Tugas Khusus WW

Raka Fajar Nugroho 03091403037

Aplikasi Absorpsi dalam Pengolahan Limbah Industri Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. Fungsi Absorbsi dalam industri Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya Contoh : 1. Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0C,dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 40%. Bagian terbesar dari metanol, air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses. 2. Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2).Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks


keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm. Absorben Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia.Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci.Persyaratan absorben : 1. Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil). 2. Selektif 3. Memiliki tekanan uap yang rendah 4. Tidak korosif. 5. Mempunyai viskositas yang rendah 6. Stabil secara termis. 7. Murah Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gasgas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa). Kolom Absorpsi Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain


dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Pengolahan Limbah Industri Menggunakan Proses Absorpsi 1. Absorbsi Gas Karbondioksida (CO ) dalam Biogas dengan Larutan NaOH2

secara Kontinyu Seiring berkurangnya cadangan sumber energi dan kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi di Indonesia saat ini, maka dibutuhkan suatu sumber energi alternatif yang murah dan ramah lingkungan, salah satunya adalah biogas. Biogas dapat dihasilkan dari limbah organik seperti sampah, sisa-sisa makanan, kotoran hewan dan limbah industri makanan. Hasil fermentasi dari bahan-bahan diatas menghasilkan biogas dengan kadar komponen terbesar yaitu CH4 (55% - 75%) dan CO2 (25% - 45%). Pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar masih dalam skala rumah tangga dan belum terpakai secara optimal. Hal ini disebabkan biogas masih mengandung CO2 dalam kadar yang tinggi sehingga effisiensi panas yang dihasilkan rendah. Untuk mengurangi kadar CO2 yang terkandung dalam biogas adalah dengan mengabsorbsi CO2 menggunakan larutan NaOH secara kontinyu dalam suatu reactor (absorber). Pada penelitian ini, variabel yang diteliti adalah pengaruh laju alir NaOH terhadap CO2 yang terserap dan CH4 yang dihasilkan. Absorbsi CO2 dilakukan dengan mengumpankan larutan NaOH secara kontinyu pada bagian atas menara pada konsentrasi dan laju alir tertentu, sementara biogas dialirkan pada bagian bawah menara. Gas dan cairan akan saling kontak dan terjadi reaksi kimia. Tiap interval waktu 3 menit, larutan NaOH setelah diabsorbsi diambil untuk dianalisa jumlah CO2 terserap dengan metode acidi alkalimetri. Dari hasil analisa dan perhitungan didapatkan jumlah CO2 yang terserap dan CH4 yang dihasilkan semakin besar seiring berkurangnya laju alir NaOH serta %CO2 yang terserap maksimum 58,11% dan kadar CH4 yang dihasilkan sebesar 74,13%.


Berkurangnya cadangan sumber energi dan kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi di Indonesia saat ini, maka dibutuhkan suatu sumber energi alternatif yang murah dan ramah lingkungan. Potensi biogas sebagai bahan bakar alternatif sebenarnya sangat banyak diproduksi terutama pada pengolahan limbah cair industri makanan, peternakan, dan pertanian. Biogas ini selain murah, juga ramah lingkungan. Biogas dapat dihasilkan dari limbah organik seperti sampah, sisa-sisa makanan, kotoran hewan dan limbah industri makanan. Penduduk desa di kecamatan Tretep, kabupaten Temanggung pada umumnya memelihara ternak yang sebagian besar berupa sapi dan kambing. Pada umumnya kotoran ternak belum dimanfaatkan sepenuhnya dan sebagian hanya digunakan menjadi pupuk, padahal alternatif energi bakar dari kotoran ternak tadi cukuplah besar, dalam hal ini kotoran sapi untuk digunakan sebagai biogas. Hal ini merupakan sebuah potensi yang besar sekali sebagai sumber energi alternatif. Sampai tanggal 14 April 2008, di beberapa daerah seperti Wonosobo, Temanggung, dan Magelang, harga elpiji naik dari Rp 4.750,00 per kg LPG menjadi Rp 5.166,67 per kg LPG (www.liputan6.com), sehingga masyarakat lebih terbebani dengan pengeluaran yang lebih besar. Masyarakat telah terbiasa menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga sehingga pengeluaran ekstra rumah tangga adalah hal yang tidak terelakkan. Sebenarnya hal tersebut dapat digantikan dengan sumber bahan bakar gas yang lebih murah yaitu biogas. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui hubungan mol XZ CO2 sisa dengan waktu pada tiap laju alir NaOH dan mengetahui hubungan % CH4 yang dimurnikan dengan laju alir NaOH. Manfaat penelitian ini adalah dapat mengetahui kondisi variabel (laju alir larutan NaOH) optimum untuk absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH. Biogas adalah campuran gas hasil proses fermentasi anaerob dari kotoran ternak (sapi). Campuran gas yang dihasilkan, antara lain : CH4 (metana), CO2 (karbondioksida), N2 (nitrogen) dan lain-lain. Gas metana ini dapat menghasilkan


