan penambahan adsorben ke dalam larutan, sehingga menggangu menggangu keseimbangan keseimbangan dalam larutan zat warna antara pelarut dan zat yang terlarut. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa dengan penambahan adsorben yang berpori maka akan menggangu kesetimbangan dalam larutan dan mengakibatkan penurunan tegangan permukaan larutan serta zat terlarut teradsorbsi di permukaan adsorben yang berpori.
Pada percobaan ini menggunakan adsorben resin dan karbon aktif dengan konsentrasi larutan zat warna 75, 80, dan 100 ppm dengan waktu pengocokan sebesar 10 dan 15 menit. Adapun beberapa grafik yang didapatkan dari percobaan yang telah dilakukan adalah sebagai berikut : 1.4
) 1.2 m p 1 p ( i s 0.8 n a 0.6 b r o s 0.4 b A 0.2
y = 0.0212x - 0.9683
0 0
20
40
60
80
100
120
Konsentrasi(ppm)
Gambar V.1 Grafik hubungan antara konsentrasi dan absorbansi pada saat kalibrasi Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa persamaan kurva kalibrasinya adalah: y = 0.0212x - 0.9683. Dari grafik dan persamaan tersebut maka dapat diketahui bahwa konsentrasi berbanding lurus dengan absorbansinya. Artinya semakin besar konsentrasi zat warnanya maka akan semakin besar pula absorbansinya. Hal ini sesuai dengan literatur yang merumuskan : A = ε x b x C Dengan : A = Absorbansi Absorbansi B = Panjang gelombang spektrum sinar (nm) ε = absortivitas molar C = Konsentrasi zat dalam larutan (Khopkar, 1990)
1.2 1 ) A ( 0.8 i s n a 0.6 b r o s b 0.4 A 0.2
Karbon Aktif Resin
0 0
20
40
60
80
100
120
Konsentrasi (ppm)
Grafik V.2 Grafik Hubungan Antara Konsentrasi dan Absorbansi Pada t =10 menit Dari grafik V.2 diatas dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi zat warna (KMnO 4), maka semakin besar nilai adsorbansinya. Hal ini disebab disebabkan kan karena karena semakin semakin besar konsentr konsentrasi, asi, maka maka kandung kandungan an zat terlarut terlarut di dalam dalam larutan larutan semakin semakin besar. Dengan Dengan semakin semakin banyaknya banyaknya kandungan zat terlarut, maka semakin banyak cahaya yang terserap. terserap. Jumlah cahaya yang diserap inilah yang dinyatakan dinyatakan sebagai adsorbansi. Kecenderungan yang ditunjukkan baik perubahan konsentrasi hasil pembacaan pada alat maupun hasil perhitungan menggunakan kurva kalibrasi sesuai dengan hubungan antara absorbansi terhadap besar konsentrasi suatu zat dalam larutan. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa hubungan antara absorbansi terhadap besar konsentrasi adalah linier dan memenuhi kaidah persamaan : A = ε x b x C Dengan : A = Absorbansi Absorbansi B = Panjang gelombang spektrum sinar (nm) ε = absortivitas molar C = Konsentrasi zat dalam larutan (Khopkar, 1990) Dari grafik di atas juga dapat dilihat bahwa adsorban adsorban karbon aktif memiliki kemampuan kemampuan menyerap zat warna paling efektif dari kedua adsorban. Daya adsorbsi karbon aktif (acivated carbon) disebabkan karena karbon (arang) mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Mutu karbon aktif yang digunakan tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan karbon aktif, sifat karbon aktif secara alamiah, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Selain itu karena bentuk karbon aktif yang serbuk memperluas luas permukaan sehingga memudahkan penyerapan (adsorbsi) zat warna. Kecenderungan ini disebabkan karena adsorben merupakan bahan yang berpori dan adsorbsi terjadi pada permukaan bahan yang berpori. Semakin kecil ukuran partikel adsorben yang digunakan, maka luas permukaan dalam partikel tersebut menjadi lebih besar. Akan tetapi kecenderungan tersebut tidak berlaku untuk resin. Hal ini disebabkan disebabkan pada resin terjadi pertukaran pertukaran ion antara adsorbat dengan adsorben. Adsorbat dalam hal ini adalah MnO 4- dan adsorben dalam hal ini adalah ion R yang mengikat ion MnO 4- sehingga terlepas dari larutan. Hal ini sesuai dengan literature yang menyebutkan bahwa dalam proses pertukaran ion dengan menggunakan menggunakan penukar ion padat atau resin (polimer), adsorben akan melepaskan ion ke dalam larutan dan diganti oleh ion yang terlepas dari larutan (adsorbat). (McCabe, 1999)
1.2 1 ) A ( 0.8 i s n a 0.6 b r o s b 0.4 A 0.2
Karbon Aktif Resin
0 0
20
40
60
80
100
120
Konsentrasi (ppm)
Grafik V.3 Grafik Hubungan Antara Konsentrasi dan Absorbansi Pada t =15 menit Dari grafik V.3 diatas dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi zat warna (KMnO 4), maka semakin besar nilai adsorbansinya. Hal ini disebab disebabkan kan karena karena semakin semakin besar konsentr konsentrasi, asi, maka maka kandung kandungan an zat terlarut terlarut di dalam dalam larutan larutan semakin semakin besar. Dengan Dengan semakin semakin banyaknya banyaknya kandungan zat terlarut, maka semakin banyak cahaya yang terserap. terserap. Jumlah cahaya yang diserap inilah yang dinyatakan dinyatakan sebagai adsorbansi. Kecenderungan yang ditunjukkan baik perubahan konsentrasi hasil pembacaan pada alat maupun hasil perhitungan menggunakan kurva kalibrasi sesuai dengan hubungan antara absorbansi absorbansi terhadap besar konsentrasi suatu zat dalam larutan. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa hubungan antara absorbansi terhadap besar konsentrasi adalah linier. (Khopkar, 1990) Dari grafik di atas juga dapat dilihat bahwa adsorban adsorban karbon aktif memiliki kemampuan kemampuan menyerap zat warna paling efektif dari kedua adsorban. Daya adsorbsi karbon aktif (acivated carbon) disebabkan karena karbon (arang) mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Mutu karbon aktif yang digunakan tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan karbon aktif, sifat karbon aktif secara alamiah, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Selain itu karena bentuk karbon aktif yang serbuk memperluas luas permukaan sehingga memudahkan penyerapan (adsorbsi) zat warna. Kecenderungan ini disebabkan karena adsorben merupakan bahan yang berpori dan adsorbsi terjadi pada permukaan bahan yang berpori. Semakin kecil ukuran partikel adsorben yang digunakan, maka luas permukaan dalam partikel tersebut menjadi lebih besar. Akan tetapi kecenderungan tersebut tidak berlaku untuk resin. Hal ini disebabkan disebabkan pada resin terjadi pertukaran pertukaran ion antara adsorbat dengan adsorben. Adsorbat dalam hal ini adalah MnO 4- dan adsorben dalam hal ini adalah ion R yang mengikat ion MnO 4- sehingga terlepas dari larutan. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa dalam proses pertukaran ion dengan menggunakan penukar ion padat atau resin (polimer), adsorben akan melepaskan ion ke dalam larutan dan diganti oleh ion yang terlepas dari larutan (adsorbat). (McCabe, 1999)
70 ) 60 m p 50 p ( i 40 a s r t 30 n e s 20 n o K 10
Karbon Aktif Resin
0 0
5
10
15
20
Waktu Pengocokan (menit)
Grafik V.4 Grafik Hubungan Antara Waktu Pengocokan dan Konsentrasi Pada Konsentrasi 70 ppm Dari grafik V.4 di atas diperoleh bahwa semakin lama waktu pengocokan maka nilai dari absorbansinya absorbansinya akan semakin menurun. Jadi dapat dikatakan bahwa absorbansi berbanding berbanding terbalik dengan waktu pengocokan. pengocokan. Hal ini sesuai dengan literatur bahwa semakin lama waktu pengocokannya maka semakin banyak zat warna (KMnO 4) yang diserap akibatnya absorbansinya akan semakin menurun. Karena zat warna yang tersisa dalam larutan semakin sedikit atau dapat dikatakan konsentrasi akhirnya semakin menurun. ( Handojo,Lienda,1995) Dari grafik di atas juga dapat dilihat bahwa adsorban adsorban karbon aktif memiliki kemampuan kemampuan menyerap zat warna paling efektif dari kedua adsorban. Daya adsorbsi karbon aktif (acivated carbon) disebabkan karena karbon (arang) mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Mutu karbon aktif yang digunakan tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan karbon aktif, sifat karbon aktif secara alamiah, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Selain itu karena bentuk karbon aktif yang serbuk memperluas luas permukaan sehingga memudahkan penyerapan (adsorbsi) zat warna. Kecenderungan ini disebabkan karena adsorben merupakan bahan yang berpori dan adsorbsi terjadi pada permukaan bahan yang berpori. Semakin kecil ukuran partikel adsorben yang digunakan, maka luas permukaan dalam partikel tersebut menjadi lebih besar. (McCabe, 1999) 100
) m p p ( i s a r t n e s n o K
80 60
Karbon Aktif
40
Resin
20 0 0
5
10
15
20
WaktuPengocokan (menit)
Grafik V.5 Grafik Hubungan Antara Waktu Pengocokan dan Konsentrasi Pada Konsentrasi 85 ppm
Dari grafik V.5 di atas diperoleh bahwa semakin lama waktu pengocokan maka nilai dari absorbansinya absorbansinya akan semakin menurun. Jadi dapat dikatakan bahwa absorbansi berbanding berbanding terbalik dengan waktu pengocokan. pengocokan. Hal ini sesuai dengan literatur bahwa semakin lama waktu pengocokannya maka semakin banyak zat warna (KMnO 4) yang diserap akibatnya absorbansinya akan semakin menurun. Karena zat warna yang tersisa dalam larutan semakin sedikit atau dapat dikatakan konsentrasi akhirnya semakin menurun. ( Handojo,Lienda,1995) Dari grafik di atas juga dapat dilihat bahwa adsorban adsorban karbon aktif memiliki kemampuan kemampuan menyerap zat warna paling efektif dari kedua adsorban. Daya adsorbsi karbon aktif (acivated carbon) disebabkan karena karbon (arang) mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Mutu karbon aktif yang digunakan tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan karbon aktif, sifat karbon aktif secara alamiah, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Selain itu karena bentuk karbon aktif yang serbuk memperluas luas permukaan sehingga memudahkan penyerapan (adsorbsi) zat warna. Kecenderungan ini disebabkan karena adsorben merupakan bahan yang berpori dan adsorbsi terjadi pada permukaan bahan yang berpori. Semakin kecil ukuran partikel adsorben yang digunakan, maka luas permukaan dalam partikel tersebut menjadi lebih besar. (McCabe, 1999) 100
) m p p ( i s a r t n e s n o K
80 60
Karbon Aktif
40
Resin
20 0 0
5
10
15
20
WaktuPengocokan Pengocokan(menit)
Grafik V.6 Grafik Hubungan Antara Waktu Pengocokan dan Konsentrasi Pada Konsentrasi 100 ppm Dari grafik V.6 di atas diperoleh bahwa semakin lama waktu pengocokan maka nilai dari absorbansinya absorbansinya akan semakin menurun. Jadi dapat dikatakan bahwa absorbansi berbanding berbanding terbalik dengan waktu pengocokan. pengocokan. Hal ini sesuai dengan literatur bahwa semakin lama waktu pengocokannya maka semakin banyak zat warna (KMnO 4) yang diserap akibatnya absorbansinya akan semakin menurun. Karena zat warna yang tersisa dalam larutan semakin sedikit atau dapat dikatakan konsentrasi akhirnya semakin menurun. ( Handojo,Lienda,1995) Dari grafik di atas juga dapat dilihat bahwa adsorban adsorban karbon aktif memiliki kemampuan kemampuan menyerap zat warna paling efektif dari kedua adsorban. Daya adsorbsi karbon aktif (acivated carbon) disebabkan karena karbon (arang) mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Mutu karbon aktif yang digunakan tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan karbon aktif, sifat karbon aktif secara alamiah, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Selain itu karena bentuk karbon aktif yang serbuk memperluas luas permukaan sehingga memudahkan penyerapan (adsorbsi) zat warna. Kecenderungan ini disebabkan karena adsorben merupakan bahan yang berpori dan adsorbsi terjadi pada permukaan bahan yang berpori. Semakin kecil ukuran partikel adsorben yang digunakan, maka luas permukaan dalam partikel tersebut menjadi lebih besar. (McCabe, 1999)
BAB IV KESIMPULAN
1. 2. 3. 4.
5.
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Semakin besar konsentrasi konsentrasi larutan zat warna warna maka maka akan akan semakin semakin tinggi tinggi nilai adsorbansinya. adsorbansinya. Semakin lama waktu waktu pengocoka pengocokan n pada pada larutan larutan zat warna dengan adsorbent adsorbent karbon karbon aktif maka konsentrasi konsentrasi akhir semakin semakin menurun menurun dibandingkan dengan resin. Urutan Urutan keefek keefektifa tifan n adsorbe adsorben n yang digun digunakan akan adala adalah h karbon karbon aktif aktif > resin. resin. Karbon Karbon aktif memiliki memiliki kemampua kemampuan n menyera menyerap p zat warna warna paling efektif efektif daripada daripada resin, karena karena karbon karbon (arang) (arang) mempunya mempunyaii pori-por pori-porii dalam jumlah besar, dan adsorbsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Faktor-f Faktor-fakto aktorr yang yang mempen mempengaru garuhi hi proses adsorbsi adsorbsi zat warna warna antara antara lain konsentras konsentrasii bahan bahan yang akan diadsorbsi diadsorbsi,, adsorbe adsorben n yang yang digunakan, jenis dan ukuran partikel adsorben, dan lamanya waktu pengocokan.
ANAEROB BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Proses pengolahan limbah secara anaerobik merupakan metode yang efektif untuk mengolah limbah organik. Pengolahan ini dilakukan oleh bakteri fakultatif dan bakteri anaerobik dimana konversi material organik kedalam hasil akhir berupa biogas yang mengandung metan dan karbondioksida terjadi tanpa kehadiran oksigen. (Jurnal purifikasi, Vol 2, No.3,Mei 2001: 139-144) Degradasi zat organik secara mikrobiologi dalam lingkungan anaerobik hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme yang dapat menggunakan menggunakan molekul selain oksigen sebagai akseptor hidrogen. Dekomposisi Dekomposisi anaerobik anaerobik menghasilkan menghasilkan biogas yang terdiri dari metan (5070%), karbondioksida (25-40%) dan sejumlah kecil hidrogen sulfida. Reaksi kimia secara keseluruhan disederhanakan sebagai berikut:
Zat organik
mikroorganisme
CH4 +CO2 + H2 +N2 + H2S
anaerobik
Konversi substrat organik menjadi CO 2 dan CH 4 di bawah kondisi anaerobik anaerobik memerlukan memerlukan kehadiran 3 kelompok bakteri yang saling bergantung bergantung untuk menghasilkan fermentasi yan tetap. Kelompok pertama dikenal sebagai bakteri fermentatif, terdiri dari bermacam-macam bakteri terutama obligat anaerobik anaerobik (Hobson et all. 1974). Kelompok ini melakukan hidrolisa substrat organik kompleks kompleks menggunakan menggunakan enzim ekstracelluler menjadi komponen yang lebih sederhana. Kelompok kedua dikenal sebagai bakteri asetogenik penghasil hidrogen (Mc Inerney dan Bryant. 1981), mengkatabolis semua komponen karbon yang lebih dari 2 atom karbon menjadi asetat, H 2, dan CO 2. Kelompok bakteri terakhir adalah methanogens, mengkatabolis asetat, CO 2 dan H2 untuk menghasilkan gas CH 4 dan CO2. (Jurnal Purifikasi, Vol.1, No.5, September 2000: 260) Kemampuan mikroorganisme untuk mengkonversi berbagai molekul kompleks menjadi CO 2 dan CH 4 biasanya terdiri dari 3 kelompok: • Organisme hidrolisis- fermentatif • Organisme acetogen • Organisme methanogens Kelompo Kelompok k pertama pertama dapat bertind bertindak ak dan beroper beroperasi asi sendiri, sendiri, tidak tidak tergantu tergantung ng pada pada kelompo kelompok k b dan c. Kelompo Kelompok k acetoge acetogen n dan methanogens methanogens sangat tergantung satu sama lainnya, sehingga sering disebut sebagai asosiasi atau konsorsium metanogenik.(Ver metanogenik.(Verstraete. straete. WH. 1984) (Jurnal Purifikasi, Vol.1, No.5, September 2000: 260) Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik: • Suhu Suhu sangat berpengaruh terhadap proses methanogenik. methanogenik. Range suhu optimum adalah 30-40 0C dan 50-60 0C. Suhu ini diketahui sebagai range mesopilic dan termopilic. Tidak ditemukan psycropilic dalam literatur (optimum < 20 0C) dan semua organisme yang diisolasi pada suhu rendah. • pH a. Hidr Hidrol olis isis is – Ferm Fermen enta tasi si Mikroorganisme hidrolisa – fermentasi dapat aktif asalkan pH> 4,5. Pada digesti 2 fasa, pH fasa ke-1 harus dikontrol pada nilai dimana memberikan spektrum optimal untuk metabolisme ke-2, dapat dilakukan dengan penambahan NaOH, Ca(OH) 2 atau HCl. b.
Dige igesti sti methan thana a PH optimal untuk methanogenesis antara 6,8-7,6. Faktor-faktor penting yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut: -
pH reaktor methana harus dijaga >6.5 pH harus dijaga tetap konstan pH optimal untuk methanogens adalah 7.0
Kelembaban Kelembaban dibutuhkan oleh semua bakteri, dimana bakteri dapat menerima kondisi dengan range dari kelembaban rendah sampai cairan. •
Karakteristik Karakteristik Fisik Substrat Hasil tes menunjukkan ukuran partikel limbah padat berpengaruh cukup besar terhadap rate produksi gas. Pengecilan ukuran menaikkkan rate produksi gas. Kenaikan densitas limbah padat menurunkan rate produksi gas karena kompaksi menurunkan luas permukaan efektif yang terekspos untuk hidrolisis enzimatis (De Walle dan Chian, 1975)
•
•
Nutrien: Nitrogen, Phosporus, Sulfur dan Carbon Untuk aktivitas pertumbuhan mikroba elemen-elemen ini harus ada dan mencukupi, ketidakhadiran atau kekurangan senyawasenyawa ini dapat menghambat rate pertumbuhan. Kation Pengaruh kation pada proses anaerobik:
•
a. b. c. d.
