MAKALAH

PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAHAN AIR BUANGAN

ADSORPSI

OLEH

KELOMPOK IV

1. IRWAN MARYON (05174025)

2. FANNY NOVIA (07174001)

3. RESTI AYU LESTARI (07174002)

4. RINDA ANDHITA REGIA (07174004)

5. SHABEQ YOVINO HARZI (07174006)

6. DESNI MUTIA (07174030)

7. FEBRY YURSA PUTRA (07174035)

DOSEN

YOMMI DEWILDA, MT

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2010

I. PENDAHULUAN

Akhir-akhir ini makin banyak limbah-limbah dari pabrik,rumah

tangga,perusahaan, kantor-kantor, sekolah dan sebagainya yang beripa

cair,padat bahkan berupa zat gas dan semuanya itu berbahaya bagi

kehidupan kita. Hal tersebut sebenarnya bukan merupakan masalah kecil

dan sepele, karena apabila limbah tersebut dibiarkan ataupun dianggap

sepele penanganannya ,atau bahkan melakukan penanganan yang salah

dalam menanganani limbah tersebut,maka dampak yang luas dari Limbah

tersebut akan semakin meluas,bahkan dampaknyapun akan sangat dirasakan

bagi lingkungan sekitar kita,dan tentu saja dampak tersebut akan menjurus

pada kehidupan makhluk hidup baik dampak yang akan dirasakan dalam

jangka pendek ataupun dampak yang akan dirasakan dalam jangka panjang

dimasa yang akan datang.

Dalam pengelolaan limbah, identifikasi dan karakteristik limbah adalah hal

yang penting dan mendasar. Banyak hal yang yang sebelumnya perlu

diketahui agar dalam penanggulangan limbah tersebut menjadi tepat seperti

mengetahui klasifikasi didalam limbah tersebut,mengidentifikasi limbah,

serta hal-hal lain yang menjadi pendukung dalam mengenal limbah tersebut.

II. DEFENISI

Adsorpsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen

dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap

(adsorben). Biasanya partikel partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada

adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang

diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik . Dalam

adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, dimana adsorbat adalah

substansi yang terserap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya,

sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media penyerap yang dalam

hal ini berupa senyawa karbon.

Adsorpsi ialah pengumpulan zat terlarut di permukaan media dan

merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau zat cair yang kontak

dengan zat lainnya. Proses ini menghasilkan akumulasi konsentrasi zat

tertentu di permukaan media setelah terjadi kontak antarmuka atau bidang

batas (paras, interface) cairan dengan cairan, cairan dengan gas atau cairan

dengan padatan dalam waktu tertentu. Contohnya antara lain dehumidifikasi,

yaitu pengeringan udara dengan desiccant (penyerap), pemisahan zat yang

tidak diinginkan dari udara atau air menggunakan karbon aktif, ion

exchanger untuk zat terlarut di dalam larutan dengan ion dari media

exchanger. Artinya, pengolahan air minum dengan karbon aktif hanyalah

salah satu dari terapan adsorpsi.

III. PROSES ADSORPSI DAN FAKTOR-FAKTOR YG MEMPENGARUHI

Berdasar pada besarnya interaksi yang terjadi antara adsorben dengan

adsorbat, proses adsorpsi terbagi dua jenis yaitu :

1. Adsorpsi fisika (physisorption)

Disebabkan bekerjanya gaya van der waals antara absorbat dan adsorben.

Pada adsorpsi fisika molekul-molekul teradsorpsi dengan ikatan yang

lemah pada permukaan adsorben. Proses adsorpsi ini bersifat dapat balik,

sehingga memungkinkan desorpsi molekul-molekul yang teradsorpsi

dapat terjadi pada temperatur yang sama.

2. Adsorpsi kimia (chemisorption)

Karena pada adsorpsi kimia terjadi reaksi kimia maka sifat-sifat yang

dimiliki oleh adsorben dan adsorbat sudah hilang. Adsorpsi ini bersifat

tidak dapat balik dan memerlukan energi yang banyak untuk melepaskan

kembali adsorbat dari permukaan adsorben. Jumlah zat yang teradsorpsi

hanya satu lapis (monolayer)

Melekul zat organik terlarut akan teremoval dari larutannya dan terserap

oleh adsorben selama proses adsorbsi. Mekanisme ini dapat menyebabkan

konsentrasinya pada air limbah berkurang, karena sebagian telah tertahan

(terserap) oleh adsorben. Berkurangnya jumlah senyawa organik secara

langsung dapat menyebakan berkurangnya nilai COD pada limbah.

