Laporan Praktikum Pengolahan Limbah Industri

ADSORBSI KARBON AKTIF

Disusun oleh: Tia Muthis Saadah Tiara Octavianing P Yustus Juna Kembaren (091424029) (091424030) (091424031)

Kelas : 3A - TKPB

DosenPembimbing : Ir.Mukhtar .ST.MT. Tanggalpraktikum: 14 Maret 2012 Tanggalpenyerahan: 21 Maret 2012

PRODI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

LATAR BELAKANG Limbah cair industri memiliki karakteristik yang berbeda-beda, tergantung jenis industri itu sendiri. Umumnya, limbah cair tersebut mengandung zat warna maupun padatan yang membuat limbah perlu di-treatment agar saat dibuang ataupun digunakan kembali telah memenuhi standar baku mutu. Treatment yang dapat dilakukan untuk menghilangkan warna dan menurunkan konsentrasi padatan antara lain koagulasi-flokulasi, sedimentasi dan adsorpsi. Namun koagulasi flokulasi memerlukan bahan kimia yang tinggi, sehingga banyak pula digunakan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Karbon aktif digunakan karena memiliki daya serap tinggi, murah dan mudah didapatkan. Karbon aktif sendiri dapat dibuat dari limbah kayu dan batok kelapa. Sehingga penggunaannya dapat mendukung hasil atau produk 3R yang ramah lingkungan, serta meminimasi limbah padat kayu dan batok kelapa tersebut. TUJUAN a. Menentukan kurva breaktrough fluida yang melalui permukaan partikel padatan dalam unggun diam (fixed bed) b. Menghitung kapasitas kemampuan partikel padatan sebagai adsorben DASAR TEORI Adsorpsi atau penyerapan adalah pembentukan lapisan gas pada permukaan padatan atau kadang-kadang cairan. Dalam proses adsorpsi ada zat yang terserap pada suatu permukaan zat lain yang disebut adsorbat, sedangkan zat yang permukaannya dapat menyerap zat lain disebut adsorben. Adsorpsi atau penyerapan berbeda dengan absorpsi atau penyerapan, sebab pada proses absorpsi zat yang terserap menembus ke dalam zat penyerap. Secara kimia absorpsi adalah masuknya gas ke dalam padatan atau lareutan, atau masuknya cairan ke dalam padatan. Sedangkan secara fisika, absorpsi adalah perubahan energi radiasi elektromagnetik, bunyi, berkas partikel, dan lain-lain ke dalam bentuk energi lain jika dilewatkan pada suatu medium. Bila foton diserap akan terjadi suatu peralihan ke keadan tereksitasi (Daintith, 1994). Molekul dan atom dapat menempel pada permukaan dengan dua cara. Dalam fisisorpsi (kependekan dari adsorpsi fisika), terdapat interaksi van der Waals antar adsorpat dan substrat. Antaraksi van der Waals mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisiorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi. Kuantitas energi sekecil ini dapat diadsorpsi sebagai vibrasi kisi dan dihilangkan sebagai gerakan termal. Molekul yang melambung pada permukaan seperti batuan itu akan kehilangan energinya perlahan-lahan dan akhirnya teradsorpsi padapermukaan itu, dalam proses yang disebut akomodasi. Entalpi fisorpsi dapat diukur dengan mencatat kenaikan temperatur sampel dengan kapasitas kalor yang diketahui, dan nilai khasnya berada di sekitar 20 kJ mol-1. Perubahan entalpi yang kecil ini tidak cukup untuk menghasilkan pemutusan ikatan, sehingga molekul yang terfisisorpsi tetap mempertahankan identitasnya, walaupun molekul itu dapat terdistorsi dengan adanya penukaran (Atkins, 1997). Adsorpsi adalah pengumpulan zat terlarut dipermukaan media dan merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau cair yang kontak dengan zat-zat lainnya. Ada