Pengaruh kation dalam pengolahan pengolahan anaerobik anaerobik merupakan merupakan fungsi semua jenis dan konsentrasi konsentrasi kation Konsent Konsentrasi rasi optimu optimum m ion 0.01 M untuk untuk monoval monovalent ent dan dan 0.005M 0.005M untuk untuk dival divalent ent Konsentras Konsentras idiatas idiatas atau di bawah bawah optimum optimum menghasilkan menghasilkan efisiensi efisiensi yang yang lebih lebih kecil dari maksimum maksimum Penghambatan Penghambatan yang yang disebabkan disebabkan oleh konsentra konsentrasi si yang berlebihan berlebihan dari dari salah satu satu ion dapat dapat diantagonis diantagonis dengan penambahan penambahan optimum ion lain e. Antagonisme Antagonisme maksimal maksimal kation penghambat penghambat diperoleh diperoleh dengan dengan penamba penambahan han konsentrasi konsentrasi optimum optimum beberapa beberapa kation lain, lain, lebih dari dari satu. (Jurnal Purifikasi, Vol.1, No.5, September 2000: 261) Air l imbah (sewage) adalah air buangan dari suatu lingkungan masyarakat, masyarakat, terdiri dari air yang telah dipergunakan dipergunakan dengan ± 0,1% berupa benda padat (organik dan inorganik). inorganik). Bahan ini dapat seluruhnya seluruhnya berasal dari rumah tangga atau dapat juga mengandung air buangan dari industri dan pertanian. Air limbah rumah tangga terdiri (tinja dan air kemih) dan buangan dapur dan kamar Airdari buangan tubuh manusia 99pembersihan ,9% 0,makanan 1% mandi (sullage) yang berasal dari badan, pencucian pakaian, penyiapan dan pencucian peralatan dapur. limbah Air limbah yang masih baru berupa berupa cairan keruh berwarna abu – abu dan berbau tanah berwarna tanah dan tetapi tidak terlalu menyengat. menyengat. Bahan ini mengandung padatan berukuran besar yang terapung atau tersuspensi (misal tinja, jerami, wadah plastik, tongkol jagung), padatan tersuspensi 7 tinja yang hancur sebagian, kertas, irisan sayuran), dan padatan yang 3 sangat halus dalam suspensi koloida (yaitu yang lebih kecil (misalnya suspensi yang tak dapat 0 mengendap), serta polutan dalam bentuk larutan sejati. Bahan ini tidak 0 sedap dipandang dan sangat berbahaya, terutama terutama karena jumlah organisme organisme penyebab penyakit (patogen) yang dikandungnya. dikandungnya. Di daerah beriklim panas, air limbah dapat segera kehilangan kandungan oksigen terlarutnya (dissolved oxygen) sehingga menjadi ‘busuk’ atau ‘septik’. Air limbah septik mempunyai bau yang padatan menyengat, biasanya karena Air hydrogen sulfida. Fraksi organik utama yang terdapat dalam tinja dan air kemih adalah protein, karbohidrat dan lemak. Senyawa ini, terutama dua yang pertama, merupakan makanan yang sangat baik bagi bakteri, yaitu organisme mikroskopik, yang sifat rakusnya akan makanan dimanfaatkan oleh para ahli teknik sanitasi dalam pengolahan pengolahan biologis air limbah. Selain senyawa kimia ini, tinja dalam tingkatan yang lebih rendah, air kemih mengandung berjuta – juta bakteri dan sejumlah kecil organisme lain. Kebanyakan bahan ini tidak berbahaya bahkan beberapa diantaranya bermanfaat tetapi sejumlah kecil yang penting dapat menyebabkan penyakit pada manusia. anorgani Buangan dapur dan kamar mandi memberikan tambahan beraneka ragam bahan kimia, detergen, sabun, bermacam–macam lemak, pestisida, segala sesuatuorganik yang keluar dari bak dapur. Jumlah berbagai bahan kimia dalam air limbah sangat banyak sehingga walaupun k mungkin tidak ada gunanya untuk menyebutkan kesemuannya.
6 5
protei n
2 5
Karbohidrat
1 0
lema k
Baha n butira
gara m
loga m
Gambar 2.1.1 Diagram komposisi air limbah Untuk mengetahui lebih luas tentang air limbah, maka perlu kiranya diketahui juga secara detail mengenai kandungan yang ada di dalam air limbah mempunyai sifat yang dapat dibedakan menjadi tiga bagian besar diantaranya : 1. 2. 3.
Sifat Fi Fisik Sifat Kimiawi Sifa ifat Bio Biolog logisn isnya
Karakteristik air Limbah Air limbah biasanya diolah dengan memasukkan memasukkan oksigen ke dalamnya dalamnya sehingga bakteri dapat mempergunakan mempergunakan bahan buangan buangan ini sebagai makanan. Persamaan umumnya adalah : Bahan buangan + oksigen bahan buangan olahan + bakteri baru Sifat Sifat yang kompleks kompleks dari dari air limbah limbbakteri ah rumah rumah tangga tangga menyulit menyulitkan kan pengan penganalisa alisaany anya a secara secara lengkap lengkap.. Karena Karena lebih mudah untuk untuk menguku mengukur r banyaknya oksigen yang digunakan oleh bakteri ketika mengoksidasikan bahan buangan, maka konsentrasi bahan organik yang ada dalam bahan buangan dinyatakan dalam jumlah banyaknya oksigen yang dibutuhkan untuk oksidasi ini. Pada dasarnya ada tiga cara untuk menyatakan kebutuhan oksigen untuk suatu bahan buangan : 1. Kebutuh Kebutuhan an Oksigen Oksigen Teori Teoritis tis ( Theoret Theoretical ical Oxygen Oxygen Demand Demand = Thod Thod ). Kebutuhan oksigen teoritis adalah jumlah teoritis dari oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasikan fraksi organik bahan buangan secara tuntas menjadi karbon dioksida dan air. Jadi, dari persamaan untuk oksidasi total dari, misalnya glukosa : C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 180 192 dapat dihitung bahwa Thod larutan glukosa sebanyak 300 mg/l adalah : (192/180) x 300 = 321 mg/l Karena sifat air limbah sangat kompleks, maka Thod tidak dapat dihitung, tetapi dapat diperkirakan dengan kebutuhan oksigen kimiawinya. 2.
Kebutuh Kebutuhan an Oksigen Oksigen Kimiawi Kimiawi (Chemic (Chemical al Oxygen Oxygen Demand Demand = COD) COD) Kebutuhan oksigen kimiawi diperoleh dengan mengoksidasikan bahan buangan dengan larutan asam dikromat yang mendidih. Proses ini mengoksidasikan hampir semua senyawa organik menjadi karbon dioksida dan air, dan biasanya reaksi berlangsung sampai lebih dari 95% tuntas. Keuntungan pengukuran COD adalah karena hasilnya dapat diperoleh dengan sangat cepat (dalam waktu 3 jam), tetapi kerugiannya bahwa hasil tersebut tidak memberikan informasi mengenai proporsi bahan buangan yang dapat dioksidasikan oleh bakteri maupun pada tingkatan di mana biooksidasi mungkin terjadi.
3.
Kebutuh Kebutuhan an Oksidasi Oksidasi Biokimia Biokimiawi wi (Biochem (Biochemical ical Oxygen Oxygen Demand Demand = BOD) BOD) Kebutuhan Kebutuhan oksigen biokimiawi adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi sesuatu bahan buangan buangan dengan bakteri. Jadi, 800 merupakan ukuran konsentrasi bahan organik dalam bahan buangan yang dapat dioksidasikan oleh bakteri (dibiodegradasikan). BOD biasanya dinyatakan dinyatakan berdasarkan berdasarkan ketentuan ketentuan 5 hari, 20 oC, yaitu sebagai oksigen yang dipakai selama oksidasi bahan buangan selama 5 o hari pada suhu 20 C. Hal ini dikarenakan dikarenakan BOD 5 hari (biasanya ditulis ditulis ‘BOD5’) lebih mudah diukur diukur dibandingkan dibandingkan BOD batas (BOD0) yakni oksigen yang dibutuhkan untuk biooksidasi tuntas bahan buangan. Berdasarkan kemampuan terurainya bahan pencemar, limbah dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu : Degra Degrada dable ble (zat (zat yan yang g dap dapat at terur terurai) ai).. a. Non pe persisten : Bahan pencemar yang dapat diuraikan dengan mudah oleh proses-proses alam selama jumlah bahan pencemar pencemar tersebut masih di bawah daya dukung lingkungan alam. Contoh bahan pencemar non persisten adalah limbah rumah tangga.
1.
b. Persisten : Bahan pencemar yang sulit diuraikan oleh proses-proses alam (memerlukan waktu yang lama untuk terurai). Yang termasuk bahan pencemar persisten adalah limbah zat kimia organik misalnya deterjen, phenol, dan lain-lain. 2.
Non deg degrad radab able le (zat (zat yang yang sulit/ sulit/ tida tidak k dapat dapat terur terurai) ai) : Bahan pencemar yang tidak dapat diuraikan oleh proses-proses alam. Yang termasuk bahan pencemar non degradable adalah limbah zat organik sintetik, bakteri, virus, dan limbah logam (Hg, Pb, Cd) serta beberapa garam logam.
(Literatur : Agustiani, E., Ir., M.Eng, “Diktat Kuliah PLIK”, 2002, Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya) Dengan mengetahui karakteristik suatu limbah cair, maka dapat ditentukan metode pengolahan limbah yang tepat. Misalnya dalam suatu pengolahan limbah cair industri dengan karakteristik limbah degradable, mengandung mikroorganisme, dan bersifat asam, maka metode pengolahan limbah yang sesuai adalah dengan menggunakan sistem biologi (biological treatment). Berdasarkan cara tumbuh mikroorganismenya, maka proses biologis dapat dibagi menjadi : 1.
Suspe Suspend nded ed grow growth th (ters (tersusp uspen ensi/ si/ larut) larut) : a. Lum Lumpur pur akt aktif if (aer (aerob obik ik). ). b. Tang Tangki ki sept septic ic (ana (anaer erob obik ik). ). 2. Atta Attach ch grow growth th (men (menem empe pel). l). a. Rota Rotatin ting g Biolog Biologica icall Contac Contactor tor// RBC (aero (aerobik bik). ). b. Up/ Up/ Dow Down n Flo Flow w Ana Anaer erob obik ik Filt Filter er.. Dalam pelaksanaannya, kedua tipe pertumbuhan mikroorganisme ini (suspended dan attach) biasanya tercampur.
Pengolahan air limbah secara biologis. Pengolahan limbah cair dengan proses biologi umumnya digunakan untuk menghilangkan bahan-bahan organik terlarut dan koloidal.yang membutuhkan biaya yang cukup mahal untuk menghilangkannya, apabila dilakukan proses fisika-kimia. Dalam proses pengolahan limbah secara biologis, partikel-part ikel yang sangat halus dan dissolved-organik dissolved- organik diubah menjadi partikel flokulen yang dapat mengendap dan dapat dipisahkan pada bak sedimentasi (bak pengendapan). Terdapat bermacam-macam unit pengolahan limbah cair secara biologi yang telah dikembangkan dan digunakan dalam stabilitas limbah cair. Setiap unit berbeda-beda dalam rancangan dan kondisi operasinya. Pada bak pengendapan pertama, partikel diskrit dapat diendapkan secara efisien (proses fisika), sedangkan pada pengolahan biologis pemisahan material organik baik yang soluble ataupun koloid dapat dilakukan secara efisien pada bak pengendapan kedua. Diagram alir :
Influen Pengendap I
Aeration Tank
Pengen -dap I
Desinfeksi
Efluen
Sludge
Gambar 2.1.2 diagram alir pada bak pengendapan ke dua Actived Sludge Activated sludge sludge sangat sangat umum umum digunakan digunakan dalam proses pengolaha pengolahan n air limbah limbah dalam skala industri industri besar. Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam merencanakan activated sludge : 1. Loadin ding krit kriter eria ia.. 2. Pem Pemilih ilihan an tipe tipe reac reacto tor. r. 3. Lumpu Lumpurr yang yang dihasi dihasilka lkan n dan dan peng pengen enda dalia liann nnya. ya. 4. Kebut ebutuh uhan an oksig ksige en. 5. Kebut ebutuh uhan an nutri utrie en. 6. Lingkungan. 7. Solid olid sep separat aratio ion n. 8. Kara Karakt kter eris isti tik k eflu efluen en.. Hingga saat ini, loading criteria yang umum dipergunakan adalah : 1. Food Food to to micr microo oorg rgan anis ism m rati ratio o (F/ (F/ M)
2.
Mean cell residence time ( θ c). (Literatur : Agustiani, E., Ir., M.Eng, “Diktat Kuliah PLIK”, 2002, Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya)
Activated sludge adalah adalah alternatif konvensional konvensional bagi biofiltrasi. Air limbah yang telah diendapkan dibawa dibawa ke suatu tangki aerasi di mana oksigen disediakan baik dengan cara agitasi mekanis atau dengan aerasi yang didifusikan. Bakteri yang tumbuh pada air yang telah diendapkan dihilangkan pada sedimentasi kedua tingkatan tinggi, untuk memelihara konsentrasi sel tinggi (2000 – 8000 mg/l) di dalam tangki aerasi sebagian sludge disirkulasikan ulang dari tangki sedimentasi ke inlet tangki aerasi. Sludge beberapa banyak padatan lembab (inert solid), tetapi komponen komponen utamanya dapat menjadikannya lepas, struktur, flokulan adalah bakteri dari protozoa yang hidup atau aktif sehingga di mana activated sludge (Lumpur aktif). Sistem – system Activated Sludge : System konvensional (gb.I.1.a) adalah reactor aliran sumbat yang dioperasikan dengan siklus ulang sel. Oksigen disediakan pada tingkatan yang seragam di seluruh tangki aerasi. Walaupun kebutuhan oksigen secara bertahap menurun disepanjang tangki. Untuk mengatasi buangan dapat dilakukan pengurangan pengurangan oksigen secara bertahap disepanjang tangki (modifikasi ini disebut tepered aeration), atau efluen ditambahkan ditambahkan dalam beberapa tingkat yaitu proses yang disebut stepped aeration (aerasi bertingkat) (gb.I.1.b). (gb.I.1.b). Dalam semua system ini waktu retensi yang biasa adalah 8 – 12 jam pada debit rata – rata. Dalam proses kontak stabilisasi (gb.I.1.c) kedua fase penghilangan BOD dipisahkan dalam kontak tangki aerasi. Untuk penangkapan padatan dan adsorpsi disediakan waktu yang pendek (0,5 – 1 jam), padatan akan mengendap bersama aliran activated sludge yang terjadi ditangki sedimentasi kedua dan kemudian diaerasi selama 2 –4 jam, untuk pelarutan pelarutan dan oksidasi sehingga mereaktivasi activated sludge. Modifikasi ini hanya cocok untuk bahan buangan yang memiliki BOD sebagian besar berupa padatan tersuspensi tersuspensi dan koloid, tetapi dalam hal dapat diperoleh reduksi dalam arti modal dan biaya operasi, karena volume totalnya sangat berkurang. berkurang. Apabila periode dalam proses konvensional konvensional diperpanjang sampai 18 – 48 jam tingkatan otolisir sludge akan bertambah dan akan dihasilkan sludge yang jauh lebih sedikit. Prinsip extended aeration ini merupakan dasar dari saluran oksidasi (oksidation ditch).
(Literatur : Diktat Pengolahan Air Limbah Domistik Teknik Lingkungan ITS) Beban organik (organik loading) dalam suatu unit pengolahan limbah biologis, dinyatakan oleh rasio F/M (Food/Microorganism). Pengolahan dengan menggunakan activated sludge didesain dengan basis loading, atau jumlah zat organik (makanan) yang diolah terhadap mikroba yang ada di reactor. Baik food maupun organisme sangat sulit diukur dengan aurat sehingga engineer memperkirakan Food dengan kg BOD/liter.hari dan mikroorganisme dalam dalam kg MLSS/liter. Percobaan aerasi dengan activated sludge pertama sekali dilakukan oleh Adern dan Lockett (Manchester 1994). Unit terpenting dalam activated sludge adalah adalah tangki aerator atau vessel tempat terjadinya reaksi biokimia. Di dalam aerator tersebut limbah organik dicampur dengan lumpur aktif sehingga disebut “mixed liquor” yang akan diaerasi selama jangka waktu tertentu. Activated sludge terdiri dari kumpulan mikroorganisme heterogen yang terdiri dari bakteri, jamur, dan protozoa. Bakteri akan mendegradasikan suspenden solid yang terdapat di limbah menjadi sludge yang mudah dipisah dan dibuang. Salah satu proses biologi yang banyak digunakan adalah proses lumpur aktif. Proses lumpur aktif merupakan proses aerobik, pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi, pada flok inilah akan terjadi proses degradasi. Proses lumpur aktif berlangsung dalam reaktor dengan pencampuran sempurna dilengkapi dengan umpan balik (recycle) lumpur dan cairanya. Proses lumpur aktif dirancang untuk mendapatkan kualitas air limbah hasil pengolahan (effluen) yang spesifik sedangkan tujuan dalam mengatur dan mengendalikan kondisi operasional adalah untuk memastikan bahwa kualitas effluen terjaga dengan biaya operasional yang minimal. Kualitas effluen dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah: 1. 2.