Salah satu faktor penting yangmempengaruhi proses adsorpsi adalah

adsorben.

Adsorben yang baik harus memiliki sifat sebagai berikut :

1. Adsorben harus memiliki luas permukaan efektif yang besar

2. Adsorben harus memiliki sejumlah besar jaringan pori-pori sebagai jalan

bagi molekul menuju ke dalam adsorben.

Proses adsorpsi terjadi pada permukaan pori-pori dalam adsorben, sehingga

untuk bisa teradsorpsi, logam dalam cairan mengalami proses-proses seri

sebagai berikut :

1. Perpindahan massa logam dari cairan ke permukaan adsorben

2. Difusi dari permukaan adsorben ke dalam adsorben melalui pori

3. Perpindahan massa logam dari cairan dalam pori ke dinding pori adsorben

4. Adsorpsi logam pada dinding pori adsorben.

Perpindahan massa logam dari cairan dalam pori ke dinding pori adsorben

umumnya berlangsung sangat cepat sehingga proses ini tidak mengontrol

kecepatan adsorpsi secara keseluruhan.

Bagaimana terjadinya fenomena adsorpsi itu? Ahli pengolahan air membagi

adsorpsi menjadi tiga langkah, yaitu :

1) makrotransport: perpindahan zat pencemar, disebut juga adsorbat (zat

yang diadsorpsi), di dalam air menuju permukaan adsorban;

2) mikrotransport: perpindahan adsorbat menuju pori-pori di dalam

adsorban;

3) sorpsi: pelekatan zat adsorbat ke dinding pori-pori atau jaringan

pembuluh kapiler mikroskopis.

Ada sejumlah hal yang mempengaruhi efektivitas adsorpsi, yaitu:

1) jenis adsorban, apakah berupa arang batok, batubara (antrasit), sekam,

dll;

2) temperatur lingkungan (udara, air, cairan): proses adsorpsi makin baik

jika temperaturnya makin rendah;

3) jenis adsorbat, bergantung pada bangun molekul zat, kelarutan zat

(makin mudah larut, makin sulit diadsorpsi), taraf ionisasi (zat organik

yang tidak terionisasi lebih mudah diadsorpsi).

Berdasarkan jenis adsorbatnya, tingkat adsorpsi digolongkan menjadi tiga,

yaitu lemah (weak), terjadi pada zat anorganik kecuali golongan halogen

(salah satunya adalah klor). Adsorpsi menengah (medium), terjadi pada zat

organik alifatik dan adsorpsi kuat (strong) terjadi pada senyawa aromatik

(zat organik yang berbau (aroma) dengan struktur benzena, C6H6).

IV. MEKANISME ADSORPSI

Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat

atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain.

Pada proses adsorpsi terbagi menjadi 4 tahap yaitu :

1. Transfer molekul-molekul zat terlarut yang teradsorpsi menuju lapisan

film yang mengelilingi adsorben.

2. Difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui lapisan film (film diffusion

process).

3. Difusi zat terlarut yang teradsopsi melalui kapiler/pori dalam adsorben

(pore diffusion process ).

4. Adsorpsi zat terlarut yang teradsorpsi pada dinding pori atau

permukaan adsorben.

V. PROSES OPERASI ADSORPSI

Operasi dari proses adsorpsi dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :

1. Proses adsorpsi dilakukan dalam suatu bak dengan sistem pengadukan,

dimana penyerap yang biasanya berbentuk serbuk dibubuhkan,

dicampur dan diaduk dengan air dalam suatu bangunan sehingga terjadi

penolakan antara partikel penyerap dengan fluida.

2. Proses adsorpsi yang dijalankan dalam suatu bejana dengan sistem

filtrasi, dimana bejana yang berisi media penyerap di alirkan air dengan

model pengaliran gravitasi. Jenis media penyerap sering digunakan

dalam bentuk bongkahan atau butiran/granular dan proses adsorpsi

biasanya terjadi selama air berada di dalam media penyerap.

VI. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENYERAPAN ADSORPSI

Menurut Droste (1997) proses penyerapan dalam adsorpsi dipengaruhi :

1. Bahan penyerap

Bahan yang digunakan untuk menyerap mempunyai kemampuan

berbedabeda, tergantung dari bahan asal dan juga metode aktivasi yang

digunakan.