energi yang bisa dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga seperti memasak. Metana (CH4) merupakan komponen gas terbesar dari beberapa gas yang dihasilkan oleh bakteri tertentu pada saat menghancurkan (fermentasi) material organik seperti : kotoran hewan dan manusia, sampah dan lain-lain yang terendam dalam air pada kondisi anaerob. Secara alamiah, gas metana selalu terjadi, namun perlu adanya peralatan dan kondisi spesifik untuk mempercepat pembentukan gas tersebut. Tahapan untuk terbentuknya biogas dari proses fermentasi anaerob dapat dipisahkan menjadi tiga tahap; tahap pertama adalah tahap hidrolisis, pada tahap hidrolisis, bahan-bahan biomas yanga mengandung selulosa, hemiselulosa dan bahan ekstraktif seperti protein, karbohidrat dan lipida akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek. Tahap kedua adalah tahap pengasaman, pada tahap pengasaman, bakteri akan menghasilkan asam yang akan berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis menjadi asam asetat, H2 dan CO2. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, CO2, H2S dan sedikit gas CH4. Tahap ketiga adalah tahap pembentukan gas CH4, Pada tahap pembentukan gas CH4, bakteri yang berperan adalah bakteri metanogenesis. Bakteri ini akan membentuk gas CH4 dan CO2 dari gas H2, CO2 dan asam asetat yang dihasilkan pada tahap pengasaman.


Komponen biogas yaitu:

Dari tabel diatas terlihat bahwa kadar CO2 didalam biogas masih besar. Hal ini menyebabkan efisiensi panas yang dihasilkan masih rendah sehingga kualitas nyala api biogas masih belum optimal. Untuk mengurangi kadar CO2 tersebut, bisa dilakukan dengan melwatkan biogas ke dalam larutan NaOH sehingga terjadi proses Absorbsi.Gas CO2 langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH4 tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO2 sebagai akibat reaksi dengan NaOH, maka perbandingan konsentrasi CH4 dengan CO2 menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH4. Absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat dilukiskan sebagai berikut :

Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena bikarbonat bereaksi dengan OH membentuk CO3 .2-


Bahan utama yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah kotoran ternak (sapi), selanjutnya campuran kotoran ternak (sapi) dengan air dengan perbandingan 1 : 1, diaduk sampai larut. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam tangki penampung (digester). Kemudian semua saluran dan lubang ditutup agar tidak ada udara yang masuk ke dalam sistem. Selanjutnya, campuran kotoran dengan air didiamkan selama 3 4 minggu sehingga terbentuk biogas.

Gambar 1. Rangkaian alat penelitian; (1). Digester, (2). Plastik penampung biogas, (3).Absorber, (4). Ember, (5). Selang, (6). Kran, (7). Statif dan klem, (8). Balok kayu pemberat Penelitian dilanjutkan dengan proses absorbsi biogas dengan larutan penyerap NaOH secara kontinu diumpankan pada bagian atas menara pada konsentrasi dan laju alir tertentu, sementara itu biogas dialirkan pada bagian bawah kolom. Gas dan cairan akan saling kontak dan terjadi reaksi kimia. Tiap interval waktu 3 menit, larutan NaOH setelah diabsorsi diambil untuk dianalisa. Jumlah CO2 yang terserap dianalisa dengan metode acidi-alkalimetri. Penentuan kadar CO2 yang terserap dengan metode acidi-alkalimetri diawali dengan pengambilan 10 ml sampel, kemudian dimasukkan ke dalam Erlenmeyer. Selanjutnya ke dalam sampel ditambahkan 3 tetes indikator PP. Setelah itu, dilakukan