Variasi Variasi laju laju alir, alir, BOD dan pada padatan tan tersu tersuspen spensi si pada pada air limba limbah h yang yang diolah. diolah. Fluktuas Fluktuasii dalam parameter parameter operasi operasi yaitu umur lumpur; lumpur; perbandin perbandingan gan jumlah jumlah substrat substrat dengan masa masa mikroba mikroba (F/M ratio); kondisi kondisi lumpur aktif; perbandingan umpan balik (recycle ratio) dan konsentrasi lumpur dalam umpan balik; serta kecepatan pengeluaran/pembuangan lumpur. 3. Kebu Kebutu tuha han/ n/su supl plai ai oksi oksige gen. n. 4. Temp Temper erat atur ur,, angi angin n dan dan lain lain-l -lai ain. n. (Literatur : Forlink.com, “Paket Terapan Produksi Bersih pada Industri Tekstil- Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Biologi”)
Mikroorganisme, yang aktivitasnya dibutuhkan untuk mengoperasikan proses pengolahan air limbah secara biologis, terdiri dari bakteri, ganggang dan protozoa. Beberapa jenis bakteri dan protozoa, seperti juga virus, merupakan patogen bagi manusia. Oleh karenanya, pengontrolan terhadap kehadirannya di dalam lingkungan merupakan hal yang sangat penting dan dengan pengolahan air limbah yang efisien hal ini dapat dicapai. Pengolahan air limbah juga sangat efektif untuk mengurangi insiden penyakit yang disebabkan oleh cacing dan parasit usus. Namun, mikroba mempunyai peranan yang lebih positif dalam pengolahan air limbah. Bakteri merupakan pengurai utama bahan buangan organik. Jadi, bangunan pengolah bahan buangan secara biologis harus dirancang sedemikian rupa agar memungkinkan bakteri tumbuh, sehingga bahan buangan dapat teroksidasi sampai tingkatan maksimal. BAB V PEMBAHASAN Tujuan percobaan dari anaerob adalah untuk mempelajari removal bahan organik (glukosa) dengan menggunakan lumpur pacar keling dan lumpur madiun dalam keadaan anaerobik. Pada proses anaerob ini dilakukan dengan pengaliran gas nitrogen. Tujuan dari pemberian gas nitrogen ini adalah untuk mereduksi atau mengikat oksigen terlarut dalam air limbah dan sebagai nutrisi tambahan tambahan bagi bakteri, mengingat mengingat bahwa kehadiran gas oksigen tidak diharapkan, karena bakteri yang bekerja pada proses ini adalah bakteri anaerob. NH3 +
O2
Nitraso Bacteria
NO2 + O2
Nitraso
NO3
Bact eria
Nitrogen dapat ditambahkan dalam bentuk ammonium karbonat, klorida atau hidroksida dan ammonia padatan. Atau dapat juga ditambahkan fosfat dalam jumlah tertentu, dimana perbandingan kebutuhan unsur P dan unsur N adalah 1:7. Sedangkan rasio perbandingan antara BOD dan P dalam larutan adalah 100 : 1. selain itu nitrogen bersifat inert sehingga tidak bereaksi dengan gas lain. (Sugiharto, 1987) Pada percobaan anaerob ini, 100 ml sampel yang telah dialiri gas nitrogen ditambahkan 5 ml H 2SO4 8 N dan dipanaskan sampai mendidih dengan menggunakan batu didih. Tujuan dari penambahan asam sulfat ini adalah untuk menjaga pH dari larutan agar tetap dalam keadaan konstan. Sedangkan tujuan dari pemanasan adalah untuk mempecepat proses oksidasi zat organik oleh KMnO4, karena volume titrasi KMnO4 semakin kecil. Penambahan batu didih adalah untuk mempercepat proses pendidihan. Fungsi penambahan KMnO 4 adalah sebagai oksidator untuk mengoksidasi zat-zat organik dalam sampel. Selain itu akan terjadi reaksi oksidasi dengan zat organik, juga terjadi reaksi spontan (oksidasi reduksi) yang membutuhkan ion H +. apabila ion H+ tidak disupply dari luar (dengan penambahan H 2SO4), maka keadaan akan berubah menjadi basa padahal pada percobaan ini kondisi untuk reaksi oksidasi adalah asam. Reaksi ionisasi yang terjadi adalah sebagai berikut: 1/3 MnO 4 + ¾ H+ + e 1/3 MnO2 + 2/3 H2O (Sugiharto, 1987)
Selain menambahkan KMnO 4 10 ml ke dalam larutan, sampel juga ditambahkan asam oksalat 10 ml. Penambahan asam oksalat ini berfungsi sama seperti KMnO 4, yaitu sebagai oksidator yang meremoval zat-zat organik dalam larutan sampel lumpur pacar keling dan lumpur madiun Dalam percobaan ini oksidasi KMnO 4 dilakukan dalam kondisi asam (dengan penambahan H 2SO4). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2 KMnO4 + 3H2SO4
MnO4 + K2SO4 +
3 H2O +
5 On
Penambahan nutrien dan glukosa bertujuan untuk menambah makanan bagi mikroorganisme agar tetap bertahan hidup dan mampu mendegradasi mendegradasi limbah. Sedangkan Sedangkan untuk reaksi oksidasinya sendiri terhadap zat organic (glukosa) dapat ditunjukkan dengan dengan reaksi sebagai berikut : n C6H12O6 + 12 On 6n CO2 + 6n H2O (Soeprijanto, Dr. Ir., M.Sc., 2006)
H ubung anantarappmKM nO 4(m g/ltr)deng an w aktutin ingg alaera si (m en it) 250
( 200 4 O 150 n M K 100 m p 50 p
airgo tpa carkeling airgo tm ad iun
0 0
5
10
15
W aktutin ingga laerasi(m enit)
Grafik V.1 Hubungan antara ppm KMnO4 (mg/ltr) dengan waktu tinggal aerasi (menit) Grafik V.1 menunjukkan bahwa semakin lama waktu aerasi terhadap sampel, maka jumlah mg KMnO 4 setiap liter sampel jumlahnya semakin menurun. menurun. Nilai ppm KMnO4 pada lumpur pacar keling lebih tinggi dibandingkan dengan nilai ppm KmnO 4 pada lumpur madiun. Pada sampel lumpur madiun pada waktu aerasi 9 menit mempunyai nilai ppm sebesar 215,6 mg/ltr, pada waktu aerasi 12 menit sebesar 178,6 mg/ltr, dan pada waktu aerasi 14 menit nilai ppm dalam mg/lt adalah 171,7 mg/ltr. sedangkan pada sampel lumpur pacar keling, nilai ppm KmnO 4 pada waktu aerasi 9 menit adalah 236,4 mg/ltr, pada waktu aerasi 12 menit adalah 207,9 mg/ltr , dan pada waktu aerasi 14 menit adalah 192,5 mg/ltr. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa KMnO 4 untuk mengoksidasi asam oksalat semakin sedikit, yang berarti asam oksalat berlebih yang ada di dalam larutan juga semakin menurun. Menurunnya jumlah asam oksalat yang perlu dioksidasi oleh KMnO 4 menunjukkan indikasi bahwa KMnO4 (dalam hal ini berfungsi berfungsi s ebagai oksidator yang mengoksidasi mengoksidasi zat-zat organik didalam sampel) banyak digunakan untuk mengoksidasi zat-zat organik sehingga semakin lama waktu aerasi maka semakin banyak zat organik yang diremove dari larutan sampel. (Sugiharto, 1987)
HubunganantaraCODd DdenganWaktutinggal aerasi (menit) 8000 7000 6000 5000
air got pacar keling
O 4000 C 3000
air gotmadiun
2000 1000 0 0
5
10
15
Waktutinggal aerasi (menit)
Grafik V.2 Hubungan antara ppm COD dengan waktu tinggal aerasi (menit) Grafik V.2 di atas menunjukkan bahwa grafik cenderung turun. Nilai COD pada sampel lumpur pacar keling lebih tinggi daripada lumpur madiun. madiun. Pada sampel lumpur madiun, nilai COD pada waktu aerasi 9 menit adalah 6899,2 mg/l, pada waktu aerasi 12 menit adalah 5716,5 mg/l, dan pada waktu aerasi 14 menit adalah 5494,7 mg/l. Sedangkan pada sampel lumpur pacar keling, nilai COD pada waktu aerasi 9 menit adalah 7564,5 mg/l, pada waktu 12 menit adalah 6652,8 mg/l, dan pada waktu 14 menit adalah 6160 mg/l. Semakin lama waktu aerasi yang diberikan maka nilai COD yang diperoleh cenderung cenderung semakin kecil. Hal ini sesuai dengan literatur, dimana dengan lamanya waktu aerasi maka bahan-bahan organik dalam sampel akan semakin banyak yang diuraikan. Dengan berkurangnya bahan organik dalam sampel maka oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan akan semakin sedikit sehingga kadar CODnya juga semakin menurun. (Sugiharto, 1987) Hubunganantara raTSS denganWaktutinggal aerasi (menit it) 1120 1100 1080 S S T
1060
air got pacar keling eling
1040
airgotmadiun
1020 1000 980 0
5
10
15
Waktutinggal aerasi (menit)
Grafik V.3 Hubungan antara TSS dengan waktu tinggal aerasi (menit) Grafik V.3 menunjukkan bahwa harga total suspended solid cenderung cenderung tetap atau konstan dengan bertambahnya bertambahnya waktu aerasi. Nilai TSS pada sampel lumpur madiun lebih tinggi tinggi daripada nilai TSS dari lumpur pacar keling. Nilai TSS pada waktu aerasi 9, 12 dan 14 menit pada
sampel lumpur pacar keling adalah 1000 gr/l. Sedangkan Sedangkan pada sampel lumpur madiun, nilai TSS pada waktu aerasi 9, 12 dan 14 menit adalah 1100 gr/l. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa semakin semakin lama waktu aerasi, maka suspended suspended solid dalam sampel sampel semakin sedikit. Hal ini disebabkan karena adanya kesalahan dalam menimbang dan kurang larutnya lumpur dalam air. Sehingga menimbulkan ketidak akuratan dalam penimbangan. (Sugiharto, 1987) Hubungan antara Anorganiik k terla larut dengan Waktutin inggal aerasi (menit) 120 t 100 u r a l r 80 e t k 60 i n a g r o 40 n A 20
air got pacar keling air gotmadiun
0 0
5
10
15
Waktutinggal aerasi (menit)
Grafik V.4 Hubungan antara Anorganik terlarut dengan waktu tinggal aerasi (menit) Grafik V.4 menunjukkan bahwa nilai anorganik terlarut pada sampel lumpur madiun lebih tinggi daripada sampel lumpur pacar keling. Nilai anorganik pada sampel lumpur pacar keling pada waktu aerasi 9, 12 dan 14 menit adalah sebesar 50 gr/l. Sedangkan pada sampel lumpur madiun, madiun, nilai anorganik anorganik pada waktu aerasi 9, 12 dan 14 menit adalah 100 gr/l. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa mikroorganisme yang ada di dalam dalam sampel limbah akan menggunakan oksigen yang diperoleh melalui proses aerasi untuk mengoksidasi benda organik menjadi energi, bahan-bahan lainnya, serta gas, dimana reaksi kimianya adalah sebagai berikut : Bahan organik
→ CO2
+ NH4 + Energi + bahan buangan dan bakteri
bakteri
Jadi proses aerasi yang diberikan terhadap sampel dilakukan untuk memperbanyak jumlah bakteri secara cepat agar proses biologis untuk menguraikan zat organik berjalan lebih cepat. (Sugiharto, 1987) Hal ini disebabkan karena adanya kesalahan dalam menimbang dan kurang larutnya lumpur dalam air. Sehingga menimbulkan ketidak akuratan dalam penimbangan. Hubungan antara Organik ik terlaru rut denganWaktu tinggal aerasi (menit) 1010 1000 t u r a l r e t k i n a g r O
990 air got pacar keling
980
air gotmadiun
970 960 950 940 0
5
10
15
Waktutinggal aerasi (menit)
Grafik V.5 Hubungan antara Organik terlarut dengan waktu tinggal aerasi (menit) Grafik V.5 menunjukkan bahwa pada kedua sampel cenderung mengalami nilai tetap atau konstan. Pada grafik, nilai organik terlarut dari sampel lumpur madiun lebih tinggi daripada lumpur lumpur pacar keling. Nilai organik terlarut pada sampel lumpur pacar keling pada waktu aerasi 9, 12, dan 14 menit adalah 950 gr/l. Sedangkan nilai organik terlarut pada sampel lumpur madiun pada waktu aerasi 9, 12 dan 14 menit adalah 1000 gr/l. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa bakteri-bakteri aerob dapat menguraikan bahan-bahan organik yang terkand terkandung ung dalam dalam sampel sampel sehingg sehingga a dengan dengan semakin semakin cepatnya cepatnya bakteri aerob aerob itu tumbuh tumbuh dan berkemb berkembang ang,, maka maka semakin semakin banyak banyak pula kandungan organik dalam sampel yang dapat diuraikan. Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa SS dalam sampel Despro lebih sedikit daripada sampel Graha. (Sugiharto, 1987) Hal ini disebabkan karena adanya kesalahan dalam menimbang dan kurang larutnya lumpur dalam air. Sehingga menimbulkan ketidak akuratan dalam penimbangan. BAB VI KESIMPULAN Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. 2.
Penamb Penambaha ahan n nutrien NPK dan glukosa glukosa bertujuan bertujuan untuk menamb menambah ah makanan makanan bagi mikroorga mikroorganism nisme e agar tetap bertahan bertahan hidup hidup dan mampu mendegradasi limbah. Penambahan Penambahan gas nitrogen nitrogen bertujuan untuk menghilangkan menghilangkan gas oksigen oksigen pada pada larutan larutan sampel.
3.
Tujuan dari penambahan asam sulfat ini adalah untuk menjaga pH dari larutan agar tetap dalam keadaan konstan. Sedangkan tujuan dari pemanasan adalah untuk mempecepat proses oksidasi zat organik oleh KMnO 4, karena volume titrasi KMnO 4 semakin kecil.
4. 5.
Fungsi aerator adalah untuk menghilangkan gas oksigen pada larutan sampel.
6. 7. 8. 9. 10.
Semakin lama waktu pengaliran gas nitrogen maka nilai ppm KMnO 4, mg KMnO 4, dan kadar COD dalam sampel semakin menurun. Semakin Semakin lama lama waktu waktu aerasi aerasi maka maka kandun kandungan gan TSS TSS dalam larut larutan an cenderu cenderung ng naik. naik. Semakin lama waktu aerasi maka kandungan kandungan organik organik terlarut terlarut dalam dalam larutan larutan cenderung cenderung naik. naik. Semakin lama waktu aerasi maka kandungan kandungan anorganik anorganik terlarut dalam larutan cenderung cenderung turun. turun. Limbah Limbah air air got madiu madiun n lebih lebih baik darip daripada ada limba limbah h air got got pacar pacar keling. keling. Berdasarkan Berdasarkan jumlah COD-nya, COD-nya, maka maka limbah-limbah limbah-limbah ini termasuk termasuk golongan limbah yang kurang kurang baik. baik.
11. Tujuan dari pemanasan sampai 70
0
C adalah untuk mempercepat reaksi antara KMnO 4 dengan sampel. COD BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori Indikator pencemaran air atau tanda bahwa air telah tercemar adalah adanya perubahan atau tanda yang dapat diamati melalui : 1. Adanya perubahan perubahan suhu air. Makin tinggi kenaikkan kenaikkan suhu suhu air, makin sedikit sedikit oksigen oksigen yang terlarut di di dalamnya. dalamnya. 2. Adanya Adanya perubah perubahan an pH atau konsentra konsentrasi si ion hydrogen. hydrogen. Air limbah dan abhan abhan buangan buangan dari kegiata kegiatan n industri industri akan menguba mengubah h pH normal air yang pada akhirnya dapat mengganggu kehidupan organisme di dalam air. 3. Adanya Adanya perubah perubahan an warna, warna, baud an rasa air. Air dalam dalam keadaan keadaan normal normal dan bersih tidak tidak berwarna, berwarna, tidak tidak berbau dan tidak tidak berasa. berasa. Bahan buangan dan air limbah industri dapat larut dalam air, maka akan terjadi perubahan warna air. Mikroba di dalam air akan mengubah bahan buangan organic terutama gugus protein, secara degradasi menjadi bahan yang mudah menguap dan berbau. Air yang mempunyai rasa kecuali air laut, telah mengalami pelarutan sejenis garam-garaman. 4. Timbulnya Timbulnya endapan, endapan, koloidal, dan dan bahan bahan terlarut. Endapan Endapan,, koloidal dan dan bahan terlarut berasal berasal dari adanya adanya bahan bahan buangan buangan industri yang berbentuk padat. Kalau bahan buangan industri berupa bahan anorganik anorganik yang dapat larut, maka air akan mendapat mendapat tambahan ion-ion logam yang berasal dari bahn anorganik tersebut. Banyak yang memberikan ion-ion logam berat yang pada umumnya beracun, seperti Cd, Cr, dan Pb.
5.
Adanya mikroorganisme. mikroorganisme. Kalau Kalau bahan buangan buangan yang harus didegradasi didegradasi cukup banyak berarti mikroorganisme mikroorganisme akan ikut berkembang berkembang biak. Pada perkembang biakan tersebut tidak tertutup kemungkinan kemungkinan bahwa mikroba pathogen pathogen ikut berkembang berkembang biak pula. Mikroba pathogen adalah penyebab timbulnya berbagai macam penyakit.
6.
Meningkatnya Meningkatnya radioaktivitas air lingkungan. Walaupun secara alami, radioaktivitas air l ingkungan ingkungan sudah ada sejak dulu, namun tidak boleh menambah menambah radioaktivitas radioaktivitas lingkungan dengan membuang membuang secara sembarangan sembarangan sisa bahan radioaktiv ke lingkungan. lingkungan. Salah satu sumber yang dapat menaikkan radioaktivitas lingkungan adalah pembakaran batu bara. (Literatur : Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 73) Pengertian COD Kehidupan Kehidupan mikroorganisme mikroorganisme seperti ikan dan hewan air lainnya tidak terlepas dari kandungan oksigen yang terlarut dalam air, tidak berbeda dengan manusia dan makhluk hidup alinnya yang ada di darat, juga memerlukan oksigen dari udara agar tetap dapat bertahan hidup. Air yang tidak mengandung oksigen tidak akan memberikan kehidupan bagi mikroorganisme, ikan dan hewan lainnya. Oksigen yang terlarut dalam air sangat penting artinya bagi kehidupan. Untuk memenuhi kehidupan, manusia tidak hanya bergantung pada makanan yang berasal dari darat saja, akan tetapi juga bergantung pada makanan yang berasal dari air. Tanaman yang berada di dalam air, dengan bantuan sinar matahari melakukan fotosintesis yang menghasilkan menghasilkan oksigen. Oksigen yang dihasilkan dari fotosintesis ini akan larut di dalam air. Selain dari itu oksigen yang ada di udara dapat juga masuk kedalam air melalui proses difusi, yang secara lambat menembus permukaan air. Konsentrasi Konsentrasi oksigen yang terlarut di dalam air tergantung pada tingkat kejenuhan air itu sendiri. Kejenuhan dapat disebabkan oleh koloidal yang melayang di dalam air maupun oleh jumlah larutan larutan limbah yang yang terlarut terlarut dalam air. Tekanan Tekanan udara udara dapat dapat pula pula mempen mempengaru garuhi hi kelaruta kelarutan n oksigen oksigen di dalam dalam air karena karena tekanan tekanan udara mempengaruhi kecepatan difusi oksigen dari udara di dalam air. Kemajuan industri dan teknologi seringkali berdampak pula terhadap keadaan air lingkungan, baik air sungai, air laut, air danau, maupun air tanah. Dampak ini disebabkan oleh adanya pencemaran air yang disebabkan oleh berbagai hal, seperti yang telah diuraikan didepan. Salah satu cara untuk menilai seberapa air lingkungan telah tercemar adalah dengan melihat kandungan oksigen yang terlarut di dalam air. Pada umumnya air lingkungan yang telah tercemar kandungan oksigennya sangat rendah. Hal itu karena oksigen yang terlarut di dalam air diserap oleh mikroorganisme untuk memecah atau mendegradasi bahan buangan organic sehingga menjadi bahan yang mudah menguap (yang ditandai dengan bau busuk). Selain dari itu, bahan buangna organic juga dapat bereaksi dengan oksigen yang terlarut di dalam air, mengikuti reaksi oksidasi biasa. Makin banyak bahan buangan organic yang ada di dalam air, amkin sedikit sisa kandungan oksigen yang terlarut didalamnya. didalamnya. Bahan buangan buangan organic biasanya berasal dari industri kertas, industri penyamakan kulit, industri pengolahan pengolahan bahan makanan ( seperti industri pemotongan daging, industri pengalengan ikan, industri pembekuan udang, industri roti, industri susu, industri keju dan mentega), mentega), bahan bahan buangan buangan limbah limbah rumah rumah tangga, tangga, bahan bahan buanga buangan n limbah limbah pertan pertanian, ian, kotoran kotoran hewan dan kotoran manusia manusia dan lain sebagainya. Dengan melihat kandungan kandungan oksigen yang terlarut di dalam air, dapat ditentukan seberapa jauh pencemaran air lingkungan telah terjadi. Cara yang ditempuh untuk maksud tersebut adalah dengan uji :
1.
