ADSORPSI DAN REGENERASI KARBON AKTIF DALAM PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI FARMASI TERHADAP PENURUNAN KADAR CHEMICAL OXYGEN DEMAND
ANDRIANI SILFIANA (21080116120002) BYHAQI NUGROHO (21080116120016) (21080116120016)
DEPARTEMEN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 2018
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ................................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. ....................... iii DAFTAR TABEL ............................................. ............................................................................. iv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ................................................................................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah ............................................................................................................ 1
1.3
Tujuan............................................................................................................................... 2
1.4
Manfaat............................................................................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................................... 3 2.1
Pengertian Industri Farmasi ............................................................................................. 3
2.2
Adsorpsi ........................................................................................................................... 4
2.3
Chemical Oxygen Demand (COD) .................................................................................. 5
2.4
Karbon aktif...................................................................................................................... 5
BAB III METODOLOGI PELAKSANAAN ................................................................................. 7 3.1
Pendekatan Penelitian ...................................................................................................... 7
3.2
Variabel Penelitian ........................................................................................................... 7
3.3
Tahapan Penelitian ........................................................................................................... 7
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 10
ii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Batubara Karbon Aktif ................................................ ................................................... 6 Gambar 2 Tempurung Kelapa Karbon Aktif .................................................................................. 6
iii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Karakteristik Air Limbah Industri Farmasi .............................................. ........................ 4 Tabel 2. Dosis Adsorben dan Waktu Kontak ................................................. ................................. 7
iv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan arang aktif (karbon aktif) di Indonesia terus meningkat sejalan dengan meningkatnya permintaan arang aktif untuk berbagai kepe rluan baik untuk industri, lingkungan dan kesehatan. Industri yang menggunakan arang aktif antara lain industri makanan dan minuman, air mineral, petrokimia, kimia, farmasi dan kedokteran. Salah satu metode yang sering digunakan untuk mengolah air limbah industri farmasi adalah dengan metode adsorpsi. Adsorpsi dianggap sebagai metode pengolahan air limbah yang terbaik karena biaya yang diperlukan murah dan mudah dalam proses operasinya (Ali et al., 2012). Dari berbagai jenis material yang dapat digunakan sebagai adsorben seperti alumina, silika, zeolit, dan karbon aktif, jenis adsorben yang paling sering digunakan untuk mengadsorpsi adalah karbon aktif (Gupta et al ., 2009). Adsorben karbon memiliki luas permukaan (dapat dianalisis dengan metode BET) dan volume massa yang tinggi [1]. Proses adsorpsi menggunakan karbon aktif sangat bermanfaat dan efektif dalam memurnikan air limbah industri dan B3, karena dapat menghilangkan polutan organik dari air. Karbon aktif dapat dibuat dari beragam jenis material yang mengandung karbon seperti batu bara, tempurung kelapa, cangkang kelapa sawit, sekam padi, serbuk gergaji, dll (Ali et al., 2012). Dalam penelitian ini, material yang dipilih sebagai bahan baku karbon aktif adalah tempurung kelapa dan batu bara. Pemilihan tempurung kelapa dan batu bara sebagai bahan baku karbon aktif dikarenakan tingginya karbon yang terdapat pada tempurung kelapa dan batu bara sehingga diharapkan dapat menghasilkan karbon aktif dengan daya adsorpsi yang tinggi. Penerapan proses adsorpsi pada pengolahan air limbah industri farmasi dapat menurunkan kadar COD sebesar 71,1% menggunakan karbon aktif granular . 1.2 Rumusan Masalah 1.
Bagaimana gambaran umum dari farmasi dan karbon aktif?
2.
Bagaimana cara menurunkan kadar COD pada air limbah industry farmasi dengan adsorpsi karbon aktif?
3.
Bagaimana efektivitas adsorpsi karbon aktif dalam menurunkan kad ar COD pada air limbah industry farmasi? 1
1.3 Tujuan 1.
Mengetahui gambaran umum dari farmasi dan karbon aktif
2.
Mengetahui cara menurunkan kadar COD pada air limbah industry farmasi dengan adsorpsi karbon aktif?
3.
Mengetahui efektivitas adsorpsi karbon aktif dalam menurunkan kada r COD pada air limbah industry farmasi?