2. Ukuran butir

Semakin kecil ukuran butir, maka semakin besar permukaan sehingga

dapat menyerap kontaminan makin banyak. Secara umum kecepatan

adsorpsi ditujukan oleh kecepatan difusi zat terlarut ke dalam pori-pori

partikel adsorben. Ukuran partikel yang baik untuk proses penyerapan

antara -100 / +200 mesh.

3. Derajat keasaman (pH larutan)

Pada pH rendah, ion H+ akan berkompetisi dengan kontaminan yang akan

diserap, sehingga efisiensi penyerapan turun. Proses penyerapan akan

berjalan baik bila pH larutan tinggi. Derajat keasaman mempengaruhi

adsorpsi karena pH menentukan tingkat ionisasi larutan, pH yang baik

berkisar antara 8-9. Senyawa asam organik dapat diadsorpsi pada pH

rendah dan sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi.

4. Waktu serap

Waktu serap yang lama akan memungkinkan proses difusi dan

penempelan molekul zat terlarut yang terserap berlangsung dengan baik.

5. Konsentrasi

Pada konsentrasi larutan rendah, jumlah bahan diserap sedikit, sedang

pada konsentrasi tinggi jumlah bahan yang diserap semakin banyak. Hal

ini disebabkan karena kemungkinan frekuensi tumbukan antara partikel

semakin besar.

VII. KARBON AKTIF

Salah satu adsorban yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum

(juga air limbah) adalah karbon aktif atau arang aktif. Arang ini digunakan

untuk menghilangkan bau, warna, dan rasa air termasuk ion-ion logam berat.

Karena merupakan fenomena permukaan maka semakin luas permukaan

kontaknya makin tinggilah efisiensi pengolahannya. Syarat ini dapat

dipenuhi oleh arang yang sudah diaktifkan sehingga menjadi porus dan kaya

saluran kapiler. Yang belum aktif, ruang kapilernya masih ditutupi oleh

pengotor berupa zat organik dan anorganik.

Activated carbon digunakan pertama kali pada pengolahan air dan air limbah

untuk mengurangi material organik, rasa, bau dan warna . Activated carbon

juga sering digunakan untuk mengurangi kontaminan organik, partikel kimia

organik sintesis (SOCs), tapi karbon aktif juga efektif untuk mengurangi

kontaminan inorganic seperti radon-222, merkuri, dan logam beracun

lainnya.

Activated carbon dapat digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap gas,

penyerap logam, menghilangkan polutan mikro misalnya zat organik,

detergen, bau, senyawa phenol dan lain sebagainya. Pada saringan arang

aktif ini terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat-zat yang akan

dihilangkan oleh permukaan arang aktif.

Apabila seluruh permukaan arang aktif sudah jenuh, atau sudah tidak

mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring sudah tidak baik

lagi,sehingga arang aktif harus diganti dengan arang aktif yang baru.

Saat ini, arang aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia,

makanan/minuman, farmasi. Pada umumnya arang aktif digunakan sebagai

bahan penyerap, dan penjernih. Dalam jumlah kecil digunakan juga sebagai

katalisator (tabel )

Partikel sol padat ditempatkan dalam zat cair atau gas, maka partikel zat cair

atau gas akan terakumulasi. Fenomena disebut adsorpsi. Jadi sdsorpsi terkait

dengan penyerapan partikel pada permukaan zat. Partikel koloid sol memiliki

kemampuan untuk mengadsorpsi partikel pendispersi pada permukaanya.

Daya adsorpsi partikel koloid tergolong besar Karenna partikelnya

memberikan sesuatu permukaan yang luas. Sifat ini telah digunakan dalam

berbagai proses seperti penjernihan air.

.Bagaimana proses pembuatannya? Tahap pertama, buatlah arang misalnya

dari tempurung kelapa (arang batok, Cocos nucifera), kayu, batubara,

merang, sekam, atau serbuk gergaji. Arang ini kemudian diaktifkan dengan

cara pemanasan pada kondisi sedikit oksigen agar hidrokarbonnya lepas.

Hasilnya berupa arang yang sangat porus sehingga luas permukaannya besar.

Setelah itu barulah digunakan untuk mengolah air minum atau air buangan,

misalnya memisahkan pencemar organik dan inorganik seperti air raksa,

krom, atau untuk deklorinasi (pengurangan klor di dalam air).

Relatif mudah membuat filter arang aktif ini. Penjual filter skala rumah

tangga di kota dan desa sudah biasa membuatnya bahkan tanpa berlatar

pendidikan teknik. Hanya perlu keterampilan dan tahu sedikit tentang fungsi

arang aktif dan kapan harus diganti. Bahkan penjual filter ini bisa memiliki

pelanggan setia untuk reparasi dan perawatan filter yang dibeli oleh warga.