COD, kepanjangan dari Chemical Oxygen Demand , atau kebutuhan oksigen kimia, untuk reaksi oksidasi terhadap bahan buangan di dalam air.
2.
BOD, kepanjangan dari Biological Oxygen Demand , atau kebutuhan kebutuhan oksigen biologis untuk memecah memecah bahan buangan di dalam air oleh mikroorganisme. Melalui kedua cara tersebut dapat ditentukan tingkat pencemaran air lingkungan. (Literatur : Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 91-92) COD (Chemical Oxygen Demand) COD (Chemical Oxygen Demand) atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan buangan di dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimia. Dalam hal ini bahan buangan organic akan dioksidasi oleh Kalium Bikromat menjadi gas CO 2
dan H2O serta jumlah ion kromat. Kalium Bikromat atau K 2Cr 2O7 digunakan sebagai sumber oksigen (oxidizing agent). Oksidasi terhadap bahan buangan organic akan mengikuti reaksi berikut ini : CaHbOc + Cr 2O72- + H+
Katalisator CO 2
+ H2O + Cr 3+
Reaksi tersebut perlu pemanasan dan juga penambahan penambahan katalisator perak sulfat (Ag2SO4) untuk mempercepat mempercepat reaksi. Apabila dalam bahan buangan organic diperkirakan ada unsure klorida yang dapat mengganggu reaksi, maka perlu ditambahkan merkuri sulfat untuk menghilangkan menghilangkan gangguan tersebut. Klorida akan mengganggu, mengganggu, karena akan ikut teroksidasi oleh kalium bikromat sesuai dengan reaksi berikut ini : 6 Cl- + Cr 2O72- + 14 H+
3 Cl2 + 2 Cr 3+ + 7 H2O
Apabila dalam larutan air lingkungan lingkungan terdapat terdapat klorida, maka maka oksigen yang yang diperlukan pada reaksi tersebut tersebut tidak menggamb menggambarkan arkan pada keadaan sebenarnya. sebenarnya. Seberapa jauh tingkat pencemaran pencemaran oleh bahan buangan tidak dapat diketahui diketahui secara benar. Penambahan merkuri sulfat adalah untuk mengikat ion klor menjadi ion klorida mengikuti reaksi berikut ini : Hg2+ + 2 ClHgCl2 Warna larutan air lingkungan lingkungan yang mengandung mengandung bahan buangan organic sebelum reaksi oksidasi adalah kuning. Setelah reaksi oksidasi selesai, maka akan berubah menjadi hijau. Jumlah oksigen yang diperlukan untuk reaksi oksidasi terhadap bahan buangan organic sama dengan jumlah jumlah kalium bikromat yang dipakai pada reaksi tersebut diatas. Makin banyak banyak kalium bikromat pada reaksi oksidasi, maka makin banyak oksigen yang diperlukan. Ini berarti bahwa air lingkungan banyak tercemar oleh limbah bahan buangan organic. Dengan demikian seberapa jauh tingkat pencemaran air lingkungan dapat ditentukan. (Literatur : Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 92-93) Dampak Pencemaran Air Air yang telah tercemar dapat dapat mengakibatkan mengakibatkan kerugian yang besar pada pada manusia. Kerugian yang yang disebabkan oleh pencemaran pencemaran air dapat berupa : 1. Air menja menjadi di tid tidak ak berm berman anfaa faatt lagi lagi Bentuk kerugian langsung ini, antara lain bias berupa : a. Air tidak tidak dapa dapatt lagi digunak digunakan an untuk untuk keper keperluan luan ruma rumah h tangga tangga.. b. Air tidak dapat dapat digunakan digunakan unutk unutk keperluan keperluan industri. industri. Air lingkungan lingkungan yang yang berminyak berminyak tidak lagi digunakan digunakan sebagai sebagai solven atau air proses dalam industri kimia. Air yang banyak ion logam yang bersifat sadah tidak dapat dipakai sebagai air ketel uap dan pusat listrik tenaga uap. c. Air tidak dapat dapat digunak digunakan an lagi untuk untuk keperluan keperluan pertan pertanian. ian. Air yang bersifa bersifatt terlalu asam asam atau terlalu terlalu basa basa akan mematik mematikan an tanaman dan hewan air. Selain itu banyak senyawa anorganik yang bersifat racun yang menyebabkan kematian. 2. Air Air menj menjad adii peny penyeb ebab ab pen penya yaki kitt Penyakit yang ditimbulkan oleh pencemaran air ini dapat berupa : a. Penyaki yakitt men menul ular ar • Hepatitis A Polliomyelitis • Cholera • Thypus Abdominalis • Dysentri Amoeba • • Trachoma Scabies • b. Peny Penyak akit it tid tidak ak men menu ular lar • Keracunan cadmium • Keracunan kobalt (Literatur : Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 167) Hambatan penentuan nilai COD Kadar klorida (Cl-) sampai 2000 mg/lt dalam sampel dapat mengganggu bekerjanya katalisator Ag2SO4, dan pada keadaan tertentu turut teroksidasi oleh dikromat, sesuai dengan reaksi dibawah ini:
6 Cl- + Cr2O72 + 14 H+
3 Cl2 + 2 Cr 3+ + 7 H2O
Gangguan ini dihilangkan dengan penambahan merkuri sulfat (HgSO4) pada sampel, sebelum penambahan reagen lainnya. Ion merkurik bergabung dengan ion klorida membentuk merkuri klorida, sesuai dengan reaksi dibawah ini: Hg2+ + 2Cl-
Hg Cl2
Dengan adanya ion Hg2+ ini, konsentrasi ion Cl- menjadi sangat kecil dan tidak mengganggu oksidasi zat organis dalam tes COD. Nitrit (NO2-) juga teroksidasi menjadi nitrat (NO3 -). 1 mg NO2 – N ~ 1,1 mg COD. Kalau konsentrasi NO2 – N > 2 mg/liter, maka harus ada penambahan 10 mg asam sulfat per mg NO2 – N baik dalam sampel maupun dalam blanko. Kelebihan Penentuan nilai COD 1. Analisa COD hanya memakan waktu kurang lebih 3 jam, sedangkan analisa BOD memerlukan 5 hari. 2. Untuk menganalisa COD antara 50-800 mg/l, tidak dibutuhkan pengenceran sample sedang pada umumnya analisa BOD selalu membutuhkan pengenceran. 3. Ketelitian dan ketepatan tes COD adalah 2 sampel 3 kali lebih tinggi dari tes BOD. Gangguan dari zat bersifat racun terhadap mikroorganisme pada tes BOD, tidak menjadi soal pada tes COD.
Kekurangan Penentuan Nilai COD Penentuan nilai COD hanya merupakan suatu analisa yang menggunakan suatu reaksi oksidasi kimia yang menirukan oksidasi biologis (yang sebenarnya terjadi sdi alam), sehingga merupakan suatu pendekatan saja. Karena hal tersebut diatas maka tes COD tidak dapat membedakan antara zat-zat yang sebenarnya tidak teroksidasi (inert) dan zat-zat yang teroksidasi secara biologis. Theorytical Oxygen Demand (ThOD) atau kebutuhan oksigen teoritis adalah kebutuhan oksigen untuk mengoksidasikan zat organis dalam air yang dihitung secara teoritis. Jumlah oksigen tersebut dihitung bila komposisi zat organik terlarut telah diketahui dan dianggap semua C, H, dan N habis teroksidasi menjadi CO 2, H2O dan NO3(Alaerts Sri Sumantri, “METODE PENELITIAN AIR”, Surabaya, Indonesia, 1987). Uji COD juga digunakan secara luas sebagai suatu ukuran kekuatan pencemaran dari air limbah domestik maupun sampah industri. Oksigen yang dipakai = nilai permanganat Hal ini dapat dianggap sebagai bentuk khusus uji COD dengan mana ia sebagian besar telah digantikan. Uji coba selama tiga menit menentukan kebutuhan langsung oksigen dari contoh disebebkan oleh zat anorganik yang dapat dioksidasi maupun zat organik yang telah dioksidasi oleh potassium permanganat. Uji coba ini dengan cepat menunjukkan kebutuhan langsung oksigen yang disebabkan oleh zatzat anorganik yang dapat dioksidasi seperti nitrit, sulfida, sulfit dan sebagainya, maupun oleh zat-zat organik yang dapat dioksidasi dengan mudah. Daya guna daripada uji coba selama tiga menit ini akan menunjukkan adanya zat-zat yang mudah dioksidasi. Sampah-sampah yang berisi garam-garam dan mengandung zat besi, nitrit sulfida, sulfit, thiosulfat, phenol, formaldehyde memberikan nilai-nilai permanganat selama tiga menit yang inten. (Mahida, U.N, “Water Pollution and isposal of Waste Water on Land”, New Delhi, 1983). Pengelolaan Limbah Pengelola Pengelolaan an limbah limbah merupaka merupakan n cara penang penanggula gulangan ngan pencem pencemaran aran secara secara teknis. teknis. Semua Semua kegiatan kegiatan industri industri selalu selalu akan akan menghasilkan menghasilkan limbah yang menimbulkan menimbulkan masalah bagi lingkungan. lingkungan. Pengolahan limbah dari bahan buangan industri dimaksudkan untuk mengurangi pencemaran lingkungan. Cara pengolahan limbah seringa disebut Waste Treatment (Waste Management). Cara mengelola limbah industri tergantung pada sifat dan kandungan limbah serta tergantung pula pada rencana pembuangan olahan limbah permanent. Secara umum dikenal tingkatan proses pengelolaan limbah sebagai berikut : 1. Pengo Pengolah lahan an awal awal (Prim (Primary ary Waste Waste Trea Treatm tmen ent) t) Semua bahan buangan industri ditampung pada suatu tempat. Pada proses penampungan ini sekaligus dipisahkan antara bahan buangan organic dan bahan buangan anorganik. Pada tahap ini juga dilakukan pemisahan bahan buangan yang masih bias didaur ulang dan bahan buangan yang sudah tidak bisa didaur ulang lagi. 2. Pengola Pengolahan han lanjutan lanjutan (Second (Secondary ary Waste Waste Treat Treatmen ment) t) Limbah buangan dari proses pertama yang belum bersih dan belum bisa dibuang kelingkungan dimasukkan keproses pengolahan lanjutan dimana dilakukan penambahan mikroorganisme untuk mendegradasi bahan buangan (terutama bahan buangan organic). Apabila pada proses kedua ini diperlukan pemisahan pemisahan antara cairan dan padatan yang larut atau melayang melayang (sebagai koloidal) di dalamnya, maka perlu juga dilakukan proses pengendapan. 3. Pengo Pengolah lahan an Akhir Akhir (Anvan (Anvanced ced Waste Waste Trea Treatm tmen ent) t) Pada proses ketiga ini diharapkan bahwa setelah melalui tahapan akhir, limbah sudah bersih, sehingga dapat dibuang kelingkungan. Akan tetapi, tetapi, pada proses proses ini seringkali seringkali masih dijumpai dijumpai adanya adanya bahan-bahan bahan-bahan kimia kimia yang terlarut terlarut dan kalau kalau dibuang dibuang kelingkungan kelingkungan dapat dapat membahayakan membahayakan.. Walaupun dalam jumlah kecil tetapi kalu membahayakan membahayakan lingkungan, maka bahan-bahan terlarut tersebut harus dikurangi. Pengurangan Pengurangan bahan-bahan bahan-bahan terlarut seperti tersebut diatas, dapat dilakukan dengan menambahkan menambahkan karbon aktif untuk mengadsorbsi mengadsorbsi bahan-bahan bahan-bahan berbahaya sehingga aman bila dibuang dibuang ke liangkungan. Cara lain dapat dilakukan dengan memakai resin penukar ion yang dimasukkan kedalam air limbah yang belum bersih untuk menangkap bahan-bahan terlarut. (Literatur : Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 168-169) BAB V GRAFIK DAN PEMBAHASAN Pada percobaan yang telah dilakukan yaitu untuk menentukan nilai COD. Mula-mula yang dilakukan adalah mengambil 100 ml air Tanggulangin kemudian menambahkan 5 ml H 2SO4 8 N dan dipanaskan. dipanaskan. Penambahan ini berfungsi untuk menjag menjaga a pH dari sample agar tetap seimbang, seimban g, hal ini dikarenakan pada saat dipanask dipanaskan an KMnO 4 sebagai oksidator yang mengoksidasi mengoksidasi zat organic didalam sample, adanya penambahan penam bahan KMnO4 ini selai selain n terj terjadi adi reak reaksi si oksi oksidasi dasi dengan zat org organi anic, c, juga terjadi reak reaksi si spon spontan tan (oksi (oksidasi dasi-red -reduksi) uksi) yang man mana a membutuhkan ion H +. Apabila ion H + tidak disuplai dari luar (yaitu dengan penambahan H 2SO4) maka keadaan akan berubah menjadi basa padahal pada percobaan ini kondisi untuk reaksi oksidasi adalah dalam keadaan asam. Reaksi ionisasi yang terjadi adalah sebagai berikut : 1 1 /3 MnO4- + ¾ H+ + e /3 MnO2 + 2/3 H2O (Literatur : Droste, Ronald, “Theory and Practice of Water and Waste Water Treatment”, John Wiley and Sons Inc. USA, 1997) Selain penambahan KMnO 4 10 ml kedalam larutan contoh juga ditambahkan asam oksalat 0,01 N sebanyak 10 ml. Penambahan asam oksalat ini berfungsi untuk mereduksi sisa KMnO 4, yang berfungsi sebagai oksidator yang meremoval zat organic dalam larutan air Sungai Tanggulangin dan air Sungai Sidosermo. Dalam percobaan oksidasi KMnO 4 dilakukan dalam keadaan asam (penambahan H 2SO4). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2 KMnO4 + 3 H2SO4 MnO4 + K2SO4 + 3 H2O + 5On Sedangkan untuk reaksi oksidasinya terhadap zat organic sendiri (misalnya : glukosa) dapat ditunjukkan dengan reaksi sebagai berikut: nC6H12O6 + 12On 6n CO2 + 6n H2O Selanjutnya larutan dalam keadaan panas dititrasi dengan larutan KMnO 4, dimana penambahan ini berfungsi untuk mengoksidasi kelebihan asam oksalat yang ditambahkan untuk mereduksi KMnO 4 yang digunakan untuk mengoksidasi zat organic dalam sample. (Literatur : …………., “Buku Petunjuk Praktikum Pengolahan Limbah Industri Kimia”, Program Studi DIII Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya, 2004) Pada perlakuan sampel, di dalam Erlenmeyer (2000 ml) ditambahkan lumpur aktif ± 10 gr/L. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan mikroorganisme pengurai zat organik yang terdapat di dalam sampel. (Literatur : Agustiani, E., Ir., M.Eng, “Diktat Kuliah PLIK”, 2002, Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya) Dengan konsentrasi tertentu, glukosa (4000 ppm) dan nutrient 4 gram, kemudian ditambahkan air PDAM sehingga total volume larutan menjadi 2000ml. Penambahan nutrien N (ammon (ammonium ium klorida), P (natrium phosphate) phosphate) dan glukosa dimaksudkan untuk menam menambah bah makanan bagi mikroorganisme agar tetap bertahan hidup dan mampu mendegradasi limbah dengan baik. Kebutuhan oksigen diperoleh dari aerator yang berfungsi juga untuk menjaga semua lumpur berada dalam keadaan tersuspensi dan mikroorganisme di dalam lumpur tetap aktif untuk mendegradasi limbah. (Literatur : Agustiani, E., Ir., M.Eng, “Diktat Kuliah PLIK”, 2002, Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya)
Sedangkan penambahan batu didih berfungsi untuk meredam atau menahan gejolak larutan / cairan saat larutan/cairan tersebut mencapai mencapai titik didih akibat adanya udara dari proses pemanasan. pemanasan. Dengan adanya batu didih maka larutan yang panas tidak akan muncrat. (www.yahoo.com ) 14000 12000
n 10000 M K 8000 t l / 6000 g m 4000
Sungai Tanggul ulan ang gin Sungai Sidoserm rmo
2000 0 0
5
10
15
20
waktu aerasi (menit) (menit)
Grafik V.1.1 Hubungan antara waktu aerasi (menit) dengan ppm ppm KMnO 4 (mg/lt) Pada grafik V.1.1 hubungan antara waktu aerasi dengan ppm KMnO 4 pada 2 sampel (Air sungai Tanggulangin dan Air sungai Sidosermo), Sidosermo), menunjukkan kecenderungan kecenderungan kurva yang semakin naik, pada kurva sample Air sungai Tanggulangin Tanggulangin menunjukkan semakin lama waktu yang digunakan untuk aerasi maka ppm KMnO 4 semakin besar. Hal ini tidak sesuai dengan literature yang menunjukkan bahwa semakin lama waktu aerasi maka KMnO 4 yang dibutuhkan untuk mengoksidasi asam oksalat semakin sedikit, yang berarti asam oksalat berlebih yang ada dalam larutan juga akan semakin menurun. Menurunnya jumlah asam oksalat yang dioksidasi oleh KMnO 4 menunjukkan menunjukkan indikasi bahwa KMnO4 (dalam (dalam hal ini berfung berfungsi si sebagai sebagai oksidato oksidatorr yang mengoksidas mengoksidasii zat-zat zat-zat organic organic didalam didalam sample) sample) banyak banyak yang yang digunaka digunakan n untuk untuk mengoksidasi zat-zat organic sehingga semakin lama waktu aerasi, maka semakin banyak zat organic yang diremoval. Grafik V.1.1 menunjukkan bahwa adanya korelasi berbanding terbalik antara waktu aerasi dengan kebutuhan KMnO 4 (ppm). Hal ini sesuai dengan literature yang menunjukkan semakin lama waktu aerasi maka kebutuhan pengoksidasi KMnO 4 untuk mendegradasi zat organic adalah semakin sedikit. Ini dikarenakan kebutuhan akan oksigen telah banyak dipenuhi dengan adanya aerasi atau penambahan oksigen dengan menggunakan aerator mekanis. (Literatur : Alaerts. G dan Santika, Sri Sumestri, “Metode Penelitian Air”, Penerbit Usaha Nasional, Surabaya, 1998)
18 16 14 4 12 O n 10 M K 8 g m 6
Sungai Tanggulangin Sungai Sidosermo
4 2 0 0
5
10
15
20
waktu aerasi (menit) Grafik V.1.2 Hubungan antara waktu aerasi (menit) dengan massa KMnO 4 (mg) Pada Pada Grafik Grafik V.1.2. V.1.2. hubunga hubungan n antara antara waktu waktu aerasi aerasi (menit) (menit) dengan dengan massa KMnO KMnO 4 (mg) (mg) menunju menunjukkan kkan bahwa bahwa pada pada air sungai sungai Tanggulangin Tanggulangin KMnO4 (mg) yang dibutuhkan lebih tinggi dari pada air sungai Sidosemo, ini menunjukkan bahwa kandungan zat organic air sungai Sidosermo lebih tinggi dari pada air sungai Tanggulangin. Zat organic pada limbah sebanding dengan kebutuhan pengoksidan, semakin banyak membutuhkan pengoksidan semakin banyak pula kandungan zat organic dalam limbah itu. Grafik ini mempunyai mempunyai kecenderungan kecenderungan yang sama dengan grafik V.1.1. Semakin lama waktu aerasi (menit) maka massa KMnO 4 (mg) semakin kecil. Hal ini sesuai dengan lteratur yang menunjukkan bahwa semakin lam waktu aerasi maka massa KMnO 4 semakin kecil, karena massa KMnO 4 sebanding dengan ppm KMnO 4 terhadap kebutuhan volume rata-rata untuk menitrasi sample, sesuai dengan rumus: mg KMnO4 = ppm x Vrata-rata titrasi KmnO 4 Kebutuhan oksigen telah banyak dipenuhi oleh penambahan oksigen dengan menggunakan aerator mekanis.