sejumlah hal yang mempengaruhi efektifitas adsorpsi yakni salah satunya adalah jenis adsorban. Salah satu adsorban yang yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum adalah karbon aktif. Arang ini digunakan untuk menghilangkan bau, warna dan rasa air termasuk logam-logam ion berat (Cahyana, 2009). Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan bahanbahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 5001500 m2, 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. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktivasi sebelumnya, oleh karena itu perlu diperhatikan keterangan pada kemasan produk tersebut. Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya gravel, pelet (0.8-5 mm) lembaran fiber, bubuk (PAC : powder active carbon, 0.18 mm atau US mesh 80) dan butiranbutiran kecil (GAC : Granular Active carbon, 0.2-5 mm) dsb. Serbuk karbon aktif PAC lebih mudah digunakan dalam pengolahan air dengan sistem pembubuhan yang sederhana. Menurut SII No.0258 -79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel berikut ini: Spesifikasi karbon aktif Jenis Bagian yang hilang pada pemanasan 950 C. Air Abu Bagian yang tidak diperarang Daya serap terhadap larutan Io

Persyaratan Maksimum 15% Maksimum 10% Maksimum 2,5% Tidak nyata Minimum 20%

METODOLOGI PERCOBAAN Alat dan Bahan Alat: - Peralatan Adsorbsi - Unggun Diam(KarbonAktif) - Turbidimeter - GelasUkur - Stopwatch - Penggaris Bahan: - Air - Bentonit

Prosedur KerjaIsi bak umpan dengan air Pastikan semua kran dalam keadaan terbuka Mengalirkan campuran air & bentonit kedalam kolom unggun bagian atas dengan debit tertentu

Campurkan Bentonit, aduk hingga homogen

Ukur volume filtrate dan konsentrasi zat organik dalam aliran efluen sama dengan konsentrasi di influen

Menggambar kurva hubungan antara konsentrasi zat organic dalam aliran efluen terhadap volume efluen

Menentukan konsentrasi dan volume breaktrough secara grafis

Menghitung kapasitas karbon aktif dari percobaan tersebut

Menganalisa dan membahas hasi lpercobaan yang telah dilakukan

HASIL PERCOBAAN

Komulatif Volume Efluen vs Kekeruhan100 90 80 Kkeruhan (NTU) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Komulatif Volume Efluen (L)

Kapasitas karbon aktif Kecepatan breaktrough untuk karbon aktif Umur unggun total

= 3,80 NTU/Kg = belum dapat ditentukan = belum dapat ditentukan

DATA PENGAMATAN Unggun diam Tinggi (H) = 85,5 cm Diameter = 11,4 cm Ukuran karbon= 1 mm

Air umpan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Density = 0,996 gr/cm3 Kekeruhan = 89,92 NTU Laju alir (debit)= 18,6 ml/s = 1,116 L/menit DHL = 0,444 mS Waktu (menit) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Efluen Volume (L) Komulatif (L) 4,190 4,190 4,150 8,340 4,125 12,465 4,200 16,665 3,150 19,815 3,700 23,515 4,000 27,515 2,000 29,515 2,000 31,515 2,700 34,215 Kekeruhan (NTU) 4,65 1,80 1,80 1,86 2,16 3,01 1,97 1,86 1,74 1,76

PENGOLAHAN DATA Volume tangki umpan Tinggi tangki = 55cm Diameter = 35,5 cm V = phi . D2 . t = . 3,14 . 35,52 . 55 = 54 L Volume unggun Tinggi unggun = 85,5 cm