1.4 Manfaat 1.
Menambah wawasan mengenai cara penurunan kadar COD pada air limbah industry farmasi
2.
Mengetahui proses adsorpsi karbon aktif pada air limbah industry farmasi
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Industri Farmasi Farmasi (bahasa Inggris: pharmacy, bahasa Yunani: pharmacon, yang berarti: obat) merupakan salah satu bidang profesional kesehatan yang merupakan kombinasi dari ilmu kesehatan dan ilmu kimia, yang mempunyai tanggung-jawab memastikan efektivitas dan keamanan penggunaan obat. Ruang lingkup dari praktik farmasi termasuk praktik farmasi tradisional seperti peracikan dan penyediaan sediaan obat, serta pelayanan farmasi modern yang berhubungan dengan layanan terhadap pasien (patient care) di antaranya layanan klinik, evaluasi efikasi dan keamanan penggunaan obat, d an penyediaan informasi obat. Industri farmasi merupakan industri yang terdiri dari fasilitas-fasilitas yang bergerak dalam proses pembuatan produk obat-obatan. Adapun tahapan dalam pembuatan produk farmasi terdiri dari 3 tahap utama, yakni: riset dan pengembangan; konversi dari bahan organik dan alami menjadi sediaan farmasi melalui proses fermentasi, ekstraksi maupun sintesis kimia; dan formulasi menjadi produk farmasi akhir. Proses sintesis kimia menghasilkan emisi gas berupa gas VOC dari ventilasi reaktor dan gas asam (halogen acids, sulphur dioxide, nitrous oxide), serta emisi fugitive dari pompa atau tangki. Sedangkan limbah cair dihasilkan dari penggunaan pelarut, katalis, dan reaktan. Proses ekstraksi biologi menghasilkan emisi gas berupa uap pelarut dan VOC dari ekstraksi bahan baku. Sedangkan limbah cair yang dihasilkan berasal dari penggunaan pelarut dan juga produk hasil ekstraksi. Pada proses fermentasi limbah cair yang dihasilkan berasal dari kaldu yang digunakan. Proses pencampuran dan formulasi menghasilkan limbah cair yang berasal dari air bekas pencucian alat-alat, tumpahan, dan kebocoran produk farmasi.
3
Parameter
Range
pH
6,2-7
Warna
-
TDS (mg/L)
600-1300
TSS (mg/L)
690-930
BOD ( mg/L)
1300-1800
COD (mg/L)
2500-3200
Alkalinitas sebagai CaCO3 (mg/L)
90-180
Kekeruhan (mg/L)
2,2-3,0
Phenol (mg/L)
95-125
Tabel 1. Karakteristik Air Limbah Industri Farmasi
Limbah medis meliputi limbah farmasi merupakan salah satu limbah berbahaya dan membawa sejumlah besar bakteri patogen, sehingga dapat menimbulkan ancaman baik terhadap lingkungan dan kesehatan manusia jika tidak didaur ulang dan dibuang dengan benar, terutama di negara berkembang[2]. 2.2 Adsorpsi Adsorpsi atau penyerapan adalah
suatu
proses
yang
terjadi
ketika
suatu fluida, cairan maupun gas, terikat kepada suatu padatan atau cairan (zat penjerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terjerap, adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, di mana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya. Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, di mana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang aktif atau karbon aktif. Selain karena harganya yang murah, kegunaannya juga banyak. Karbon aktif atau arang aktif di buat dengan cara membakar tempurung kelapa 4
atau kayu dengan kondisi udara (oksigen) yang terbatas (semi vakum). Arang aktif banyak di gunakan dalam berbagai bidang, baik bidang industri ataupun kesehatan. 