600 600 500 500 400 400
Sungai Tanggulangin
O 300 300 C
Sungai Sidoserm Sidoser mo
200 200 100 100 0 0
5
10
15
20
waktu aerasi (menit)
Grafik V.1.3 Hubungan antara waktu aerasi (menit) dengan COD Pada Grafik V.1.3. hubungan antara waktu aerasi (menit) dengan COD (ppm) menunjukkan bahwa pada Air sungai Sidosermo, COD lebih tinggi dari pada air sungai Tanggulangin, ini menunjukkan bahwa kandungan zat organic limbah air sungai Sidosermo lebih tinggi dari pada air sungai Tanggulangin. Grafik ini juga mempunyai kecenderungan yang sama seperti grafik V.1.1 dan V.1.2. Semakin lama waktu aerasi (menit) maka nilai COD adalah semakin turun. Hal ini sesuai dengan lteratur yang menunjukkan bahwa semakin lama waktu aerasi maka nilai COD semakin kecil Karena dengan kondisi COD limbah pada saat mula-mula mula-mula dan s etelah diaerasi dengan variable waktu yang semakin lama maka kebutuhan oksigenpun oksigenpun telah semakin banyak dipenuhi oleh aerasi, sehingga kebutuhan penghasil oksigen KMnO 4 adalah menjadi lebih sedikit. Nilai COD sebanding dengan kebutuhan titrasi limbah dengan KMnO 4. sesuai dengan rumus : COD
=
mgKMnO4 BMKMnO4
xBEKMnO4 xBMO2
Percobaan ini tidak sesuai dengan literature yang menyebutkan, “Penambahan oksigen adalah salah satu usaha dari pengambilan zat pencemar tersebut, sehingga konsentrasi zat pencemar akan berkurang atau bahkan dapat dihilangkan sama sekali”. (literatur : Sugiharto, “Dasar-dasar pengolahan air limbah”, hal 114, UI, jakarta 1987). Pada Pada grafik grafik V.1.1, V.1.1, V.1.2 V.1.2 dan V.1.3 menunju menunjukkan kkan tingkat pencemaran pencemaran Air sungai sungai Sidoserm Sidosermo o lebih lebih besar besar dari dari pada pada air sungai sungai Tanggulangin. Ini juga dapat dilihat dari nilai COD yang lebih besar, bau menyengat, dan warna dari air sungai Sidosermo lebih coklat. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organis yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut. Artinya Lebih banyak membutuhkan oksigen maka nilai COD tinggi. COD tinggi maka limbah semakin tercemar. (Literatur : G. Alearts dan Sri Sumestri Santika, “Metode penelitian air” Usaha Nasional surabaya, hal 149). BAB VI KESIMPULAN
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Dari percobaan COD yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: Semakin Semakin lama lama waktu waktu aerasi, aerasi, maka maka angka angka ppm KMnO4 KMnO4 (mg/lt) (mg/lt) akan semakin semakin kecil. kecil. Semakin Semakin lama lama waktu waktu aerasi, aerasi, maka maka massa massa KMnO KMnO4 4 akan akan sema semakin kin kecil. kecil. Semakin Semakin lama lama waktu waktu aerasi, aerasi, maka maka angka angka COD COD akan akan semakin semakin menurun menurun.. COD pada pada samp sample le air sunga sungaii Sidoserm Sidosermo o lebih lebih tinggi tinggi dari dari pada samp sample le air sunga sungaii Tanggu Tanggulang langin. in. Angka Angka COD sample sample air sungai sungai Sidoserm Sidosermo o dengan dengan waktu waktu aerasi aerasi 7, 12, 15, dan 16 menit menit,, berturut-t berturut-turut urut adalah adalah 520,3; 520,3; 302,2; 302,2; 132,7 132,7 dan 65,91 ppm. Angka COD COD sample sample air sungai sungai Tanggulan Tanggulangin gin dengan dengan waktu waktu aerasi aerasi 7, 12, 12, 15, dan dan 16 menit, berturut-turu berturut-turutt adalah 272,3; 178,4; 119,4; 93,63 93,63 ppm Kedu Ke dua a sample sample yang yang digun digunaka akan n yaitu yaitu air Sidose Sidoserm rmo o dan air air Sungai Sungai Tang Tanggul gulan angin gin berda berdasar sarkan kan stan standar dard d kualit kualitas as air term termasu asuk k dalam dalam kategori kurang. AEROB BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik(rumah tangga), yang lebih dikenal sebagai sampah, yang kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungan karena tidak memiliki nilai ekonomis. Bila ditinjau secara kimiawi, limbah ini terdiri dari bahan kimia Senyawa organik dan Senyawa anorganik. Dengan konsentrasi dan kuantitas tertent tertentu, u, kehadir kehadiran an limbah limbah dapat dapat berdamp berdampak ak negatif negatif terhadap terhadap lingkunga lingkungan n terutam terutama a bagi bagi kesehat kesehatan an manusia, manusia, sehingg sehingga a perlu dilakukan dilakukan penanganan terhadap limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung pada jenis dan karakteristik limbah. Karakteristik Karakteristik limbah: 1. Beru erukura kuran n mikro kro 2. Dinamis 3. Berda Berdamp mpak ak luas luas (pe (penye nyeba baran rannya nya)) 4. Berda Berdamp mpak ak jangka jangka pan panjan jang g (antar (antar gene genera rasi) si) Faktor yang mempengaruhi kualitas limbah adalah: 1. Vol um ume l im imbah 2. Kand Kandun unga gan n bah bahan an pen pence cema mar r 3. Frek Frekue uens nsii pemb pembua uang ngan an limb limbah ah Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri dapat digolongkan menjadi 4 bagian: 1. Limbah cair 2. Limbah padat 3. Limb Limbah ah gas gas dan dan part partik ikel el 4. Limba Limbah h B3 (Bah (Bahan an Berba Berbaha haya ya dan dan Berac Beracun un))
Untuk mengatasi mengatasi l imbah ini diperlukan pengolahan dan penanganan limbah. Pada dasarnya pengolahan limbah ini dapat dibedakan menjadi: 1. peng pengola olaha han n menu menurut rut ting tingkat katan an perl perlak akuan uan 2. peng pengola olaha han n menu menurut rut kara karakt kteri eristi stik k limba limbah h Indikasi Pencemaran Air Indikasi pencemaran air dapat kita ketahui baik secara visual maupun pengujian. 1. Perubahan pH (tingkat keasaman / konsentrasi ion hidrogen) Air normal yang memenuhi syarat untuk suatu kehidupan memiliki pH netral dengan kisaran nilai 6.5 – 7.5. Air limbah industri yang belum terolah dan memiliki pH diluar nilai pH netral, akan mengubah pH air sungai dan dapat mengganggukehidupan organisme didalamnya. Hal ini akan semakin parahjika daya dukung lingkungan rendah serta debit air sungai rendah. Limbah dengan pH asam / rendah bersifat korosif terhadap logam. 2. Perubahan warna, bau dan rasa Air normak dan air bersih tidak akan berwarna, sehingga tampak bening / jernih. Bila kondisi air warnanya berubah maka hal tersebut merupakan salah satu indikasi bahwa air telah tercemar. Timbulnya bau pada air lingkungan merupakan indikasi kuat bahwa air telah tercemar. Air yang bau dapat berasal darilimba industri atau dari hasil degradasioleh mikroba. Mikroba yang hidup dalam air akan mengubah organik menjadi bahan yang mudah menguap dan berbau sehingga mengubah rasa. 3. Timbulnya endapan, koloid dan bahan terlarut Endapan, koloid dan bahan terlarut berasal dari adanya limbah industri yang berbentuk padat. Limbah industri yang berbentuk padat, bila tidak larut sempurna akan mengendapdidsar sungai, dan yang larut sebagian akan menjadi koloid dan akan menghalangibahan-bah menghalangibahan-bahan an organik yang sulit diukur melalui uji BOD karena sulit didegradasi didegradasi melalui reaksi biokimia, namun dapat diukur menjadi uji COD. Adapun komponen pencemaran air pada umumnya terdiri dari : •
Bahan buangan padat
•
Bahan buangan organik
•
Bahan buangan anorganik http://id.wikipedia.org/wiki/Limbah
Limbah Cair Limbah adalah sesuatu yang tidak berguna, tidak memiliki nilai ekonomi dan akandibuang, apabila masih dapat digunakan maka tidak disebut limbah.Proses pembersihan mesin-mesin di berbagai percetakan kebanyakan menggunakan minyaktanah, bensin dan terpentin sebagai pelarut tinta. Mesin-mesin harus selalu dibersihkan karenapenggunaan tinta dengan berbagai macam warna. Apabila pelarut tinta tersebut tidak memiliki nilai ekonomis sama sakali, maka pelarut tersebut disebut limbah. Tetapi apabila pelaruttersebut dapat diolah kembali dengan cara distilasi, maka pelarut bukan merupakan limbah. Jenis limbah cair pada dasarnya ada 2 yaitu limbah industri dan limbah rumah tangga.Limbah cair yang termasuk limbah rumah tangga pada dasarnya hanya mengandung mengandung zat-zatorganik zat-zatorganik yang dengan pengolahan pengolahan yang sederhana sederhana atau secara biologi dapat menghilangkanpoluten menghilangkanpoluten yang terdapat di dalamnya. Poluten yang terdapat limbah cair ada berbagai jenis, dan jenis polutan tersebut menentukan bagaimana limbah cair tersebut harus diolah. Berdasarkan polutan yang terkandung di dalam limbah cair, maka limbah cair dapat dibedakan menjadi empat yaitu: 1. Mengandung bahan yang mudah menguap Bila limbah mengandung bahan yang mudah menguap, harus ada unit aerasi untukmengeluarkan bahan-bahan yang mudah menguap, atau ditempatkan pada lokasipenampungan dengan luas permukaan besar agar terjadi penguapan. 2. Mengandung bahan yang mudah membusuk Limbah cair yang mengandung bahan yang mudah membusuk ( degradable) degradable ) diolah secara bakterologi baik secara aerob maupun anaerob. anaerob. 3. Limbah yang mengandung logam berat atau bahan-bahan kimia yang lain. Limbah jenis ini relatif lebih sulit diolah sebab harus diketahui karakter dari masing-masing polutan. 4. Mengandung bakteri patogen Limbah yang mengandung bakteri patogen, harus ada unit untuk membunuh bakteri, misalnya mengunakan kaporit Pengolahan limbah cair Berdasarkan sifat limbah cair, proses pengolahan limbah cair dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: 1) Proses fisika Proses Proses ini dilakuka dilakukan n secara secara mekanik mekanik tanpa tanpa penamb penambahan ahan bahan-b bahan-baha ahan n kimia. kimia. Proses Proses ini meliputi meliputi:: penyari penyaringan ngan,, pengen pengendapa dapan, n, dan pengapungan. 2) Proses kimia Proses ini menggunakan bahan kimia untuk menghilangkan bahan pencemar. 3) Proses biologi. Menghilangkan polutan menggunakan kerja mikroorganisme. Pada kenyataannya kenyataannya proses pengolahan ini tidak berjalan sendiri-sendiri, tapi sering harus dilaksanakan dengan cara kombinasi. Proses pengolahan limbah cair berdasarkan tingkatan perlakuannya dapat digolongkan menjadi 5 golongan. Akan tetapi dalam suatu instalasi pengolahan limbah, tidak harus ke lima tingkatan ini ada atau dipergunakan. 1) Pengolahan pendahuluan Pengolahan pendahuluan (pre treatment), treatment), dilakukan apabila di dalam l imbah cair terdapat banyak padatan terapung atau melayang, misalnya berupa ranting, kertas, dan pasir. Dapat digunakan saringan kasar, bak penangkap lemak, bak pengendap pendahuluan (misalnya untuk menangkap pasir), dan septic tank. 2) Pengolahan tahap pertama Pengolahan tahap pertama (primary treatment), treatment), untuk memisahkan bahan-bahan padat tercampur tercampur (ukuran cukup kecil). Netralisasi termasuk juga dalam tahap pengolahan pengolahan tahap pertama. pertama. Dapat dilakukan cecara kimia ( netralisasi, koagulasi), dan fisika (sedimentasi, flotasi atau pengapungan). 3) Pengolahan tahap kedua Pengolahan tahap kedua (secondary (secondary treatment treatment ), ), pengolahan ini biasanya melibatkan proses biologi antara lain: lumpur aktif, bak aerob, aerob, dan bak anaerob. anaerob. 4) Pengolahan tahap ke tiga Pengolahan tahap ketiga (tertiary ( tertiary treatment) treatment) digunakan apabila ada beberapa zat yang membahayakan. Pengolahan tahap ke tiga merupakan bentuk pengolahan khusus sesuai dengan polutan yang akan dihilangkan, misalnya: pengurangan besi dan mangan. Contoh lain misalnya penggunaan karbon aktif, menghilangkan amoniak. 5) Pengolahan tahap keempat
Pembunuhan kuman (desinfection ) adalah pengolahan tahap keempat, dilakukan apabilalimbah cair mengandung bakteri patogen. Bahan yang sering digunakan adalah: a) Gas klor b) Garam natrium hipoklorida c) Kaporit Pengolahan limbah cair secara biologi pada dasarnya menggunakan kerja mikroorganisme untuk menguraikan limbah menjadi bahanbahan yang sederhana. Pengolahan limbah cecara biologi dapat dibedakan menjadi 2 yaitu: anaerob dan aerob. aerob. 1) Secara anaerob Pengolahan limbah cair secara anaerob berarti yang bekerja atau yang hidup adalah bakteri anaerob yang tidak memerlukan oksigen bebas. Bakteri ini dapat bekerja dengan baik pada suhu yang semakin tinggi sampai 40 derajat celcius, pada pH sekitar 7. Bakteri ini juga akan bekerja dengan baik pada keadaan yang gelap dan tertutup. 2) Secara aerob Pengolahan limbah secara aerob berarti yang dipergunakan dipergunakan adalah bakteri aerob yang memerlukan oksigen bebas. Bakteri ini akan bekerja bekerja dengan baik pada pH sekitar sekitar 7 dengan dengan suhu yang semakin semakin tinggi sampai sampai pada 40 derajat derajat celcius. celcius. Oleh karena karena itu dalam pengolahanlimbah secara aerob harus dimasukkan oksigen dari udara secara kontinyu Biological Oxygen Demand Pentingnya jumlah oksigen yang berada dalam air, menyebabkan perlunya disediakan ukuran kebutuhan oksigen yang diperlukan oleh bakteri untuk merombak limbah. Salah satu ukuran tersebut adalah Biological Oxygen Demand (BOD, kebutuhan oksigen untuk proses biologi). BOD adalah “jumlah oksigen dalam ppm yang diperlukan selama proses stabilisasi dari pemecahan pemecahan bahan organik oleh bakteri aerob”. aerob”. Walaupun Walaupun ada yang tidak setuju namun ada yang memberi memberi kepanjangan kepanjangan BOD sebagai Biochemical Oxygen Demand , dengan pengertian banyaknya oksigen yang diperlukan untuk proses biokimia. BOD secara lengkap ditulis dengan BOD 5 hari 20 0C, ini menyatakan banyaknya banyaknya oksigen bebas yang diperlukan oleh bakteri aerob selama 5 hari dengan kondisi suhu 20 oC. Banyaknya oksigen yang diperlukan untuk proses stabilisasi untuk waktu yang berbeda, pasti akan berbeda, demikian juga untuk suhu yang berbeda, juga berbeda. Karena cukup merepotkan untuk menulis BOD 5 hari 20 derajat C maka disetujui bersama dengan memberi memberi simbol BOD. Apabila BOD diartikan pada waktu dan suhu yang berbeda maka harus disebutkan secara jelas, misalnya misalnya BOD 3 hari 20 0C. 0C. Faktor-faktor Faktor-faktor yang yang mempengaruh mempengaruhii BOD adalah: adalah: 1) jenis limbah 2) suhu air 3) derajat keasaman (pH) 4) kondisi air secara keseluruhan Jenis limbah akan menentukan besar kecilnya BOD, apakah limbah tersebut mudah membusuk atau tidak. Semakin mudah terjadi pembusukan / perombakan, maka BOD akan semakin besar. Proses dekomposisi sangat dipengaruhi oleh suhu air. Sebagai gambaran bahwa daging yang diletakkan dalam suhu 0 dearjat C sulit terdekomposisi, karena aktivitas mikroorganisme mikroorganisme sangat rendah. Aktivitas mikroorganisme mikroorganisme semakin tinggi pada suhu yang semakin meningkat (sampai 60 dearjat C).Derajat keasaman pH air akan sangat menentukan aktivitas mikroorganisme, pada pH antara 6,5 – 8,3 aktivitas mikroorganisme sangat baik. Pada pH yang sangat kecil atau sangat besar, mikroorganisme tidak aktif, atau bahkan akan mati. Selain faktor tersebut yang sudah dijelaskan, aktivitas mikroorganisme ditentukan oleh kondisi air secara keseluruhan. Kondisi air secara keseluruhan yang mendukung berkembang biaknya mikroorganisme akan menyebabkan BOD besar. Mikroorganisme akan Sangay terganggu oleh adanya sabun atau bahkan mati bila ada racun misalnya kaporit. Sesuai dengan definisi BOD maka limbah itu semakin jelek apabila BOD semakin tinggi. Sehingga BOD dapat dipergunakan untuk menentukan kepekatan limbah atau baik buruknya limbah. Limbah yang mempunyai BOD tinggi pada dasarnya (tidak selalu) lebih jelek daripada limbah yang mempunyai BOD rendah. BOD itu dapat digunakan digunakan sebagai ukuran kualitas limbah cair atau air apabila tidak ada gangguan terhadap terhadap aktivitas mikroorganisme. Bila limbah dibuang ke lingkungan harus dalam kondisi yang baik, sebab proses pengolahan pengolahan limbah akan terjadi di lingkungan apabila kandungan polutan polutan masih banyak. Sebagai contoh kotoran manusia dimasukkan ke dalam septic tank akan terjadi proses yang sangat efektif dan tidak mengganggu lingkungan, lingkungan, tetapi apabila kotoran manusia dibuang langsung ke perairan, akan sangat mengganggu, baik dari segi estetika, kandungan oksigen, dan lain-lain. (Darsono, V.Pengolahan Limbah Cair.Yogyakarta.2007) Karakteristik Air Limbah Bahan buangan baik dari industri pada umumnya diolah terlebih dahulu dengan cara memasukkan oksigen ke dalamnya (aerasi), sehingga bakteri dapat mempergunakan bahan buangan (limbah) tersebut sebagai bahan makanan. ( John Wiley & Sons Chichester.1975. hal 3 ). Sehingga terdapat 3 dasar cara untuk menyatakan kebutuhan oksigen untuk suatu bahan buangan (limbah). 1. Kebu Kebutu tuha han n Oksi Oksige gen n Teor Teorit itis is.. Kebutuhan Oksigen Teoritis adalah jumlah teoritis dari oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi fraksi organik bahan buangan (limbah) secara tuntas menjadi karbon dioksida dan air, sehingga dari persamaan untuk oksidasi total adalah sebagai berikut : C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O BM C6H12O6 = 180 g/mol BM O2 = 192 g/mol dapat ditentukan bahwa ThOD larutan glukosa sebanyak 300 mg/L adalah (192/180 ) x 300 = 321 mgr/L karena sifat dari air limbah sangat kompleks, maka ThOD tidak dapat dihitung, tetapi dapat diperkirakan dengan kebutuhan oksigen kimiawinya. 2. Kebutuh Kebutuhan an Oksige Oksigen n Kimiawi Kimiawi ( Chemica Chemicall Oxygen Oxygen Demand Demand ) Kebutuhan Kebutuhan oksigen kimiawi diperoleh dengan cara mengoksidasikan mengoksidasikan bahan buangan (limbah) dengan larutan asam dikromat yang mendidih. Proses ini dapat mengoksidasi hampir semua senyawa organik menjadi karbon dioksida dan air, dan biasanya reaksi dapat berlangsung sampai lebih dari 95 %. Keuntungan pengukuran C.O.D adalah karena hasilnya dapat diperoleh dengan sangat cepat (dalam waktu ± 3 jam), tetapi kerugian dari proses ini adalah hasil yang didapatkan tidak dapat memberikan informasi mengenai proporsi bahan buangan (limbah) yang dapat dioksidasi oleh bakteri ataupun pada tingkatan dimana biooksidasi mungkin terjadi.