titrasi dengan larutan HCl sampai warna merah muda hilang. Sehingga untuk kebutuhan titran dicatat sebanyak a ml. Kemudian sampel yang telah ditritasi tadi ditambahkan 3 tetes indikator MO, selanjutnya dititrasi kembali dengan HCl sampai terjadi perubahan warna. Kebutuhan titran dicatat sebanyak b ml. Setelah diketahui jumlah titran yang dibutuhkan dapat dihitung kadar CO2 yang terserap. Perhitungan kadar CH4 termurnikan dilakukan dengan program Hysys. 2. Penggunaan Zeolit dalam Absorpsi dan Pengolahan Limbah Industri dan Limbah Nuklir Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan struktur sangkar terdapat di Indonesia dalam jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah. Mineral zeolit mempunyai struktur framework tiga dimensi dan menunjukkan sifat penukar ion, sorpsi, molecular sieving dan katalis sehingga memungkinkan digunakan dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir. Mineral alam zeolit biasanya masih tercampur dengan mineral lainnya seperti kalsit, gipsum, feldspar dan kuarsa dan ditemukan di daerah sekitar gunung berapi atau mengendap pada daerah sumber air panas (hot spring). Zeolit juga ditemukan sebagai batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral yang berupa partikel halus dengan impuritis lainnya. Deposit mineral alam zeolit yang cukup besar ditemukan di beberapa negara seperti Amerika Serikat, Uni Soviet, Jepang, Australia, Kuba dan beberapa negara Eropa bagian timur seperti Ceko dan Hunggaria.Di Indonesia, zeolit ditemukan pada tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar, diantaranya tersebar dibeberapa daerah pulau Sumatera dan Jawa. Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi


yang ditambang secara intensif antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung.Pemanfaatan zeolit masih belum banyak diketahui secara luas, yang pada saat ini zeolit di Indonesia dipasarkan masih dalam bentuk alam terutama pada pemupukan bidang pertanian. Berikut ini akan dibahas potensi zeolit dalam pengolahan limbah.

Gambar 2. Unit Bangun Sekunder Struktur Zeolit Untuk pemisahan ammonia/ammonium ion dari air limbah industri, untuk pemisahan hasil fisi dari limbah radioaktif dan penggunaan dibidang limbah pertanian. Clinoptilolit dapat memisahkan 99% ammoniak/ ammonium dari limbah industri. Tsitsisvii (1980) dan Blanchard (1984) menemukan clinoptilolite juga dapat memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri ataupun dalam tanah pertanian untuk soil conditioning. Dalam pengolahan limbah nuklir, Ames dari tahun 1959-1962 telah peneliti penggunaan clinoptilolite untuk pemisahan zat radioaktif. Terakhir clinoptilolite juga telah dipakai untuk dekontaminasi air pendingin reaktor pada kecelakaan reaktor Three Mile Island di Amerika pada tahun 1979 (10). Zeolit juga digunakan untuk dekontaminasi air pendingin reaktor Three Mile Island Unit II dan pada tahun 1987 untuk penyerapan gas radioaktif reaktor Chernobiel yang terbakar.


Zeolit dari deposit California digunakan untuk pemisahan radionuklida hasil fisi dalam air kolam penyimpanan bahan bakar nuklir di SIXEP (Site Ion-Exchange Plant) British Nuclear Fuel Limited, Sellafield, Inggris disamping untuk pengganti pasir digunakan campuran zeolit, fly ash dan slug pada proses sementasi limbah. Di Inggris dan Korea, limbah sementasi tidak menggunakan pasir dengan pertimbangan pasir akan meningkatkan volume limbah yang bertentangan dengan prinsip minimisized waste atau reduksi volume. [7,12] Beberapa mineral anorganik banyak diteliti di Cina seperti jenis mineral fosfat, oksida, magnetit yang dilakukan tidak hanya untuk penyerapan nuklida hasil fisi tetapi juga untuk penyerapan Pu, Am dan Ce dalam simulasi limbah dengan keasaman dan kandungan garam tinggi. Hasilnya menunjukan penyerapan terhadap nulkida umumnya rendah kecuali mineral apatit yang menunjukkan penyerapan tinggi terhadap Pu, Am dan Ce. Untuk penyerapan Cs dan Sr, Balek dari Ceko, mengunakannya untuk penyerapan Cs, Co dan Ru. Zeolit yang sama juga digunakan untuk menyerap gas RuO4 pada suhu 50oC dan suhu kamar. Tsitsisvii (1980) dan Blanchard (1984) menemukan klinoptilolit yang dapat memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri. Akhir-akhir ini, para peneliti banyak mempelajari prospek zeolit dalam pengelolaan limbah industri. Klinoptilolit dan mordernit dapat memisahkan 99% ammoniak/ammonium dari limbah industri. Pengolahan limbah Hasil penelitian di P2PLR kiranya telah dapat diaplikasikan dan ditindak lanjuti untk skala semi pilot untuk pengolahan limbah nuklir dan limbah B3 antara lain untuk : 1. teknik kolom penyerapan limbah mengandung hasil fisi,