2.3 Chemical Oxygen Demand (COD) COD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik yang terdapat dalam limbah cair dengan memanfaatkan oksidator kalium dikromat sebagai sumber oksigen. Chemical Oxygen Demand (COD) dapat menggambarkan tingkat senyawa organic, yang merupakan indikator utama untuk memantau limbah dan residu yang dihasilkan dari suatu industry atau bidang tertentu[3]. Angka COD me rupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi melalui proses biologis dan dapat menyebabkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air. Beberapa bahan organik tertentu yang terdapat pada air limbah, kebal terhadap degradasi biologis dan ada beberapa diantaranya yang beracun meskipun pada konsentrasi yang rendah. Bahan yang tidak dapat didegradasi secara biologis tersebut akan didegradasi secara kimiawi melalui proses oksidasi, jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi tersebut dikenal dengan Chemical Oxygen Demand . Kadar COD dalam air limbah berkurang seiring dengan berkurangnya konsentrasi bahan organik yang terdapat dalam air limbah, konsentrasi bahan organik yang rendah tidak selalu dapat direduksi dengan metode pengolahan yang konvensional. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air. Maka konsentrasi COD dalam air harus memenuhi standar baku mutu yang telah ditetapkan agar tidak mencemari lingkungan. Berdasarkan Kep MenLH No. 51 Tahun 1995 baku mutu limbah cair untuk industri farmasi adalah 500 mg/l pada proses pembuatan bahan formula dan 200 mg/l pada formulasi (pencampuran) (mg/l) 2.4 Karbon aktif Karbon aktif menjadi salah satu bahan salah satu bahan paling penting yang digunakan di seluruh dunia selama berabad-abad dan merupakan salah satu bahan adsorben yang paling relevan di masyarakat dan di berbagai bidang aktivitas manusia. Karbon aktif dapat digunakan pada berbagai macam aplikasi seperti pada penggunaan obat, pemisahan gas dan penghilangan bau, serta pembuangan polutan[4]. Karbon aktif digunakan untuk 5
mengurangi micropollutants organik dalam pengolahan air limbah. Dalam memproduksi karbon aktif agar tidak menimbulkan pencemaran, dilakukan dengan menggunakan bahan baku terbarukan[5]. Tempurung kelapa dan batubara adalah contoh suatu bahan yang kualitasnya cukup baik dijadikan karbon aktif proses pembuatannya yang mudah. Karbon aktif terdiri dari 87%-97% karbon dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur, dan nitrogen serta senyawa-senyawa lain yang terbentuk dari proses pembuatannya. Untuk mengetahui karakteristik karbon aktif telah tersedia berbagai teknologi yang sangat membantu. Beberapa diantara teknologi tersebut adalah FTIR ( Fourier Transform Infrared ) Spectroscopy, SEM (Scanning Electron Microscope), dan XRD ( X-ray Diffraction).
Gambar 1. Batubara Karbon Aktif
Gambar 2. Tempurung Kelapa Karbon Aktif
6
BAB III METODOLOGI PELAKSANAAN
3.1 Pendekatan Penelitian Penelitian ini merupakan eksperimen yang dilakukan terhadap air limbah industri farmasi dengan menggunakan metode adsorpsi. Penggunaan adsorben dilakukan secara batch adsorpsi skala laboratorium untuk mengetahui penurunan kadar COD pada air limbah dari industri farmasi yakni PT. Kimia Farma (Persero) Tbk. Pendekatan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah pendekatan kuantitatif. Pendekatan kuantitatif yang dimaksudkan dilakukan dengan mengumpulkan data primer yaitu karakterisasi adsorbent; pH dan kadar COD air limbah industri farmasi; kemampuan adsorpsi adsorben yang divariasikan berdasarkan dosis adsorben tersebut dan waktu kontak. Sedangkan data sekunder didapatkan dari buku dan jurnal-jurnal terkait. 3.2 Variabel Penelitian Variabel terikat dalam penelitian ini adalah pengurangan kadar COD pada air limbah industri farmasi. Sedangkan variabel bebas dalam penelitian ini adalah dosis adsorben dan waktu kontak. Dosis adsorben(g/L)
Waktu kontak (menit)
10
30
20
60
30
90
40
120
50
150
Tabel 2. Dosis Adsorben dan Waktu Kontak
3.3 Tahapan Penelitian 3.3.1 Persiapan adsorben Adsorben yang digunakan untuk penelitian ini adalah karbon aktif berbahan dasar batu bara dengan merek dagang CarboTech dan karbon aktif berbahan dasar tempurung kelapa dengan merek dagang Haycarb. Karbon aktif tempurung kelapa dan batu bara dicuci terlebih dahulu dengan menggunakan air suling kemudian 7
