AplikasiAplikasi PasanganPasangan ElektrodaElektroda Al Al –– Al Al

untukuntuk PengolahanPengolahan Air Air BersihBersih dengandengan

SistemSistem KontinyuKontinyu

SIDANG HASIL TUGAS AKHIR

Oleh:Oleh:Karina Rindang Trapsilasiwi

3306.100.030

Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya

2010

Dosen Pembimbing :Abdu Fadli Assomadi, S.Si., MT.

BAB I PENDAHULUANBAB I PENDAHULUAN

� LATAR BELAKANG

� RUMUSAN MASALAH

� RUANG LINGKUP

� TUJUAN PENELITIAN� TUJUAN PENELITIAN

� MANFAAT PENELITIAN

LATAR BELAKANGLATAR BELAKANG

Jumlah

Penduduk

Kebutuhan

Kualitas Air

Baku Air

Minum

Kegiatan

Manusia

Kebutuhan

Bahan

Kimia

HargaEfisiensi

Metode Alternatif

Pengolahan

Kebutuhan

Air

Harga

Pengolahan

Efisiensi

Pengolahan

ELEKTROKOAGULASIELEKTROKOAGULASI

RUMUSAN MASALAHRUMUSAN MASALAH

• Pengaruh waktu kontak dan kuat arus terhadap

efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada

pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem

batch.batch.

• Pengaruh debit aliran dan kuat arus terhadap

efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada

pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem

kontinyu.

• Perbandingan biaya yang diperlukan antara metode

elektrokoagulasi dengan metode jartest.

RUANG LINGKUPRUANG LINGKUP

• Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium di

laboratorium PDAM Karang Pilang Surabaya

menggunakan sistem batch dan dilanjutkan dengan

sistem kontinyu.sistem kontinyu.

• Sampel yang digunakan adalah sampel effluen

prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya yang

merupakan air influen proses flash mix PDAM Karang

Pilang I Surabaya dengan kriteria:

– Kekeruhan = 100 - 150 NTU

– pH = 6 - 8

Lanjutan…

• Elektroda yang digunakan adalah plat

Alumunium (Al) sebagai anoda dan katoda.

• Jarak antar plat 1,5 cm dan tegangan yang

digunakan 9 Volt digunakan 9 Volt

• Variasi yang digunakan pada sistem batch

adalah :

– Variasi waktu kontak: 30, 40, 60, 120 detik

– Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 Ampere.

Lanjutan…

• Variasi yang digunakan pada sistem kontinyu

adalah :

– Variasi debit

• Parameter yang diukur pada sistem batch adalah

kekeruhan, warna, pH, dan konduktivitas.

• Parameter yang diukur pada sistem kontinyu

adalah kekeruhan warna, pH, dan konduktivitas

TUJUAN PENELITIANTUJUAN PENELITIAN

• Menentukan pengaruh waktu kontak dan kuat arus yang

efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta

warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan

sistem batch.sistem batch.

• Menentukan pengaruh debit aliran dan kuat arus yang

efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta

warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan

sistem kontinyu.

• Menganalisa perbandingan biaya yang diperlukan antara

metode elektokoagulasi dengan metode jartest.

MANFAAT PENELITIANMANFAAT PENELITIAN

Memberikan alternatif pengganti bahan

kimia (alum) pada pengolahan air minum

PDAM.PDAM.

BAB II TINJAUAN PUSTAKABAB II TINJAUAN PUSTAKA

� ELEKTROKIMIA

� ELEKTROKOAGULASI

� Mekanisme Dalam

ElektrokoagulasiElektrokoagulasi

� Logam Yang Digunakan

� Reaksi Yang Terjadi

� Pelarutan Logam

ELEKTROKIMIAELEKTROKIMIA

• Menurut Sawyer et al. (1995), elektrokimia adalah

studi mengenai hubungan antara reaksi kimia dengan

energi listrik.

• Menurut Benefield et al. (1982), ada dua macam sel

elektrokimia, yaitu :

– Sel Galvani atau Sel Volta

– Sel Elektrolisa

ELEKTROKOAGULASIELEKTROKOAGULASI

• Definisi Elektrokoagulasi :

– Menurut Holt et al. (2004)

metode elektrokimia untuk pengolahan air dimana pada anoda

terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya

alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katodaalumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda

terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen

– Menurut Mollah (2004)

proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisik dengan

menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan

untuk mengolah air

Mekanisme Dalam ElektrokoagulasiMekanisme Dalam Elektrokoagulasi

Logam Yang DigunakanLogam Yang Digunakan

• Alumunium merupakan logam yang sering

digunakan sebagai elektroda dalam proses

elektrokoagulasi.