D = 11,4 cm V = phi . D2 . t = . 3,14 . 11,42 . 85,5 = 8,7 L Kecepatan Pengaliran V = (2.g.H) = (2 x 980 cm/dt2 x 85,5 cm) = 409,36 cm/dt Kecepatan Volume Unggun V = 1/waktu tinggal Waktu tinggal = 1/t [1/jam] = V/Q = 8,7 L /( 1,116 L/menit ) = 7,8 menit = 0,13 jam Vr = 1/t = 1/0,13 jam = 7,69 jam-1 Volume unggun total (Vv) Vv = Qin/Vr [liter] = 1,116 L/menit / (0,128) menit-1 = 8,7 L Jumlah atau berat karbon aktif (W) W = (volume unggun total) (density) = (Vv) (rho) [kg] = 8,7 L . 2,66 gram/ml = 23,14 kg Kapasitas Volumetrik karbon aktif (Cv)

Cv

= Volume effluent pada saat breaktrough/berat karbon aktif = Vb/W [liter/kg] = belum mencapai breaktrough / 23,14 kg = ~ L/kg

Kecepatan breaktrough untuk karbon aktif (Wr) Wr = Laju alir (debit) influen / Kapasitas volumetric CA = Qin/Cv [kg/jam] = 1,16 L/menit : ~ L/kg = ~ kg/jam Umur Unggun Total (T) T = berat karbon aktif / kecepatan breaktrough CA = W/Wr [jam] T = 23,14 kg : ~ kg/jam = ~ menit Kapasitas karbon aktif =

= 3,80 NTU/Kg

PEMBAHASAN

Praktikum adsorbsi karbon aktif ini bertujuan untuk menentukan kurva breaktrough fluida yang melalui permukaan partikel padatan dalam unggun diam (fixed bed) dan menghitung kapasitas kemampuan partikel padatan sebagai adsorben. Air umpan yang kami gunakan adalah air keran yang telah ditambahkan bentonit 1 % sehingga mengandung partikel padatan dan warna. Dengan dilakukannya adsorbsi karbon aktif ini, diharapkan efluen menjadi lebih jernih dengan kekeruhan yang lebih rendah dibandingkan dengan influen. Dari grafik, didapatkan nilai kekeruhan sebesar 4,65 NTU pada menit ke-10 (titik pertama) dari kekeruhan awal umpan sebesar 88,92 NTU. Pada menit ke-20 (titik kedua), nilai kekeruhan menurun lagi hingga 1,80 NTU. Pada menit selanjutnya hingga menit ke-100, didapatkan nilai kekeruhan yang tidak jauh dari 1,80 NTU. Sehingga dapat dikatakan karbon aktif yang digunakan mampu menjernihkan air sampai nilai kekeruhan sekitar 1,8 NTU. Dari grafik, didapatkan konsentrasi efluen belum sama dengan konsentrasi influen selama 100 menit percobaan artinya karbon aktif yang digunakan masih bagus dan belum jenuh. Titik breaktrough pada adsorbsi karbon aktif ini belum dapat dipastikan karena untuk mendapatkan titik belok dari percobaan tersebut diperlukan waktu pengamatan yang lebih lama lagi. Sebenarnya backwash belum perlu dilakukan karena menurut grafik dan perhitungan, karbon aktif tersebut belum jenuh. Tetapi dari pengamatan visual, terdapat padatan bentonit dipermukaan unggun. Sehingga kami melakuka backwash untuk menghilangkan padatan tersebut.

KESIMPULAN Kapasitas karbon aktif sebesar 3,80 NTU/Kg Karbon aktif belum mencapai breaktrough

DAFTAR PUSTAKA Atkins, P. W., 1994, Kimia Fisika, Erlangga, Jakarta. Cahyana, G. H., Adsorpsi Karbon Aktif [online], Tersedia: http://gedehace.blogspot.com. Dainith, J., 1994, Kamus Lengkap Kimia, Erlangga, Jakarta. Modul Praktikum Satuan Proses Adsorbsi, Politeknik Negeri Bandung. Pararaja, Arifin. 2008. Karbon Aktif, [Online], Tersedia: http://smk3ae.wordpress.com/2008/05/26/karbon-aktif-tinjauan-literatur/ diakses 7 Oktober 2011). Sukardjo., 1985, Kimia Fisika, Bina Aksara, Jakarta.