dipanaskan pada oven suhu 105oC selama 24 jam. Sebelum digunakan untuk proses adsorpsi, kedua jenis adsorben tersebut diuji dahulu karakteristiknya dengan uji SEM dan FTIR. 3.3.2 Pengambilan dan Pengawetan Sampel Air Limbah Industri Farmasi Air limbah yang akan menjadi objek penelitian berasal dari air limbah PT. Kimia Farma (Persero) Tbk yakni unit ARV. Kemudian sampel diawetkan dengan cara didinginkan pada suhu <4oC yang sesuai dengan SNI 6989.58:2008 Air dan Air Limbah – Bagian 57: Metoda Pengambilan Contoh Air Permukaan Lampiran B. 3.3.3 Pengujian Karakteristik Air Limbah Karakteristik air limbah yang diuji yakni pH dengan menggunakan pH meter dan juga COD dengan metode spektrofotometri menggunakan spektrofotometer DR 5000. 3.3.4 Proses Batch Adsorpsi Proses batch adsorpsi akan dilakukan pada suhu ruang yaitu sekitar 25oC. Pada percobaan disiapkan botol plastik dengan kapasitas 300 mL sebanyak 10 buah. Pada masingmasing botol plastik dimasukkan 100 mL sampel air limbah industri lalu ditambahkan adsorben karbon aktif tempurung kelapa dan batu bara sebanyak 1 gram, 2 gram, 3 gram, 4 gram dan 5 gram. Kemudian botol-botol tersebut disusun di atas shaker dan diaduk dengan kecepatan 150 rpm selama 30 menit. Lalu kembali dilakukan pengukuran COD. Kemudian percobaan dilakukan lagi dengan waktu kontak yang berbeda yakni 60 menit, 90 menit, 120 menit, 150 menit. 3.3.5 Proses Regenerasi Karbon Aktif Dari proses bacth adsorpsi di atas diperoleh waktu kontak dan dosis adsorben optimum. Kemudian kembali dilakukan proses adsorpsi menggunakan dosis dan waktu kontak optimum. Adsorpsi dilakukan beberapa kali hingga karbon aktif mencapai kondisi jenuh. Setelah jenuh, karbon aktif direndam dengan larutan NaOH 4% sebanyak 25 mL untuk setiap 1 gram adsorben dalam beaker glass dan diaduk dengan shaker kecepatan 150 rpm selama 2 jam. Setelah 2 jam, larutan NaOH 4% dibuang. Kemudian karbon aktif tersebut direndam dengan air suling suhu >90oC sebanyak 300 mL selama sekitar 20 menit. Kemudian adsorben diletakkan di atas cawan untuk dipanaskan dalam oven dengan suhu 105o selama 1 jam. Setelah keluar 8
dari oven, cawan yang berisi adsorben dimasukkan ke dalam desikator selama 20 menit sebelum kemudian ditimbang beratnya. Setelah itu adsorben digunakan kembali untuk bacth adsorpi. Tahap ini disebut tahap readsorpsi. Sama halnya dengan tahap adsorpsi, tahap readsorpsi juga dilakukan pada waktu kontak yang optimum. Proses yang sama terus dilakukan hingga regenerasi dilakukan sebanyak 3 kali.
9
DAFTAR PUSTAKA
[1]
M. Abdollahi, E. N. Lay, and E. Sanjari, “Experimental Analysis on Effects of Cycling Operation of Methane Adsorption and Desorption on Monolithic Activated Carbon,” Energy Procedia, vol. 141, pp. 332 – 338, 2017.
[2]
Z. He, Q. Li, and J. Fang, “The solutions and recommendations for logistics problems in the collection of medical waste in China,” Procedia Environ. Sci., vol. 31, pp. 447 – 456, 2016.
[3]
B. Yang, Y. Liu, F. Ou, and M. Yuan, “Temporal and spatial analysis of COD concentration in East Dongting Lak e by using of remotely sensed data,” Procedia Environ. Sci., vol. 10, no. PART C, pp. 2703 – 2708, 2011.
[4]
E. Tchikuala, P. Mourão, and J. Nabais, “Valorisation of Natural Fibres from African Baobab Wastes by the Production of Activated Carbons for Adsorption of Diuron,” Procedia Eng., vol. 200, pp. 399 – 407, 2017.
[5]
F. Benstoem et al., “Elimination of micropollutants by activated carbon produced from fibers taken from wastewater screenings using hydrothermal carbonization,” J. Environ. Manage., vol. 211, pp. 278 – 286, 2018.
10