Selain menggunakan arang butir (granular) berdiameter 0,3 - 0,5 mm atau 1

– 2 mm, arang bubuk, serbuk atau tepung (powder) pun dapat diterapkan.

VIII. VARIASI TEKNOLOGI

Teknologi sederhana dalam penerapan arang aktif dengan cara pembubuhan.

Arang bubuk dimasukkan ke dalam air yang diolah setelah dibuatkan

suspensinya. Proses adsorpsi terjadi cepat apabila zat yang diadsorpsi

berada di dekat arang aktif. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memperkecil

diameter karbon, menjadi 50 mikron lalu diaduk. Apabila pengolahan airnya

menggunakan slow sand filter (SSF), pembubuhan arang dilakukan sebelum

unit filter. Menurut Nur Muhammad et.all, SSF efektif untuk menghilangkan

logam berat (heavy metal) (International Conference on Water Supply and

Sanitation, Durban, South Africa, 1997). Jika ada proses koagulasi – flokulasi,

pembubuhan dilakukan sesudah koagulator agar serbuk arangnya bersatu

dengan flok di dalam flokulator kemudian diendapkan di sedimentor.

Lain halnya pada unit filter arang butir (granular activated carbon). Unit ini

berupa filter berbentuk kolom dengan variannya.Penjelasannya sbb:

1) media statis tunggal (single fixed bed); media arang dipasang dalam

bentuk satu tabung saja. Cara ini rendah efisiensinya.

2) media statis seri (fixed bed in series); efisiensinya sudah meningkat.

Makin banyak unit yang dipasang makin besarlah efisiensinya.

3) media dinamis (moving, pulse, fluidized, dispersed bed); arang bergerak

dinamis di seluruh bagian kolomnya sehingga adsorpsinya besar.

4) media statis paralel (fixed bed in parallel); cara ini ditempuh untuk

menghasilkan debit yang besar dalam tempo singkat. Kualitas air

olahannya tak jauh beda dengan media statis tunggal.

5) media ekspansi (upflow expanded bed); disusun secara seri dengan aliran

ke atas dan waktu operasinya lebih lama.

Masalah utama yang muncul pada varian filter karbon aktif statis tersebut

ialah sumbatan (clogging) akibat suspensi yang ada di dalam air. Untuk

menanggulanginya biasanya unit ini dilengkapi dengan pencuci permukaan

media (surface washer) dengan air dan udara. Namun tipe expanded dan

fluidized bed, yaitu aliran dari bawah ke atas bisa mencegah potensi

penyumbatan dengan pengaturan kecepatan aliran airnya. Variasi lainnya

dengan mode operasi yang berbeda dapat saja bermunculan seiring dengan

penelitian terbaru di bidang teknologi adsorpsi ini.

IX. CONTOH SOAL

Hitunglah time breakthrough suatu kolom GAC dengan kecepatan filtrasi 5

gal/ft2. Asumsi luas permukaan kolom 10 ft2, kedalaman 5 ft. Konsentrasi

effluent TOC 3.25 mg/l dan konsentrasi breakthrough 0.75 mg/l. Berat jenis

GAC 38 lb/ft2 (600 kg/m2)

Diketahui : Q = 5 gal/ft2.min

A = 10 ft2

H = 5 ft

Ce = 3.25 mg/l

Cb = 0,75 mg/l

ρ = 38 lb/ft3

Ditananya: tb = ….

Jawab :

(x/m) = Kf.Ce1/n

= 0,0015 (3,25)3,56

= 0,0966 mg/mg = 0,1 mg/mg = 0,1 lb/lb

Asumsi (x/m)b = 50% (x/m)o

= 0.5 (0,1)lb/lb

= 0,05 lb/lb

Mc = V. ρ

= 10 ft2. 5 ft. 38 lb/ft3

= 1900 lb

Q = v.A

= (5 gal/ft2.min x 1440 min/d) 10 ft2

= 72000 gal/d

= 0,072 Mgal/d

Tb

= 56 day

X. PUSTAKA

Anonim. www.pencemaranlimbah.com 16.02. Diakses 18 Desember 2010

Metcalf & Eddy Inc. 1991. “ Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, and

Reuse”,McGrawHill, Third Edition, Singapore.

Putu Astari Merati, Utilization of fly ash from power plant for removal of dyes,

(2006). http://majarimagazine.com/2008/06/abu-terbang-batubara-

sebagai-adsorben/. Diakses 18 desember 2010