2. teknik kolom penyerapan limbah B3, 3. penyerapan Flour dari limbah Fuel Element Production, 4. pengganti pasir dalam proses sementasi konsentrat limbah radioaktif, 5. campuran bahan backfill pada sistim penyimpanan limbah, 6. proses dekontaminasi air industri pengganti resin organik, 7. komposit sorben antara lain zeolit PAN, zeolit-PVA. Kelemahan penggunaan zeolit pada teknik kolom adalah clogging (aliran influen terhambat). Oleh karena itu untuk mencapai penyerapan yang optimal diperlukan pemurnian mineral alam sebelum digunakan atau dimodifikasi strukturnya dan dibuat dalam ukuran butiran tertentu dengan menggunakan binder polimer misalnya poly akrilo nitril dan poli vinil alkohol sehingga komposit zeolit dapat dibuat dalam berbagai bentuk misalnya granula, pelet, lembaran, hollow dan sebagainya. Keuntungan campuran zeolit-bentonit sebagai backfill, dimana bentonit berfungsi menahan rembesan air, sedangkan zeolit berfungsi menahan pelindihan radionuklida oleh zeolit. Tabel 2. Kapasitas Tukar Ion Logam Berat dan Anion (meq/g) Ion ZB NH4ZB HZB CaZB ZL NH4ZL HZL CaZL 2,31 1,16 0,82 0,86 2,60 1,41 2,92 1,83 2,92 0,98 0,90 0,98 0,93 0,67 0,93 0,44 0,48 0,42 1,81 2,48 2,63 1,80 0,28 0,65 2,31 1,16 0,82 0,10 2,35 1,35 2,92 1,83 0,98 0,90 0,93 0,67 0,13 0,16 2,22 2,48 2,95 1,77

NH4+ 2,31 Cs+ 1,16 Sr2+ 0,82 Cd2+ 0,71 Cu2+ 2,30 Mn2+ 1,59


Ni2+ 2,23 Pb2+ 1,11 Zn2+ 0,58 Fe2+ 0,94

1,90 1,19 0,60 0,62

1,44 1,46 2,63 0,45 0,45 0,80 0,62 0,80 1,31 0,10 0,23 0,68

2,32 1,08 1,51 0,58

2,62 2,17 0,19 0,77 1,53 2,21 0,44 0,65

Tabel 3. Kapasitas Tukar Ion ASP terhadap Logam Berat dan Anion Ion 1:1 ASPB 1:5 5:1 1:1 ASPL 1:5 5:1

Cd2+ 0,64 0,57 0,43 0,54 0,49 0,70 Co2+ 1,10 0,81 1,02 0,93 0,83 0,77 Cu2+ 0,11 0,05 0,08 0,24 0,07 0,15 Fe3+ 0,50 0,32 0,32 0,25 0,27 0,49 Mn2+ 0,97 0,85 0,88 0,81 0,83 1,12 Ni2+ 0,95 0,75 0,91 0,15 0,12 0,20 Pb2+ 0,65 0,33 0,74 0,80 0,78 0,71 Zn2+ 23.02 23,08 23,25 23.15 23,03 23,06 ClF0,89 1,11 0,68 0,79 0,86 1,06 0,64 1,37 1,37 1,17 1,33 1,31

PO43- 0,60 1,08 0,31 0,28 0,55 0,49 SO42- 1,36 1,59 0,47 1,54 0,96 1,30


Daftar PustakaAnonim. 2010. Pemanfatan Zeolit. Dari http://plt.uinjkt.ac.id. Diakses pada tanggal 2 Mei 2012. Maarif, Fuad. 2008. Absorpsi Gas Karbondioksida. Dari

http://eprints.undip.ac.id/1355/1/absorpsi_gas_karbondioksida_dalam_biogas _dengan_larutan_naoh_secara_kontinu.pdf. Diakses pada tanggal 2 Mei 2012. Chapel, D.G. and Mariz, C.L., 1999, Recovery of CO2 from Fuel Gas; Commercial Trends, Flour Daniel One Flour Drive, California Geankoplis, C.J., 1983, Transport Processes and Unit Operations, 2nd ed, Allyn and Bacon Inc., Boston H, Tatang, dkk, 1989, Absorpsi Karbondioksida, Departemen Teknologi Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung, Bandung H.E. Benson, J.H. Field, dan W.P. Haynes, 1956, Improved Process for CO2Absorption uses hot Carbonate Solutions, Chem. Eng. Prog. 52(10), 433-438 Harahap, F., dkk, 1980, Teknologi Gas Bio, ITB Press, Bandung Levenspiel, O., 1972, Chemical Reaction Engineering, John Wiley and Sons, New York Vas Bhat, R. D., Kuipers, J. A. M., Versteeg, G. F., 2000, Mass Transfer with complex chemical reactions in gas-liquid system: two-step reversible reactions with unit stoichiometric and kinetic orders, Chemical Engineering Journal, vol 76, jilid 2, p: 127-152 Vicitra, D.

Tugas Khusus WW

Documents

Transcript of Tugas Khusus WW