3. Kebutuh Kebutuhan an Oksige Oksigen n Biokimia Biokimiawi wi (Biochem (Biochemical ical Oxyge Oxygen n Demand Demand)) Kebutuhan oksigen biokimiawi adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi sesuatu bahan buangan (limbah) dengan bakteri, jadi B.O.D merupakan ukuran konsentrasi bahan organik dalam limbah yang dapat dioksidasi oleh bakteri (Biodegradasikan). B.O.D pada umumnya dinyatakan berdasarkan ketentuan 5 hari, 20 0C, yaitu sebagai oksigen yang dipakai selama oksidasi limbah selama 5 hari pada suhu 20 0C. hal ini dikarenakan B.O.D 5 hari (B.O.D 5) lebih mudah pengukuran, jika dibandingkan dengan B.O.D batas (B.O.Dw), yaitu oksigen yang dibutuhkan untuk bioksidasi limbah (John Wiley & Sons Chichester.197 Chichester.1975. 5. hal 4 -5). Dari keterangan di atas jelas bahwa : ThOD > C.O.D > B.O.D0 > B.O.D5 Tidak ada hubungan umum diantara berbagai kebutuhan oksigen ini, tetapi untuk air limbah rumah tangga yang tidak diolah, sejumlah besar pengukuran yang telah dilakukan menunjukkan perbandingan perkiraan sebagai berikut : B.O.D5 / C.O.D = 0,5 B.O.Dw / B.O.D5 = 1,5 Adanya limbah limbah yang yang berasal berasal dari industri dan dan pertanian pertanian sangat mungkin merubah merubah perbandingan perbandingan tersebut. tersebut. ( John Wiley & Sons Chichester.1975. hal 5). BAB V PEMBAHASAN Percobaan Percobaan ini bertujuan untuk menentukan menentukan removal bahan organik dalam sample lumpur aktif Sungai Ketintang dan Kolam Unair pada keadaan aerobik. Sebelum melakukan analisa, terlebih dahulu dilakukan standarisasi KMnO 4 untuk mencari normalitas KMnO 4 sebenarnya yang telah ditambahkan kedalam sample dengan menggunakan larutan penitran KMnO 4 standar. Dalam standarisasi aquadest yang telah ditambahkan larutan KMnO 4 dan H2C2O4 (asam oksalat), terjadi reaksi pengikatan pengikatan KMnO 4 oleh asam oksalat berlebih yang diketahui normalitasnya. Tujuan daripada titrasi KMnO4 terhadap terhadap campuran larutan dalam aquadest aquadest tersebut adalah untuk menitasi asam oksalat berlebih. Konsentarsi KMnO 4 yang bereaksi tepat dengan asam oksalat berlebih dalam proses titrasi ini adalah s ebanding ebanding dengan konsentrasi KMnO 4 yang bereaksi dengan asam oksalat dalam reaksi pengikatan sebelumnya. Dengan demikian konsentrasi KMnO 4 didalam sample dapat diketahui. (Buku petunjuk Praktikum PLIK, 2004) Percobaan Percobaan ini menggunakan menggunakan lumpur aktif Sungai Sungai Ketintang dan Kolam Unair yang ditambahkan nutrien NPK dan glukosa, kemudia kemudian n diaeras diaerasii selama selama 3, 6 dan 9 menit. menit. Penamb Penambahan ahan nutrien NPK bertujua bertujuan n sebagai sebagai sumber sumber makana makanan n bagi bagi mikroorg mikroorganis anisme me untuk untuk berkembang biak sehingga dapat menguraikan limbah dengan sempurna. Untuk memenuhi memenuhi kebutuhan kebutuhan oksigen digunakan digunakan aerator yang berfungsi juga untuk menjaga semua lumpur dalam keadaan tersuspensi dan mikroorganisme di dalam lumpur tetap aktif untuk mendegradasi limbah. Dalam literatur disebutkan bahwa selama proses pengolahan limbah secara aerobik dengan menggunakan menggunakan lumpur aktif harus ditambahkan ditambahkan oksigen yang optimal untuk menjaga agar oksigen terlarut dalam campuran adalah > 2 mg/ltr sehingga mikroorganisme dalam larutan tetap aktif. Glukosa sebagai bahan organik yang ditambahkan dalam lumpur kolam Unair didegradasi didegradasi oleh mikroorganisme mikroorganisme sehingga menghasilkan energi yang digunakan digunakan mikroorganisme untuk menguraikan limbah, Persamaan reaksinya dapat dilihat di bawah ini : C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 + 11 H2O + Energi (Ir. Elly Agustiani, M.Eng, 2002) Dalam percobaan aerob ini melibatkan analisa COD untuk mengetahui mengetahui kandungan yang diperlukan untuk proses oksidasi oleh suatu senyawa kimia (KMnO4) pada bahan buangan (limbah). Pada analisa COD, lumpur kolam Unair harus dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 700 C untuk mematikan mikroorganisme yang terkandung dalam larutan lumpur kolam Unair yang nantinya dapat mengganggu proses analisa, karena bakteri – bakteri aerob akan mati pada suhu tersebut.. Tujuan dari pemanasan ini adalah untuk mempercepat terjadinya reaksi dan mempercepat proses oksidasi zat organik. Pada proses pemanasan ini ditambahkan beberapa batu didih yang berfungsi berfungsi untuk mempercepat proses pendidihan larutan. Semakin banyak batu didih yang di tambahkan pada suatu larutan maka semakin cepat pula larutan ini mendidih. Sebelum dipanaskan, larutan lumpur kolam Unair ditambahkan larutan H 2SO4. Tujuan dari penambahan ini adalah menjaga pH dari larutan agar tetap dalam keadaan konstan. konstan. Pada analisa tersebut, larutan KMnO 4 yang digunakan sebagai penitran harus di standarisasi terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk memperoleh konsentrasi KMnO 4 yang sebenarnya. Tujuan dari penambahan KMnO 4 adalah sebagai oksidator yang menguraikan zat organik di dalam lumpur kolam Unair. (Ir. Elly Agustiani, M.Eng, 2002)
Gambar 5.1 Grafik Hubungan antara ppm KMnO 4 Vs taerasi untuk sampel Kolam Unair dan Sungai Ketintang. Pada grafik 5.1 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu aerasi yang diberikan, maka semakin kecil pula kadar ppm KMnO 4 yang dibutuhkan Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya oksigen yang terlarut (semakin lama waktu aerasi), maka semakin banyak pula zat organik yang teroksidasi oleh oksigen. Sehingga kadar ppm KMnO 4 yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik dalam skolam Unair
lebih sedikit karena adanya penambahan oksigen tersebut. Penambahan KMnO 4 sendiri berfungsi sebagai oksidator yang menguraikan zat organik dalam air limbah. (Clair N Sawyer, “Chemistry for Environmental Engineering”, McGraw-Hill International edition; hal 546) Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa ppm KmnO 4 dalam lumpur Sungai Ketintang Ketintang lebih besar dari lumpur Kolam Unair dimana skolam Unair dapat lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi limbah lebih baik daripada lumpur Kolam Unair. Hal ini dapat dihitung dari kadar ppm KmnO 4 taerasi 9 menit sludge lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi SS sebanyak 534.75 ppm. Sedangkan lumpur Kolam Unair sebesar 529.14 ppm.
Gambar 5.2 Grafik Hubungan antara kadar COD Vs t aerasi untuk sampel kolam Unair dan Unair dan Sungai Ketintang. Pada grafik 5.2 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu aerasi maka nilai COD yang diperoleh semakin kecil pula. Hal ini sesuai dengan litaratur yang menyebutkan bahwa dengan semakin lamanya waktu aerasi maka akan semakin banyak bahan-bahan organik yang diuraikan. diuraikan. Dan dengan berkurangnya berkurangnya bahan organik dalam lumpur maka oksigen yang dibutuhkan dibutuhkan akan semakin sedikit sehingga kadar CODnya juga semakin menurun. (Sugiharto, “ Dasar-dasar Pengolahan Air LImbah “, Universitas Indonesia Press, Jakarta, 1987, hal 86 ) Proses pengujian penentuan nilai COD yang digunakan digunakan untuk mengetahui mengetahui jumlah oksigen yang dibutuhkan dibutuhkan untuk mengoksidasi mengoksidasi zat-zat organik untuk diubah menjadi karbondioksida dan air digunakan pada kondisi asam dengan penambahan asam oksalat. Hal ini didasarkan bahwa kebanyakan zat-zat organik dapat dioksidasi oleh agen pengoksidasi kuat dibawah kondisi asam, meskipun ada beberapa senyawa organik yang dapat dioksidasi diluar kondisi asam. Selain itu ditambahkan juga NPK sebagai pengganti pengganti kebutuhan kebutuhan oksigen bakteri sehingga kondisi oksigen dalam skolam Unair tetap stabil. (Clair N Sawyer, “Chemistry for Environmental Engineering”, McGraw-Hill International edition; hal 545). Prinsip penambahan penambahan H2SO4 di dalam praktikum yaitu dimana zat organic di dalam air dioksidasikan dengan KMnO 4 dalam kondisi asam yang ditunjukkan dalam reaksi berikut : 2 KMnO4 + 3 H2SO4 2 MnO4 + K2SO4 + 3 H2O + 5 On Dan bila zat organic yang dioksidasi ( misalnya Glukosa ) maka reaksinya sebagai berikut : n C6H12O6 + 12 On 6n CO2 + 6 n H2O (“……”,Buku Petunjuk Praktikum Pengolahan Limbah Industri Kimia”, Program Studi D3 Teknik Kimia, FTI-ITS, Surabaya, 2005. hal 1) Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa ppm COD dalam lumpur sungai Ketintang lebih besar dari lumpur Kolam Unair dimana lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi limbah lebih baik daripada lumpur Kolam Unair. Hal ini dapat dihitung dari kadar ppm COD taerasi 9 menit sludge lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi SS sebanyak 74.784 ppm. Sedangkan lumpur Kolam Unair sebesar 72.8 ppm.
Gambar 5.3 Grafik Hubungan antara TSS Vs t aerasi untuk sampel kolam Unair dan Sungai Ketintang. Pada grafik 5.3 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu aerasi maka nilai TSS yang diperoleh semakin kecil pula. Hal ini sesuai dengan litaratur yang menyebutkan bahwa dengan semakin lamanya waktu aerasi maka akan semakin banyak bahan-bahan organik yang diuraikan. Dan dengan berkurangnya bahan organik dalam lumpur maka nilai TSS juga akan semakin turun. (Winarti, “Majalah Batan Vol. XXXII No. 1/2Januari/ April 1999”, hal 14-17) Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa ppm TSS dalam lumpur sungai Ketintang lebih besar dari lumpur Kolam Unair dimana sampel sampel kolam Unair dapat lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi mendegradasi limbah lebih baik daripada lumpur Kolam Unair. Hal ini dapat dihitung dari kadar ppm TSS t aerasi 9 menit sludge lumpur Sungai Ketintang dapat mendegradasi SS sebanyak 70 ppm. Sedangkan lumpur Kolam Unair sebesar 50 ppm.
Gambar 5.4 Grafik Hubungan antara organik terlarut Vs t aerasi untuk sampel Kolam Unair dan Sungai Ketintang. Pada grafik 5.4 dapat dilihat bahwa nilai Organik Terlarut lumpur Sungai Ketintang sebesar 1560 ppm kemudian kemudian mengalami penurunan pada 1250 ppm dan mengalami mengalami penurunan lagi menjadi menjadi 1030 ppm, sedangkan TSS lumpur Kolam Unair sebesar 1200 ppm kemudian mengalami mengalami penurunan pada 1120 ppm dan mengalami mengalami penurunan menjadi 900 ppm. Dari hasil yang diperoleh sudah memenuhi literatur yang ada bahwa semakin lama waktu aerasi maka kandungan organik terlarutnya cenderung berkurang. Hal ini disebabkan karena bakteri-bakteri aerob tersebut dapat menguraikan bahan-bahan bahan-bahan organik yang terkandung dalam sample sehingga dengan semakin cepatnya bakteri aerob itu tumbuh, maka semakin banyak kandungan organik sample yang dapat diuraikan. (Winarti, “Majalah Batan Vol. XXXII No. 1/2Januari/ April 1999”, hal 14-17). Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa organik terlarut dalam sampel Unair Kolam Unair lebih sedikit daripada sampel sampel Sungai Ketintang. Lumpur Lumpur Sungai Ketintang Ketintang mampu mampu mendegradasi limbah lebih baik dari pada lumpur Kolam Unair. Hal ini dapat dihitung dari kandungan kandungan organik organik terlarut pada taerasi 9 menit. Lumpur Sungai Ketintang mampu mendegradasi TSS sebanyak 1030 gr/l sedangkan lumpur Kolam Unair sebesar 900 gr/l. Kesalahan dalam percobaan yang telah dilakukan dikarenakan pada waktu aerasi O 2 tidak terlarut sempurna, untuk menanggulangi hal ini maka pada bak aerasi perlu adanya pengaduk yang dapat melarutkan lebih baik. Kemudian kesalahan lain berada pada alat yang kurang steril dan ketidak akuratan pengukuran.
Gambar 5.5 Grafik Hubungan antara inorganik terlarut Vs t aerasi untuk sampel Kolam Unair dan Sungai Ketintang. Pada grafik 5.5 dapat dilihat bahwa nilai Inorganik Terlarut lumpur Sungai Ketintang sebesar 90 ppm kemudian mengalami kenaikan pada 150 ppm dan mengalami penurunan penurunan menjadi 70 ppm, sedangkan Kandungan Kandungan Inorganik lumpur Kolam Unair sebesar 150 ppm kemudian kemudian mengalami penurunan pada 30 ppm dan selanjutnya mengalami kenaikan pada 50 ppm. Dari hasil yang diperoleh tidak memenuhi literatur yang ada karena seharusnya semakin lama waktu aerasi yang diberikan maka jumlah bahan inorganik yang diperoleh konstan. Seharusnya jumlah inorganik yang diperoleh semakin kecil, dikarenakan mikroorganisme yang ada di dalam skolam Unair limbah akan menggunakan oksigen yang diperoleh melalui proses aerasi untuk mengoksidasi benda organic menjadi energi, bahan-bahan lainnya, serta gas, dimana bakteri yang digunakan adalah bakteri nitrosomonas dan nitro bakter reaksi kimianya: Bahan organik + O2 → CO2 + NH3 + Energi + bahan buangan dan bakteri baru. Jadi proses aerasi yang diberikan terhadap skolam Unair dilakukan untuk memperbanyak jumlah bakteri secara cepat agar proses biologis untuk menguraikan zat organik berjalan lebih cepat. (Sugiharto,“Dasar-dasar Pengelolaan Air Limbah”, UI Press, Jakarta, 1987, hal. 69-70,14-17). Selain itu, dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa Inorganik terlarut dalam sampel Sungai Ketintang memiliki jumlah yang lebih tinggi dari sampel sampel kolam Unair. Hal ini dapat dapat dihitung dihitung dari kandungan kandungan organik organik terlarut terlarut pada pada t aerasi 9menit. Lumpur Sungai Ketintang Ketintang mampu mampu mendegradasi Inorganik Terlarut sebanyak 70 gr/l sedangkan kolam Unair sebanyak 50 gr/l. Kesalahan dalam percobaan yang telah dilakukan dikarenakan pada waktu aerasi O 2 tidak terlarut sempurna, sempurna, untuk menanggulangi menanggulangi hal ini maka pada bak aerasi perlu adanya pengaduk yang dapat melarutkan lebih baik. Kemudian kesalahan lain berada pada alat yang kurang steril dan ketidak akuratan pengukuran. BAB VI KESIMPULAN Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.