• Ion positif (kation) aluminium yang terlepas• Ion positif (kation) aluminium yang terlepas

(tergantung pada kondisi polutan, pH, dan

konsentrasi larutan) secara langsung berinteraksi

dengan polutan dan akan terjadi hidrolisa

membentuk ion kompleks.

Reaksi Yang TerjadiReaksi Yang Terjadi

Reaksi elektrokimia dengan logam M sebagai anoda

sekaligus katoda adalah sebagai berikut :

• Pada Anoda :

M(s) � M(aq)n+ + ne- (2.1)

2 H2O(l) � 4H+(aq) + O2(g) + 4e- (2.2)

• Pada Katoda :

M(aq)n+ + ne- � M(s) (2.3)

2 H2O(l) + 2e- � H2(g) + 2OH- (2.4)

Pelarutan LogamPelarutan Logam

nx F

Ixtx Mrw =

Dimana :Dimana :

w = berat aluminium yang larut (gram)

I = kuat arus yang digunakan (Ampere)

t = waktu kontak (detik)

Mr = berat molekul aluminium, yaitu 27 gram. Mol

n = valensi aluminium, yaitu 3

F = konstanta Faraday, 96500 Coulomb/mol

BAB III METODOLOGI PENELITIANBAB III METODOLOGI PENELITIAN

� Kerangka Penelitian

� Reaktor Elektrokoagulasi

� Sistem Batch

� Sistem Kontinyu� Sistem Kontinyu

KerangkaKerangka PenelitianPenelitian

CCStudi Literatur

Ide Penelitian

Persiapan alat dan bahan

AA

Persiapan Bahan :

• Sampel yang berasal dari effluen prosesprasedimentasi PDAM Karang Pilang ISurabaya dengan kriteria :

Kekeruhan : 100 -150 NTUpH : 6 - 8

Persiapan Alat :

• Reaktor dari akrilik10x10x15cm (Batch)

• Reaktor dari kaca (kontinyu)• Elektroda Alumunium• Adaptor dll

Lanjutan…

AA

DD

Percobaan Pendahuluan (Sistem Batch) :• Variasi waktu kontak : 30; 40; 60; 120 detik• Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 ampere• Tegangan : 9 V, jarak antar elektroda : 1,5 cm• Menggunakan elektroda Alumunium (Al)

BB

• Menggunakan elektroda Alumunium (Al)• Pengadukan dengan Magnetik Stirer (200rpm dan 50rpm)

Waktu kontak dan kuat arus yang paling optimum

Lanjutan…

DD

Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) :� Waktu kontak dan kuat arus paling efektif dari

percobaan pendahuluan digunakan sebagai acuanuntuk menentukan kuat arus dan variasi padavariabel debit yang digunakan di dalam

BB

CC

DDvariabel debit yang digunakan di dalamPercobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu)

•Variabel debit� Menggunakan elektroda Alumunium (Al)� Tegangan : 9 V� Jarak antar elektroda : 1,5 cm

Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Reaktor ElektrokoagulasiReaktor Elektrokoagulasi

Gambar Reaktor dengan Sistem Batch

Efluen prasedimentasi

Lanjutan…

Gambar Reaktor dengan Sistem Kontinyu

BAB IV DATA &PEMBAHASANBAB IV DATA &PEMBAHASAN

� SISTEM BATCH

� Analisa Kekeruhan

� Analisa Warna

� Analisa DHL

� Analisa pH

� Perbandingan dengan Jartest� Perbandingan dengan Jartest

� SISTEM KONTINYU

� Analisa Kekeruhan

� Analisa Warna

� Analisa DHL

� Analisa pH

� Analisa Efisiensi Arus

� ANALISA BIAYA

SISTEM SISTEM BATCHBATCH

No PerlakuanKombinasi Variasi

(Waktu Kontak dan Kuat Arus)1 Perlakuan 1 30 detik dan 0,3 Ampere2 Perlakuan 2 30 detik dan 0,6 Ampere3 Perlakuan 3 30 detik dan 0,9 Ampere4 Perlakuan 4 30 detik dan 1,2 Ampere5 Perlakuan 5 40 detik dan 0,3 Ampere5 Perlakuan 5 40 detik dan 0,3 Ampere6 Perlakuan 6 40 detik dan 0,6 Ampere7 Perlakuan 7 40 detik dan 0,9 Ampere8 Perlakuan 8 40 detik dan 1,2 Ampere9 Perlakuan 9 60 detik dan 0,3 Ampere

