EFEKTIVITAS ARANG AKTIF SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2006

Bnn PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Efektivitas Arang aktif sebagai Adsorben Pada Pengolahan Air Limbah adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, September 2006

Alfi Rumidatul NIM E051030261

ABSTRAK

ALFI RUMIDATUL. Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah. Dibimbing oleh KURNIA SOFYAN sebagai ketua dan GUSTAN PARI sebagai anggota. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mencari kondisi yang optimum dalam pembuatan arang aktif dengan retort kapasitas 100 kg dan mengaplikasikan arang aktif yang mempunyai kualitas terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk gergaji, kayu Mangium (Acacia mangium) dan tempurung kelapa (Coconus nucifera). Kondisi proses aktivasi arang adalah suhu aktivasi 700 ºC, waktu steam 1, 2 dan 3 jam serta tanpa steam sebagai kontrol. Peningkatan mutu arang aktif dilakukan dengan menggunakan larutan H3PO4 5 %. Pengkajian perubahan pola struktur dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer infra merah, difraksi sinar –X dan mikroskop elektron. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas arang aktif terbaik diperoleh dari kayu Mangium (Acacia mangium) yang direndam dengan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan uap H2O yang menghasilkan rendemen 40,54 %; kadar air 5,25 %; kadar abu 2,31 %; kadar zat terbang 7,01 %; dan kadar karbon terikat 90,69 %. Sifat lainnya yaitu daya serap iod 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % dan benzene 7,13 %. Derajat kristalinitas 58,23 %; tinggi lapisan aromatik (Lc) 4,02 nm; lebar lapisan aromatik (La) 4,22 nm; jumlah lapisan aromatik (N) 10,84 dan jarak lapisan aromatik (d) 0,21 nm serta diameter pori 0,14 – 0,35 µm. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga adalah 1 % karena dapat menurunkan Kebutuhan Oksigen Biologis sebesar 98,03 %; zat padat total 97,66 %; minyak dan lemak 76,92 %. Sedangkan nilai pH terjadi peningkatan sebesar 6,15 %. Untuk pengolahan air limbah rumah sakit dengan konsentrasi arang aktif 2 % karena dapat menurunkan nilai pH 17,50 %; zat padat total 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % dan bakteri koli 90 %. Sedangkan Kebutuhan Oksigen Biologis dan Kebutuhan Oksigen Kimia mengalami peningkatan masing-masing sebesar 330,79 % dan 135,91 %. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah industri pelapisan nikel adalah 2 %, karena mampu menurunkan kadar zat padat total 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % dan Cd 71,43 %. Nilai pH mengalami peningkatan 242,84 % dan kadar Pb tetap.

ABSTRACT

ALFI RUMIDATUL. Effectivity Of Activated Charcoal As Adsorbent For Wastewater Treatment. Under the Guidance of KURNIA SOFYAN as the Committee Chairman, and GUSTAN PARI as the Committee Member. The main purpose of this research was to study the optimum condition for production activated charcoal in a retort with 100 kg capacity and to apply the best activated charcoal as adsorbent for wastewater treatment. The raw materials used in this research were wood sawdust, mangium wood (Acacia mangium) and coconut shell. The charcoal was activated using the condition : activating temperature at 700 ºC continued by steaming with H2O for 1, 2, 3 hours and without steaming as a control. In Order to improve the qualities of the activated charcoal, further activation was conducted using H3PO4 solution at 5 % concentration. The possible changes in structure were evaluated using Infrared Spectrophotometry, X-ray Difraction and Scanning Electron Microscope. The results showed that the best quality of activated charcoal was achieved by Acacia mangium by soaking in H3PO4 5 % solution without steaming. The yield of activated charcoal was 40,54 %; moisture content 5,25 %; ash content 2,31 %; volatile matter 7,01 %; fixed carbon 90,69 %. Adsorptive capacity of iodine was 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % and benzene 7,13 %. Degree of crystalinity 58,23 %; height of aromatic layers (Lc) 4,02 nm; width of aromatic layers (La) 4,22 nm; number of aromatic layers (N) 10,84 and distance of aromatic layers (d) 0,21 nm with pore diameter of 0,14 – 0,35 µm. The best concentration of activated charcoal as adsorbent for domestic wastewater treatment was 1 % concentration. It decreased Biological Oxygen Demand (BOD) 98,03 %; Total Suspended Solid 97,66 %; oil and grease 76,92 % and pH value increased 6,15 %. For hospital wastewater treatment, the best condition was achieved using activated charcoal at 2 % concentration. It could decreased pH value 17,50 %; Total Suspended Solid 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % and coliform bacteri 90 %. BOD and Chemical Oxygen Demand (COD) increased 330,79 % and 135,91 %. The best concentration of activated charcoal as adsorbent for nicel coated industry wastewater treatment was 1 % concentration. It decrease Total Suspended Solid 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % and Cd 71,43 %. pH value increase 242,84 %, but Pb value was not changed.

© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006

Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari

Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya

EFEKTIVITAS ARANG AKTIF SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains pada Departemen Teknologi Hasil Hutan

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2006

Judul Tesis : Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah Nama : Alfi Rumidatul NIM : E051030261

Disetujui

Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Kurnia Sofyan Dr. Gustan Pari, MS, APU Ketua Anggota

Diketahui,

Plh. Ketua Program Studi Ilmu Dekan Sekolah Pascasarjana Pengetahuan Kehutanan Dr.Ir. Imam Wahyudi, MS Prof.Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS Tanggal Ujian: 21 September 2006 Tanggal Lulus:

PRAKATA Dengan memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT pada

akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang merupakan salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu

Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

Penelitian yang berjudul “Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada

Pengolahan Air Limbah” ini dapat diselesaikan antara lain berkat bantuan dan

sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima

kasih dan penghargaan yang setinggi- tingginya, khususnya kepada Prof. Dr. Ir.

Kurnia Sofyan, selaku ketua komisi pembimbing dan Dr. Gustan Pari, MS, APU

selaku anggota komisi pembimbing, serta teknisi Laboratorium Pengolahan Kimia

Hasil Hutan dan Energi Biomassa. Ungkapan terimakasih juga disampaikan

kepada suami, anak-anakku, ibu serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih

sayangnya.

Semoga semua yang disajikan ini dapat bermanfaat bagi perkembangan

keilmuan khususnya di bidang Teknologi Hasil Hutan.

Bogor, September 2006

Alfi Rumidatul

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lamongan tanggal 21 november 1974 sebagai anak

pertama dari 2 (dua) bersaudara dari pasangan M. Afandi (almarhum) dan Hj.

Arumiyati.

Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Alun-alun II Lamongan

tahun 1987, pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 di Lamongan tahun

1990 dan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 2 di Lamongan tahun 1993.

Pada tahun 1993 penulis melanjutkan pendidikan tinggi Strata-1 (S1) di Jurusan

Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung

dan lulus tahun 1998.

Penulis mulai bekerja sebagai staf pengajar di Jurusan Teknologi Hasil

Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung pada tahun 1998

sampai sekarang. Pada tahun 2003, penulis memasuki pendidikan tinggi Strata-2

(S2) pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana

Institut Pertanian Bogor.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ......................................................................... viii DAFTAR ISI ........................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................... xv PENDAHULUAN ................................................................................ 1 Latar Belakang ....................................................................... 2 Perumusan dan Pemecahan Masalah ......................................... 3 Tujuan Penelitian ....................................................................... 5 Hipotesis Penelitian ................................................................... 6 Manfaat Penelitian ..................................................................... 6 Kerangka Pemikiran ................................................................... 6 TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 8 Pengertian Arang dan Arang Aktif ........................................... 8 Pembuatan Arang Aktif ............................................................ 9 Sifat dan Struktur Arang Aktif .................................................. 12 Adsorpsi .................................................................................... 16 Kegunaan Arang Aktif ............................................................. 19 Pencemaran Air ......................................................................... 21 Limbah ....................................................................................... 26 BAHAN DAN METODE .................................................................... 29 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................... 29 Bahan dan Alat ......................................................................... 29 Metode Penelitian ...................................................................... 30 Pembuatan Arang ................................................................ 30

Pembuatan Arang Aktif ..................................................... 32 Karakterisasi Pola struktur Arang ....................................... 33 Karakterisasi Struktur Arang Aktif ..................................... 35 Peningkatan Mutu Arang Aktif .......................................... 35 Aplikasi Arang Aktif .......................................................... 35 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 36 Prosedur Penetapan Mutu Arang Aktif .............................. 38 Analisis Kualitas Air ......................................................... 46 Rancangan Percobaan dan Analisis Data …………………….. 47