Proses Proses Aerasi, Aerasi, Penamba Penambahan han glukosa glukosa & NPK dalam dalam sampel sampel lumpur lumpur aktif aktif kolam kolam Unair Unair dan Sungai Sungai Ketintan Ketintang g bertujua bertujuan n sebagai sebagai makanan makanan bagi bagi mikroorg mikroorganis anisme me untuk untuk berkemb berkembang ang biak biak dan mengha menghasilka silkan n energi energi yang yang digunak digunakan an mikroorg mikroorganism anisme e untuk untuk menguraikan/ mendegradasi limbah dengan sempurna.
2.
Penambahan Penambahan Larutan KMnO 4 dalam sampel lumpur aktif kolam Unair dan Sungai Ketintang Ketintang berfungsi berfungsi sebagai oksidator yang menguraikan zat organik didalam sampel air limbah.
3.
Penambahan H 2SO4 dalam sampel lumpur aktif kolam Unair dan Sungai Ketintang bertujuan untuk membuat lingkungan asam dalam sampel dimana zat organik didalam air dioksidasikan dengan KMnO 4 dalam kondisi asam.
4. 5.
Penambahan Asam oksalat berfungsi mengikat KmnO 4 sisa reaksi dalam sampel air kolam Unair dan air sungai Ketintang.
6. 7. 8. 9. 10.
Titrasi dalam kondisi panas bertujuan untuk mempercepat proses oksidasi zat organik oleh KMnO 4, karena volume titrasi KMnO 4 semakin kecil Semakin lama waktu aerasi maka kandungan konsentrasi KMnO 4 yang ada dalam sampel semakin menurun. Semakin lama waktu aerasi maka kandungan kandungan COD COD yang ada dalam dalam sSungai sSungai Ketintang semakin menurun. menurun. Semakin lama waktu aerasi maka kandungan kandungan TSS yang ada ada dalam dalam larutan larutan sampel sampel cenderung cenderung menurun. menurun. Semakin lama waktu aerasi maka kandungan kandungan organik organik yang yang terlarut terlarut dalam dalam larutan larutan sampel sampel cenderung cenderung menurun. menurun. Semakin lama lama waktu aerasi maka maka kandungan kandungan inorganik yang ada ada dalam sampel sampel cenderung menurun. menurun.
11. Kadar COD pada pada sampel
lumpur aktif kolam Unair Unair adalah 135,168; 135,168; 104,32; 72,8 72,8 mg/liter dan Sungai Sungai Ketintang 150,656; 150,656; 111,072; 111,072;
74,784 mg/liter.
12. Kadar TSS pada sampel lumpur aktif kolam Unair adalah 1350; 1150; 950 mg/liter dan Sungai Ketintang 1650; 1400; 1100 mg/liter. 13. Kadar Inorganik terlarut pada sampel lumpur aktif kolam Unair adalah 150, 30, 50 gr/liter dan Sungai Ketintang 90, 150, 70 gr/liter. 14. Kadar Organik terlarut pada sampel lumpur aktif kolam Unair adalah 1200; 1120; 1120; 900 gr/liter dan Sungai Ketintang 1560; 1250; 1250; 1030 gr/liter. BIOGAS Pengertian Biogas Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerob anaerobik ik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan hewan,, limbah domestik (rumah tangga), sambah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. dioksida. Biogas merupakan gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme pada kondisi langka oksigen (anaerob). (http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas,2008) Biogas merupakan merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana. material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, protein, karbohidrat karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik anaerobik digestion adalah pembentukan pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium. (Pambudi, N. Agung. Pemanfaatan Biogas Sebagai Energi Alternatif. 2008) Salah satu cara menentukan bahan organik yang sesuai untuk menjadi bahan masukan sistem Bio-gas adalah dengan mengetahui perbandingan Karbon (C) dan Nitrogen (N) atau disebut rasio C/N. Beberapa percobaan yang telah dilakukan oleh ISAT menunjukkan bahwa aktifitas metabolisme dari bakteri methanogenik akan optimal pada nilai rasio C/N sekitar 8-20. Bahan organik dimasukkan ke dalam ruangan tertutup kedap udara (disebut Digester) sehingga bakteri anaerob akan membusukkan bahan organik tersebut yang kemudian menghasilkan gas (disebut Biogas). Biogas yang telah terkumpul di dalam digester selanjutnya dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tabung penyimpan gas atau langsung ke lokasi penggunaannya. Biogas sebagian besar mengandung mengandung gas metana (CH 4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H 2S), ammonia (NH 3), hydrogen (H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil serat gas landfill. Gas landfill adalah gas yang dihasilkan oleh limbah padat yang dibuang di landfill . Sampah ditimbun dan ditekan secara mekanik dan tekanan dari lapisan diatasnya. Karena kondisinya menjadi anaerobik, bahan organik tersebut terurai dan gas landfill dihasilkan. Gas ini semakin berkumpul untuk kemudian perlahan-lahan terlepas ke atmosfer. Hal ini menjadi berbahaya karena dapat menyebabkan ledakan, pemanasan global melalui metana yang merupakan gas rumah kaca, dan material organik yang terlepas ( volatile organic compounds) compounds ) dapat menyebabkan (photochemical smog). (http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas,2008) Energi yang terkandung dalam biogas tergantung tergantung dari konsentrasi konsentrasi metana (CH 4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO 2 / SO3). senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk membentuk Sulphur acid (H 2SO3) suatu senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan menghilangkan kandungan karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif. Komponen Biogas : ± 60 % CH4 (metana) ± 38 % CO2 (karbon dioksida) ± 2 % N2, O2, H2, & H2S (Pambudi, N. Agung. Pemanfaatan Biogas Sebagai Energi Alternatif. 2008) Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam skala besar biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik, sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan terbarukan. Sumber energi Biogas yang utama: kotoran ternak Sapi, Kerbau, Babi dan Kuda. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain 1m3 Biogas setara dengan: Tabel II.1.1 Kesetaraan biogas biogas
Elpiji 0
46 kg
Minyak tanah 0
62 liter
Minyak solar 0
52 liter
Bensin 0
80 liter
Gas kota 1
50 m3
Kayu bakar 3
50 kg
(Hermawan, Beni, dkk. Sampah Organik Sebagai Bahan Baku Biogas.) Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman. tanaman. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, protein, selulose, lignin, dan lain-lain tidak bisa digantikan digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari bio-gas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi. Kotoran yang menggunung akan terbawa oleh air masuk ke dalam tanah atau sungai yang kemudian mencemari air tanah dan air sungai. Kotoran lembu mengandung racun dan bakteri Colly yang mem-bahayakan kesehatan manusia dan lingkungannya. Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan Karbon dioksida (CO2) yang ikut memberikan memberikan kontri-busi bagi efek rumah rumah kaca (green house effect) effect) yang bermuara bermuara pada pemanasan pemanasan global (global war-ming). Biogas memberikan perlawanan terhadap efek rumah kaca melalui 3 cara. Pertama : Biogas memberikan substitusi atau pengganti dari bahan bakar fosil untuk penerangan, kelistrikan, memasak dan pemanasan. Kedua : Methana (CH 4) yang dihasilkan secara alami oleh kotoran yang menumpuk merupakan gas penyumbang terbesar pada efek rumah kaca, bahkan lebih besar dibandingkan CO 2. Pembakaran Methana pada Biogas mengubahnya menjadi CO 2 sehingga mengurangi jumlah Methana Methana di di udara.
Ketiga : Dengan lestarinya hutan, maka akan CO 2 yang ada di udara akan diserap oleh hutan yang menghasilkan Oksigen yang melawan efek rumah kaca. (http://www.dikti.org/?q=node/99) Manfaat Biogas Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan dipergunakan untuk memasak. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Di samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman/budidaya pertanian Biogas adalah merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat menjawab menjawab kebutuhan energi s erta menghasilkan pupuk organik dalam bentuk padat dan cair. Pemanfaatan kotoran ternak menjadi biogas dengan cara fermentasi anaerob dan melibatkan bakteri methanogen dapat mendukung penerapan konsep zero waste Sehingga praktik pertanian yang berkelanjutan dan ramah lingkungan dapat dicapai. Pertumbuhan penduduk yang sangat cepat, dengan ekspansi bidang industri menyebabkan menyebabkan peningkatan permintaan energi dan penurunan penurunan kualitas lingkungan. lingkungan. Mesipun Indonesia adalah salah satu negara penghasil minyak dan gas, namun berkurangnya cadangan cadangan minyak, pencabutan subsidi menyebabkan menyebabkan harga minyak naik dan turunnya kualitas lingkungan akibat penggunaan bahan bakar fosil yang berlebihan. Olah karena itu, pemanfaatan sumber-sumber energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan menjadi pilihan. Salah satu dari energi terbarukan adalah biogas, biogas memiliki peluang yang besar dalam pengembangannya. Kapasitas terpasang pemanfaatan biogas adalah kurang dari satu persen dari potensi biogas biogas yang ada (685 MW). Hasil pengamatan pengamatan suhu reaktor biogas berkisar 25–27 oC dan pH 7–7,8 menghasilkan biogas dengan kandungan gas metana (CH4) sekitar 77%. Biogas yang dihasilkan dimanfaatkan sebagai sumber energi pada kompor gas, lampu penerangan dan generator listrik skala rumah tangga.Analisa tangga.Analisa dampak dampak lingkungan dari lumpur keluaran dari reaktor biogas menunjukkan menunjukkan penurunan COD dan BOD berturut-turut berturut-turut sebesar 90% dan 40% dari kondisi bahan bahan awal. Analisa unsur utama N, P dan K menunjukkan tidak ada perbedaan perbedaan nyata bila dibandingkan dibandingkan dengan pupuk kompos referensi. Analisa kelayakan ekonomi menunjukkan investasi layak dengan B/C Rasio 1,35 dan modal investasi kembali pada tahun ke-4 (umur ekonomi ekonomi reaktor biogas 20 tahun). Hasil pendapatan pendapatan ini belum termasuk hasil samping berupa pupuk cair/padat. cair/padat. Berdasarkan kajian teknis dan ekonomis tersebut, teknologi biogas ini layak dikembangkan. Penggunaan Penggunaan sistem digester biogas memiliki keuntungan, antara lain yaitu mengurangi efek gas rumah kaca, mengurangi bau yang tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, panas, daya (mekanis/listrik) dan hasil samping berupa pupuk padat dan cair. Pemanfaatan limbah dengan cara seperti ini secara ekonomi akan sangat kompetitif seiring naiknya harga bahan bakar minyak dan pupuk anorganik. Disamping itu, cara-cara ini merupakan praktek pertanian yang ramah lingkungan dan berkelanjutan.Teknologi biogas bukanlah merupakan teknologi baru di Indonesia, sekitar tahun 1980-an sudah mulai diperkenalkan. Namun sampai saat ini belum mengalami perkembangan yang menggembirakan. Oleh karena itu, diperlukan cara-cara pendekatan baru dalam pengembangannya, seperti pengenalan proses proses produksi yang sederhana, pemanfaatan hasil yang bervariasi agar secara ekonomi menguntungkan. (http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas,2008) Jenis reaktor biogas Ada beberapa beberapa jenis jenis reactor biogas biogas yang dikemba dikembangkan ngkan diantaranya diantaranya adalah adalah 1. Reactor jenis kubah tetap (Fixed-dome) 2. Reactor terapung (Floating drum), 3. Reaktor jenis balon 4. Reaktor jenis horizontal 5. Reaktor jenis lubang tanah 6. Reaktor jenis ferrocement. Dari keenam jenis digester biogas yang sering digunakan adalah jenis kubah tetap (Fixed-dome) dan jenis Drum mengambang (Floating drum). Beberapa tahun terakhir ini dikembangkan dikembangkan jenis reactor balon yang banyak digunakan sebagai reactor sedehana dalam skala kecil. 1. Reaktor kubah tetap (Fixed-dome) Reaktor ini disebut juga reaktor china. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di chini sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentunknya menyerupai kubah dan bagian ini
merupakan merupakan pengumpul pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah. Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunaka reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya. 2. Reaktor floating drum Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di india pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan. Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap. 3. Reaktor balon Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih lebih efisien efisien dalam dalam penang penanganan anan dan perubah perubahan an tempat tempat biogas. biogas. reaktor reaktor ini terdiri terdiri dari dari satu bagian yang berfung berfungsi si sebagai sebagai digester digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas. Dilihat dari sisi konstruksinya, pada umumnya reactor biogas bisa digolongkan dalam dua jenis :
•
Fixed dome
• Floating drum. Fixed dome mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan meningkatkan tekanan di dalam reaktor. Sedangkan floating drum berarti ada bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor tersebut juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas di dalam reaktor biogas. Bila dilihat dari aliran bahan baku (limbah), reaktor biogas juga bisa dibagi dua, yakni tipe batch (bak) dan continuous(mengalir). continuous (mengalir). Pada tipe bak, bahan baku reaktor ditempatkan di dalam wadah (ruang tertentu) dari awal hingga selesainya proses pencernaan. Ini hanya umum digunakan pada tahap eksperimen untuk mengetahui potensi gas dari suatu jenis limbah organik. Sedangkan pada jenis mengalir, ada aliran bahan baku masuk dan residu keluar pada selang waktu tertentu. Lamanya (waktu) bahan baku berada di dalam reaktor biogas disebut sebagai waktu retensi hidrolik (hydraulic ( hydraulic retention time/HTR). time /HTR). Pada konstruksi fixed dome, dome, gas yang terbentuk akan langsung disalurkan ke pengumpul gas di luar reaktor berupa kantung yang berbentuk balon (akan mengembang bila tekanannya naik). Pada reaktor biogas jenis fixed dome, dome, perlu diberikan katup pengaman untuk membatasi tekanan maksimal reaktor sesuai dengan kekuatan kekuatan konstruk konstruksi si reaktor reaktor dan tekanan tekanan hidrosta hidrostatik tik slurry slurry di dalam dalam reaktor. reaktor. Katup Katup pengam pengaman an yang yang sederha sederhana na dapat dapat dibuat dibuat dengan dengan mencelupkan bagian pipa terbuka ke dalam air pada ketinggian tertentu (Pambudi, N. Agung. Pemanfaatan Biogas Sebagai Energi Alternatif. 2008)
Pinsip Kerja Reaktor Biogas Teknologi biogas pada dasarnya memanfaatkan proses pencernaan yang dilakukan oleh bakteri methanogen yang produknya berupa gas methana (CH 4). Gas methana methana hasil pencernaan pencernaan bakteri tersebut bisa mencapai 60% dari keseluruhan keseluruhan gas hasil reaktor biogas, sedangkan sisanya didominasi CO2. Bakteri ini bekerja dalam lingkungan yang tidak ada udara (anaerob), sehingga proses ini juga disebut sebagai pencernaan anaerob(anaerobdigestion anaerob( anaerobdigestion ). Bakteri methanogen akan secara natural berada dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga. Keberhasilan proses pencernaan bergantung pada kelangsungan hidup bakteri methanogen di dalam reaktor, sehingga beberapa kondisi yang mendukung mendukung berkembangbiaknya berkembangbiaknya bakteri ini di dalam reaktor perlu diperhatikan, diperhatikan, misalnya temperatur, temperatur, keasaman, dan jumlah material organik yang hendak dicerna. Tahap lengkap pencernaan material organik adalah sebagai berikut
1.
Hidrolisis.Pada Hidrolisis .Pada tahap ini, molekul organik yang komplek diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti karbohidrat (simple sugars), asam amino, dan asam lemak. 2. Asidogenesis. Pada tahap ini terjadi proses penguraian yang menghasilkan amonia, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida. 3. Asetagenesis. Pada tahap ini dilakukan proses penguraian produk acidogenesis; menghasilkan hidrogen, karbon dioksida,dan asetat. 4. Methanogenesis.Ini Methanogenesis .Ini adalah tahapan terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, yakni dilakukan penguraian dan sintesis produk tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas methana methana (CH 4). Hasil lain dari proses ini berupa karbon dioksida, air, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya.