10 Perlakuan 10 60 detik dan 0,6 Ampere11 Perlakuan 11 60 detik dan 0,9 Ampere12 Perlakuan 12 60 detik dan 1,2 Ampere13 Perlakuan 13 120 detik dan 0,3 Ampere14 Perlakuan 14 120 detik dan 0,6 Ampere15 Perlakuan 15 120 detik dan 0,9 Ampere16 Perlakuan 16 120 detik dan 1,2 Ampere

AnalisaAnalisa KekeruhanKekeruhan

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai

prosentase penurunan kekeruhan terbesar yaitu 87%

AnalisaAnalisa WarnaWarna

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai

prosentase penurunan warna terbesar yaitu 59,03%

AnalisaAnalisa DHLDHL

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai

prosentase penurunan DHL terbesar yaitu 27,60%

AnalisaAnalisa pHpH

Lanjutan…

Kombinasi variasi kuat arus dan waktu kontak yang

digunakan pada masing-masing perlakuan, mengakibatkan

terjadinya perubahan nilai pH di dalam air sampel. Namun

perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan

meningkat serta menurun.

PerbandinganPerbandingan dengandengan JartestJartest

No Pengamatan

Metode Elektrokoagulasi

Metode Jartest

Sebelum proses

Setelah proses

Sebelum proses

Setelah proses

1 Kekeruhan 120 NTU 15,6 NTU 105 NTU 13 NTU

2% Removal Kekeruhan

87% 87,60%2Kekeruhan

87% 87,60%

3 Warna2,7035

mg/l Pt-Co1,1076

mg/l Pt-Co2,7337

mg/l Pt-Co1,0857

mg/l Pt-Co

4% Removal Warna

59,03% 60,28%

5 DHL435

µmhos/cm315

µmhos/cm446

µmhos/cm404

µmhos/cm

6 % Removal DHL 27,60% 9,42%

7 pH 7,58 7,56 7,45 7,25

Lanjutan…

Hasil Pengamatan :� Waktu pembentukan flok pada proses

elektrokoagulasi lebih cepat daripada jartest.

� Flok dari proses elektrokoagulasi berukuran lebih

besar dengan kandungan air yang sedikit dan lebih

stabil.stabil.

� Lumpur yang dihasilkan dari proses elektrokoagulasi

relatif sedikit, stabil, dan mudah dipisahkan karena

berasal dari oksida logam.

Lanjutan…

Perhitungan Biaya Pengolahan :1. Metode Elektrokoagulasi

� Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi :

= Tarif listrik total + Harga total plat Al

= Rp 0,13365/Liter + Rp 0,6/Liter

= Rp 0,73365/Liter

2. Metode Jartest2. Metode Jartest

� Harga total yang diperlukan untuk metode jartest :

= Dosis alum x Harga alum per gram

= 0,04 gram/L x Rp 2.700/kg

= Rp 0,108/Liter

Lanjutan…Metode jartest masih lebih murah bila dibandingkan

dengan metode elektrokoagulasi. Namun metode

elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada

metode dengan pembubuhan bahan kimia. Pada metode

elektrokoagulasi, ion Al3+ yang digunakan sebagai koagulan

bersifat lebih murni dikarenakan berasal dari logam yang

memiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahanmemiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahan

kimia. Disamping itu, pada metode pembubuhan bahan

kimia berupa alum diperlukan penambahan larutan yang

bersifat basa, dikarenakan pH yang dihasilkan dari proses

koagulasi tersebut cenderung turun drastis. Sehingga biaya

operasional dari penggunaan bahan kimia dapat lebih

mahal bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi.

SISTEM KONTINYUSISTEM KONTINYU

� Qelektrokoagulasi =

=

=

td

volume

ik

L

det120

5,24

Perhitungan debit dan kuat arus yang digunakan :

= 0,2 L/detik = 12 L/menit

� Kuat arus kontinyu = Ibatch x Qelektrokoagulasi

= 0,9 A x 12 L/menit

= 10,8 A ≈ 10 A

� =

=

2 Ampere = 2,5 L/menit

5gulasielektrokoaQ

5kontinyuI

5

12 menitL

5

10Ampere

Lanjutan…

No Perlakuan

Kombinasi Variasi

(Kuat Arus dan Debit)

Variasi Perlakuan pada Sistem Kontinyu

1 Perlakuan 1 2 Ampere dan 2,5 L/menit

2 Perlakuan 2 2 Ampere dan 2 L/menit

3 Perlakuan 3 2 Ampere dan 1,5 L/menit

AnalisaAnalisa KekeruhanKekeruhan

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif

untuk menurunkan kekeruhan pada air sampel dengan sistem

kontinyu, meskipun penurunan % perubahan kekeruhan dapat

terjadi pada waktu lebih cepat.

AnalisaAnalisa WarnaWarna

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif

untuk menurunkan warna pada air sampel dengan sistem

kontinyu, meskipun penurunan % perubahan warna dapat terjadi

pada waktu lebih cepat.

AnalisaAnalisa DHLDHL

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif

untuk menurunkan DHL pada air sampel dengan sistem kontinyu,

meskipun penurunan % perubahan DHL dapat terjadi pada

waktu lebih cepat.

AnalisaAnalisa pHpH

Kombinasi variasi debit aliran dan waktu pengambilan sampel

mengakibatkan terjadinya perubahan nilai pH di dalam air

sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung

meningkat, melainkan meningkat serta menurun.

AnalisaAnalisa EfisiensiEfisiensi ArusArus

Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit)

� Berdasarkan hasil penimbangan

• Berat awal plat Al (w1) = 2398 gram

• Berat akhir plat Al (w2) = 2395,3 gram

• Berat plat Al yang melarut (w) = w1 – w2

= 2398 – 2395,7= 2398 – 2395,7

= 2,3 gram

� Secara teoritis

•

•

• w = 2,686 gram

nxF

IxtxMrw =

965003

27det144002

x

ikxAxw =

Lanjutan…

Berdasarkan hasil perhitungan berat plat terlarut

dengan penimbangan maupun secara teoritis, maka

dapat dihitung efisiensi arus yang terjadi, yaitu sebesar :

Φ x 100 Mtheo

M

∆∆= exp

x 100

= 85,63%

686,2

3,2=

ANALISA BIAYAANALISA BIAYA

Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit)� Tegangan (V) = 9 Volt

� Kuat arus (I) = 2 Ampere

� Waktu operasi (t) = 240 menit = 14400 detik

� Debit aliran (Q) = 2,5 L/menit� Debit aliran (Q) = 2,5 L/menit

� Volume sampel yang diolah = Q x t

= 600 Liter

� Daya (P) = V x I

= 9volt x 2Ampere

= 18 watt

Lanjutan…

� Energi listrik yang dibutuhkan (W) untuk 600L sampel

W = P x t

= 0,072 kwh (per 600 liter)

� Energi listrik yang dibutuhkan (W) per liter� Energi listrik yang dibutuhkan (W) per liter

W

= 0,00012 kwh/liter

� Tarif listrik total = W x Tarif listrik/kwh

= 0,00012 kwh/L x Rp 495,00/kwh

= Rp 0,0594/Liter

Lanjutan…

� Berat plat Al yang melarut = 2,3 gram (per 600 liter)

� Berat plat Al per liter

= 0,0038 gram/liter

� Harga total plat Al � Harga total plat Al

= Rp 0,228/Liter

� Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi :

= Tarif listrik total + Harga total plat Al

= Rp 0,0594/Liter + Rp 0,228/Liter

= Rp 0,2874/Liter

= Rp 287,4/m3

BAB IV KESIMPULAN & SARANBAB IV KESIMPULAN & SARAN

� KESIMPULAN

� SARAN

KESIMPULANKESIMPULAN

� Hasil dari percobaan pendahuluan dengan menggunakan sistem

batch didapatkan bahwa waktu kontak selama 120 detik dan kuat

arus sebesar 0,9A merupakan variasi yang efektif untuk dapat

menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 87% dan 59,03%.

� Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem� Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem

kontinyu didapatkan bahwa debit aliran sebesar 1,5 L/menit dan

kuat arus sebesar 2A merupakan variasi yang efektif untuk dapat

menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 84,15% dan 52,43%.

� Metode jartest lebih murah 7x daripada metode elektrokoagulasi,

namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan

daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia tersebut.

SARANSARAN

� Perlu dilakukan analisa lebih lanjut dengan

menggunakan variasi kekeruhan sampel pada sistem

kontinyu.

� Perlu dilakukan analisa sisa ion Al3+ yang terdapat

pada air hasil pengolahan dan dibandingkan dengan

metode jartest.