Gambar II.1.1 Mekanisme Pembentukan Biogas (Dr.Ir.Soeprijanto,M.Sc, “Pengolahan Limbah industry Kimia”, 2006)
Biogas dan Aktifitas Anaerobik Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon diatmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil. fosil . Saat ini, banyak negara maju meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah. (http://www.petra.ac.id/science/applied_technology/biogas98/biogas3.htm) Komposisi Biogas Komposisi Komposisi biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik anaerobik yang terjadi. Gas landfill memiliki konsentrasi metana sekitar 50%, sedangkan sistem pengolahan limbah maju dapat menghasilkan biogas dengan 55-75%CH 4 Tabel II.1.2 Komposisi biogas Komponen Metana (CH 4) Karbon dioksida (CO2) Jenis GNitrogen as Volum e ()%) (N 2
Methana (CH 4(H ) ) Hidrogen 2 Karbondioksida 2) Hidrogen(CO sulfida (H 2S) Hidrogen (H(O 2) 2) Oksigen Hidrogen Sulfida (H2S)
% 55-75
(Hermaw (Hermawan, an, Beni, Beni, dkk. Sampah Sampah Organik Organik Sebagai Bahan Baku Biogas)
Tabel II.1.3 Komposisi gas yang terdapat dalam biogas Jen0 is-0G a s V o l u m e ( % ) .3 25-45
1-5 40-70 0-3 30-60 0.1-0.50-1 0- 3
Sedangkan komponen biogas untuk skala rumah tangga biasanya memiliki komposisi sebagai berikut : Tabel II.1.4 Komposisi gas yang terdapat dalam biogas untuk skala rumah tangga Jenis Gas Volume (%)
Jenis Gas Volume (%)
Methana (CH 4)
± 60 %
Karbondioksida (CO2)
± 38 %
H2S , O2 , H2
±2%
(Hermawan, Beni, dkk. Sampah Organik Sebagai Bahan Baku Biogas) Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu, Biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batubara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. Kesetaraan biogas dapat dilihat dari tabel berikut: Tabel II.1.5 Biogas dibandingkan dengan bahan bakar lain Jenis Gas Volume (%)
Jenis Gas Volume (%) Elpiji 0,46 kg Minyak tanah 0,62 liter
1 m3 Biogas
Minyak solar 0,52 liter Bensin 0,80 liter Gas kota 1,50 m3 Kayu bakar 3,50 kg
(Eliantika, Efriaz Fitri. Biogas Limbah Peternakan Sapi Sebagai Sumber Energi Alternatif Ramah Lingkungan. 2009 ) Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti gas-gas mudah terbakar yang lain. Pembakaran biogas dilakukan dengan mencampurnya dengan sebagian oksigen (O2). Namun demikian, untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal, perlu dilakukan pra kondisi sebelum Biogas dibakar yaitu melalui proses pemurnian/peny pemurnian/penyaringan aringan karena Biogas mengandung mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Sebagai salah satu contoh, kandungan gas Hidrogen Sulfida yang tinggi yang terdapat dalam Biogas jika dicampur dengan Oksigen dengan perbandingan 1:20, maka akan menghasilkan gas yang sangat mudah meledak. Tetapi sejauh ini belum pernah dilaporkan terjadinya ledakan pada sistem Biogas sederhana. ( http://www.petra.ac.id/science/applied_technology/biogas98/biogas3.htm http://www.petra.ac.id/science/applied_technology/biogas98/biogas3.htm ) Tabel II.1.6 Kondisi Optimum Produksi Biogas Parameter
Kondisi Optimum
Suhu Derajat Keasaman
35oC 7 - 7,2
Nutrien Utama Nisbah Karbon dan Nitrogen Sulfida Logam-logam Berat Terlarut Sodium Kalsium Magnesium Amonia
Karbon dan Nitrogen 20/1 sampai 30/1 < 200 mg/L < 1 mg/L < 5000 mg/L < 2000 mg/L < 1200 mg/L < 1700 mg/L
(Hermawan, Beni, dkk. Sampah Organik Sebagai Bahan Baku Biogas) Parameter-parameter ini harus dikontrol dengan cermat supaya proses pencernaan anaerobik dapat berlangsung secara optimal. Sebagai contoh pada derajat keasaman (pH), pH harus dijaga pada kondisi optimum yaitu antara 7 - 7,2. Hal ini disebabkan apabila pH turun akan menyebabkan pengubahan substrat menjadi biogas terhambat sehingga mengakibatkan penurunan kuantitas biogas. Nilai pH yang terlalu tinggipun harus dihindari, karena akan menyebabkan produk akhir yang dihasilkan adalah CO 2 sebagai produk utama. Begitupun dengan nutrien, apabila rasio C/N tidak dikontrol dengan cermat, maka terdapat kemungkinan adanya nitrogen berlebih (terutama dalam bentuk amonia) yang dapat menghambat pertumbuhan dan aktivitas bakteri. Gas landfill adalah gas yang dihasilkan oleh limbah padat yang dibuang di landfill landfill.. Sampah ditimbun dan ditekan secara mekanik dan tekanan dari lapisan diatasnya. Karena kondisinya menjadi anaerobik, bahan organik tersebut terurai dan gas landfill dihasilkan. Gas ini semakin berkumpul untuk kemudian perlahan-lahan terlepas ke atmosfer. Hal ini menjadi berbahaya karena: •
Dapat menyebabkan ledakan,
•
Pemanasan global melalui metana yang merupakan gas rumah kaca, dan
•
Material organik yang terlepas (volatile ( volatile organic compounds) compounds ) dapat menyebabkan (photochemical smog). Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi jika digunakan digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi. Sebagai komponen utama gas alam, alam, metana adalah sumber bahan sumber bahan bakar utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO 2 (karbondioksida karbondioksida)) dan dua molekul H 2O (air ): ): CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas,2008) COD (Chemical Oxygen Demand) COD (Chemical Oxygen Demand) atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan buangan di dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimia. Dalam hal ini bahan buangan organic akan dioksidasi oleh Kalium Bikromat menjadi gas CO 2 dan H2O serta jumlah ion kromat. Kalium Bikromat atau K 2Cr 2O7 digunakan sebagai sumber oksigen (oxidizing agent). Oksidasi terhadap bahan buangan organic akan mengikuti reaksi berikut ini : CaHbOc + Cr 2O72- + H+
Katalisator CO2
+ H2O + Cr 3+
Katalisator
Reaksi tersebut perlu pemanasan dan juga penambahan katalisator perak sulfat (Ag2SO4) untuk mempercepat reaksi. Apabila dalam bahan bahan buanga buangan n organic organic diperkira diperkirakan kan ada unsure unsure klorida klorida yang yang dapat dapat menggan mengganggu ggu reaksi, reaksi, maka maka perlu perlu ditambah ditambahkan kan merkuri merkuri sulfat sulfat untuk untuk menghilangkan menghilangkan gangguan tersebut. Klorida akan mengganggu, mengganggu, karena akan ikut teroksidasi oleh kalium bikromat sesuai dengan reaksi berikut ini 6 Cl- + Cr 2O72- + 14 H+ 3 Cl2 + 2 Cr 3+ + 7 H2O Apabila dalam dalam larutan air lingkungan lingkungan terdapat terdapat klorida, maka oksigen oksigen yang diperlukan diperlukan pada pada reaksi tersebut tersebut tidak menggamb menggambarkan arkan pada pada keadaan sebenarnya. sebenarnya. Seberapa jauh tingkat pencemaran oleh bahan buangan tidak dapat diketahui secara benar. Penambahan Penambahan merkuri sulfat adalah untuk mengikat ion klor menjadi ion klorida mengikuti reaksi berikut ini : Hg2+ + 2 ClHgCl2 Warna larutan air lingkungan yang mengandung bahan buangan organic sebelum reaksi oksidasi adalah kuning. Setelah reaksi oksidasi selesai, maka akan berubah menjadi hijau. Jumlah oksigen yang diperlukan untuk reaksi oksidasi terhadap bahan buangan organic sama dengan jumlah jumlah kalium bikromat yang dipakai pada reaksi tersebut diatas. Makin banyak banyak kalium bikromat pada reaksi oksidasi, maka makin banyak oksigen yang diperlukan. Ini berarti bahwa air lingkungan banyak tercemar oleh limbah bahan buangan organic. Dengan demikian seberapa jauh tingkat pencemaran air lingkungan dapat ditentukan. (Wisnu Arya W,”Dampak Pencemaran Lingkungan”, Ardi Offset, Yogyakarta, 1995, hal 92-93) Konservasi Energi Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan, yaitu:
1.
Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan karbondioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah.
2.
Energi Energi biogas biogas dapat dapat berfung berfungsi si sebagai sebagai energi energi penggan pengganti ti bahan bahan bakar bakar fosil fosil seperti seperti peneran penerangan, gan, kelistrika kelistrikan, n, memasak memasak serta pemanasan.
3.
Methana (CH 4) yang dihasilkan secara alami oleh kotoran yang menumpuk merupakan gas penyumbang terbesar pada efek rumah kaca, bahkan lebih besar dibandingkan CO 2. Pembakaran Pembakaran Methana pada Biogas mengubahnya mengubahnya menjadi menjadi CO2 sehingga mengurangi jumlah Methana Methana di udara. Dengan Dengan lestarinya hutan, maka akan menyebabkan menyebabkan CO 2 yang ada di udara akan diserap oleh hutan yang menghasilkan Oksigen yang melawan efek rumah kaca.
4.
Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah.
5.
Selain keuntungan energi yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat.
6.
Jika biogas dibersihkan dari pengotor secara baik, ia akan memiliki karakteristik yang sama dengan gas alam. Jika hal ini dapat dicapai, produsen biogas dapat menjualnya langsung ke jaringan distribusi gas. Akan tetapi gas tersebut harus sangat bersih untuk mencapai kualitas pipeline. pipeline. Air (H Air (H2O), hidrogen sulfida (H2S) dan partikulat harus dihilangkan jika terkandung dalam jumlah besar di gas tersebut. Karbon dioksida jarang harus ikut dihilangkan, tetapi ia juga harus dipisahkan untuk mencapai gas kualitas pipeline. pipeline. JIka biogas biogas harus harus digunak digunakan an tanpa tanpa pember pembersihan sihan yang ektensif, ektensif, biasanya biasanya gas ini dicampu dicampurr dengan dengan gas alam untuk meningk meningkatka atkan n pembakaran. pembakaran. Biogas yang telah dibersihkan untuk mencapai mencapai kualitas pipeline dinamakan gas alam terbaharui. terbaharui. Dalam bentuk ini, gas
tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya seperti distribusi melalui jaringan gas, pembangkit listrik, pemanas ruangan dan pemanas air. Jika dikompresi, ia dapat menggantikan gas alam terkompresi (CNG) yang digunakan pada kendaraan ( http://www.petra.ac.id/science/applied_technology/biogas98/biogas3.htm http://www.petra.ac.id/science/applied_technology/biogas98/biogas3.htm ) BAB V PEMBAHASAN Penguraian limbah ternak secara anaerobik untuk menghasilkan biogas. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organic oleh mikroorganisme pada kondisi langka oksigen (anaerob). Komponen Biogas :
± 60 % CH4 (metana) ± 38 % CO 2 (karbon dioksida) ± 2 % N 2, O2, H2, & H2S Tahap lengkap pencernaan material organik menjadi gas methan adalah sebagai berikut
2.
Hidrolisis.Pada Hidrolisis .Pada tahap ini, molekul organik yang komplek diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti karbohidrat (simple sugars), asam amino, dan asam lemak. 2. Asidogenesis. Pada tahap ini terjadi proses penguraian yang menghasilkan amonia, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida. 3. Asetagenesis. Pada tahap ini dilakukan proses penguraian produk acidogenesis; menghasilkan hidrogen, karbon dioksida,dan asetat. 4. Methanogenesis.Ini Methanogenesis .Ini adalah tahapan terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, menentukan, yakni dilakukan penguraian penguraian dan sintesis produk tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas methana methana (CH 4). Hasil lain dari proses ini berupa karbon dioksida, air, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya. Manfaat Manfa at energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Di samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman/budidaya pertanian. (Harahap, Filino, “Teknologi Gas Bio”, Haris Surya Internasional, Pusat Teknologi Pembangunan-ITB, Bandung, 1978)
250 200
) t l / 150 g m ( D 100 O C
40%kotorankuda 60%kotorankuda
50 0 0
20
40
60
80
Komposisi posisi kotoransapi (%)
Grafik V.1 Grafik hubungan antara komposisi limbah kotoran kuda (%) dengan COD (mg/lt) Pada Pada grafik grafik V.1 dapat dilihat pada pada 40% dan 60% komposisi komposisi kotoran kotoran kuda dari grafik tersebut tersebut ditunjukan ditunjukan bahwa semakin semakin besar besar komposisi kotoran kuda maka nilai COD semakin rendah. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa semakin besar komposisi limbah maka akan semakin banyak juga bahan-bahan organik yang akan diuraikan dan dengan berkurangnya bahan organik dalam limbah kotoran kuda maka oksigen yang dibutuhkan akan semakin sedikit sehingga kadar COD-nya juga semakin menurun. (Sugiharto, “ Dasar-dasar Pengolahan Air LImbah “, Universitas Indonesia Press, Jakarta, 1987, hal 86 )
Proses pengujian penentuan nilai COD yang digunakan untuk mengetahui jumlah oksigen yang dibutuhkan dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik untuk diubah menjadi karbondioksida dan gas metan (CH 4) digunakan pada kondisi asam dengan penambahan penambahan asam oksalat. Hal ini didasarkan bahwa kebanyakan zat-zat organik dapat dioksidasi oleh agen pengoksidasi pengoksidasi kuat dibawah kondisi asam, meskipun ada beberapa senyawa organik yang dapat dioksidasi diluar kondisi asam. Reaksi yang terjadi pada pembentukan biogas : mikroorganisme Bahan organik CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S (Clair N Sawyer, “Chemistry for Environmental Engineering”, McGraw-Hill International edition; hal 545) Prinsip penambahan H2SO4 di dalam percobaan ini yaitu dimana zat organik di dalam air dioksidasikan dengan dengan KMnO 4 dalam kondisi asam yang ditunjukkan dalam reaksi berikut : 2 KMnO4 + 3 H2SO4 2 MnO4 + K2SO4 + 3 H2O + 5On (“……”, Buku Petunjuk Praktikum Pengolahan Limbah Industri Kimia”, Program Studi D3 Teknik Kimia, FTI-ITS, Surabaya, 2008) 1000 800
) t l / 600 r g ( S 400 S T
40%kotoran an kuda 60%kotoran an kuda
200 0 0
20
40
60
80
Komposisi posisi kotoran sapi (%) Grafik V.2 Grafik hubungan antara komposisi limbah kotoran kuda (%) dengan TSS (gr/lt) Pada grafik V.2 dapat dilihat pada variabel limbah kotoran kuda 40% dan 60% bahwa nilai Total Suspended Solid (TSS) tetap dengan semakin semakin bertambahnya bertambahnya komposisi kotoran kuda. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan menyatakan bahwa proses produksi gasbio dari satu satuan berat TSS (bahan kering) yang berasal dari kotoran akan selalu meningkat dengan dengan kian naiknya temperatur temperatur kerja. Laju produksi gasbio meningkat dengan semakin lamanya waktu umur isian (hari) dapat meningkatkan nilai TSS dengan seiringnya peningkatan peningkatan pada kondisi temperaturnya. temperaturnya. Ketidaksesuaian ini disebabkan disebabkan karena saat pengambilan sampel setelah di oven, sampel tersebut tidak langsung dimasukkan ke dalam desikator sehingga sampel tersebut terkontaminasi oleh udara. (Harahap, Filino, “Teknologi Gas Bio”, Haris Surya Internasional, Pusat Teknologi Pembangunan-ITB, Bandung, 1978)
100
) 3
m c ( s a g o i B e m u l o V
40% 80
kotoran kuda 60%
60
kotoran
40
kuda 20 0 0
1
2
3
4
Waktu(minggu ke-) Grafik V.3 Grafik hubungan antara waktu (minggu ke-) dengan volume gas (cm 3) Dari grafik V.3 merupakan hubungan antara waktu pengamatan dengan volume biogas, pada sampel terlihat bahwa semakin semakin lama waktu waktu inkubasi inkubasi yang yang dilakuka dilakukan n maka semakin semakin tingginy tingginya a laju produks produksii gas bio (volume (volume ketinggian) ketinggian).. Pada penambahan 40% kotoran kuda terlihat bahwa semakin lama waktu umur isian (hari) dari minggu ke-0 sampai dengan minggu ke3 didapat semakin tingginya laju produksi gasbio (volume ketinggian). Begitu juga terlihat pada penambahan penambahan 60% kotoran sapi. Pada hasil percobaan ini terlihat sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa laju produksi gasbio semakin tinggi dan volume gas akan semakin banyak seiring dengan lamanya waktu inkubasi kotoran sapi. (Harahap, Filino, “Teknologi Gas Bio”, Haris Surya Internasional, Pusat Teknologi Pembangunan-ITB, Bandung, 1978)
BAB VI
KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan: 15. Semakin Semakin lama lama waktu umur isian ( hari ) dari minggu minggu ke-0 sampai sampai minggu minggu ke-3 , maka maka semakin semakin tinggi laju produksi produksi biogas ( volume ketinggian ). 16. 16. Sema Semakin kin bany banyak ak kotor kotoran an kuda kuda dan dan limba limbah h ikan ikan pind pindan ang g maka maka dapa dapatt menin meningka gkatka tkan n nilai nilai TSS denga dengan n seirin seiring g peningkatan pada kondisi temperatur. 17. Semakin banyak banyak kotoran kotoran kuda dan limbah ikan pindang pindang maka nilai nilai COD yang diperoleh diperoleh semakin semakin besar.
18. Penambahan H SO
2 4 dalam sampel biogas bertujuan untuk membuat lingkungan asam di dalamnya, dimana zat organik di dalam air dioksidasikan dengan KMnO 4 dalam kondisi asam.
19. Penambahan larutan KMnO dalam sampel biogas berfungsi sebagai indikator yang mengurai zat organik di dalamnya. 20. Titrasi dalam kondisi panas bertujuan untuk mempercepat proses oksidasi zat organik oleh KMnO , karena volume 4
4
titrasi KMnO4 semakin kecil. APPENDIKS
1.
Menghitung normalitas KMnO 4 melalui standarisasi KMnO4 dengan asam oksalat Volume asam oksalat = 10 ml Normalitas asam oksalat = 0,01 N Volume KMnO4 = 25,73 ml N1 x V1 = N2 x V2 N KMnO4 = V asam oksalat x N asam oksalat Volume KMnO4 = 10 x 0,01 25,73 = 0,0039 N
2.
Menghitung konsentrasi (ppm) KMnO 4 Contoh perhitungan untuk biogas konsentrasi 40% Volume rata-rata KMnO 4 (a) = 25,73 ml Normalitas KMnO4 yang sebenarnya (b) = 0,0039N Normalitas asam oksalat (c) = 0,01 N V sampel biogas konsentrasi 40% (d) = 10 ml ppm KMnO 4 = mg KMnO 4/liter =
{ (10 + a ) xb − (10 xc )} x61.6 x1000 d
={(10+25,73) x 0.0039 – (10 x 0.01)} x 61,6 x 1000 10 = 242,38 ppm ( mgr/lt ) Untuk perhitungan dengan variabel sampel yang lainnya
3.
Menghitung massa KMnO 4 Contoh perhitungan untuk biogas konsentrasi 40% ppm KMnO4 = 242,38 ppm ( mgr/lt ) Vrata-rata KMnO 4 = 25,73 ml = 0,02573 liter mg KMnO4 = ppm x Vrata-rata KMnO 4 = 242,38 (mgr/lt) x 0,02573 (liter) = 6,236 mg Untuk perhitungan dengan variabel sampel yang lainnya
4.
mengikuti cara yang diatas.
mengikuti cara yang diatas.
Menghitung COD Contoh perhitungan untuk biogas konsentrasi 40% BM KMnO4 = 158 gr/mol BE KMnO4 = 158 gr/mol BM O2 = 32 gr/mol mg KMnO4 = 40,78 mg COD
=
mgKMnO4 BMKMnO4
xBEKMnO4 xBMO2
=
6,236 x 158 x 32 158 = 199,552 mg/lt Untuk perhitungan dengan variabel sampel yang lainnya 5.
mengikuti cara yang diatas.
Menghitung TS TSS Contoh perhitungan untuk biogas konsentrasi 40% Berat cawan kosong, Wo = 29,5 gr Berat cawan + sampel - Sebelum dioven, W1 = 39,5 gr
- Setelah dioven, W 2 Volume sampel
TSS
=
W 1
= 30,5 gr = 10 ml
− W 0
volumesampel
× 1000
= 39,5 – 30,5 x 1000 10 = 900 gr/liter Inorganik terlarut =
Organ rganik ik ter terlaru larutt
W 2 −W 0
x 1000 V sampel
=
30,5 − 29,5 10
x 1000
= 100 gr/lt = TSS TSS – Inorga rganik terla rlarut rut = 900 – 100 = 800 gr/lt
Untuk perhitungan dengan variabel sampel yang lainnya 6.
mengikuti cara yang diatas.
Menghitung vo volume ga gas ya yang di dihas ilil ka kan. Contoh perhitungan untuk biogas konsentrasi 40% hawal = 3,6 cm hakhir = 3,2cm ∆h = 0,4 cm Lalas botol = π x r 2 = π x 3 2 = 28,26 cm2 Volume gas = L alas botol x ∆h = 28,26 cm2 x 0,4 cm = 11,304 cm 3 Untuk perhitungan dengan variabel sampel yang lainnya
mengikuti cara yang diatas.