aplikasi elektrokoagulasi pasangan elektroda … · partikel-partikel koloid dan halus yang...

SEMINAR TUGAS AKHIR

Oleh :Andri Lukismanto (3306 100 063)

Dosen Pembimbing :Abdu Fadli Assomadi S.Si MT

Jurusan Teknik LingkunganFakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember2010

APLIKASI ELEKTROKOAGULASI PASANGAN ELEKTRODA BESI UNTUK PENGOLAHAN AIR DENGAN SISTEM KONTINYU

1Surabaya, 12 Juli 2010

2

LATAR BELAKANG

Kepadatan PendudukAir Sungai

KoagulanElektrokoagulasi

Alternatif

3

TUJUAN DAN MANFAAT

Tujuan dari Penelitian ini adalah :1. Menentukan waktu kontak dan kuat arus

Sistem Batch2. Menentukan waktu kontak dan kuat arus

Sistem Kontinyu3. Analisa biaya dan Perhitungan elektroda yang terlarut

Manfaat Penelitian adalah Elektrokoagulasisebagai Alternatif pengganti koagulan kimiawi

4

DASAR TEORI

ELEKTRO

KOAGULASI

ELEKTROLISA(adalah proses untuk mengubah energi listrik menjadienergi kimia membangkitkan reaksi redoks

KOAGULASI(suatu proses destabilisasi dan penggabungan dari partikel-partikel koloid dan halus yang tersuspensi dengan menggunakan bahan koagulan).(Kusnaedi, 1995)

5

DASAR TEORIMekanisme 1Anoda:4 Fe 4 Fe 2+ + 8 e-

Chemical4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+

Katoda :8 H+ + 8e- 4 H2Reaksi Keseluruhan :4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 4 H2

Mekanisme 2Anoda :Fe Fe2+ + 2 e-

ChemicalFe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2Katoda :2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-

Reaksi Keseluruhan :Fe + 2 H2O + O2 Fe(OH)2 + H2

Suasana basa Suasana asam

6

Hukum Faraday I: “massa zat yang dihasilkan di elektroda selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan banyaknya mol elektron (kuantitas kelistrikan) yang diberikan ke elektroda”

w = e.I.t = gek.I.t = = Ar.I.tF n. F

w = massa zat yang diendapkan (g).e = tetapan = (gek : F)

I = kuat arus listrik (A).gek = massa ekivalen zat (gek).t = waktu (dt).n = valensi ion.Ar = massa atom relatif.F = bilangan faraday = 96 500 C

DASAR TEORI

7

METODOLOGI PENELITIAN

Percobaan PendahuluanPercobaan Kontinyu

Variasi yang digunakan :Arus : 0,3 A ; 0,6 A ; 0,9 A ; 1,2 AWaktu : 30 ; 40 ; 60 ; 120 detik

-pH-Kekeruhan-DHL-Warna

Waktu dankuat arusterbaik

8

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Fenomenayang Terjadi:

- Timbulnya gelembung pada daerah antara dua elektroda besi, gelembung tersebut adalah gas H2 - Adanya buih warna putih yang keluar dari elektroda besi tepatnya pada anoda, itu adalah wujud dari Fe(H2O)3(OH)3 dari hasil reaksi

- Gelembung gas H2 yang terdapat disekitar elektroda mulai hilang dikarenakan sudah tidak adanya aliran listrik- Terbentuk lapisan berwarna kecoklatan yang merupakan flok,dimana flok tersebut mengapung yang diakibatkan adanya gas H2 dan mengendap pada reaktor.- Warna air sampel menjadi lebih kuning dan bening

Diberi aliran listrik

aliran listrik dimatikan

9

Hasil Analisa kekeruhan pada percobaan pendahuluan

Penurunankekeruhanterbesar


• Secara keseluruhan dengan peningkatan kuat arus dan waktu kontak maka semakin besar dosis koagulan yang ditambahkan maka akan semakin banyak ion – ion aquometalik Fe(OH)3 yang mendestabilisasi koloid sehingga semakin banyak flok yang terbentuk dan akhirnya terjadi pengendapan, hal ini menyebabkan persentase penurunan semakin meningkat (Karamah, 2005)

10


Mengapa ???

11


Hasil Analisa pH pada percobaan pendahuluan

Analisa pH

-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.000.200.400.600.80

0.3 0.6 0.9 1.2

kuat arus

beda

pH beda pH (30 detik)

beda pH (40 detik)

beda pH (60 detik)

beda pH (120 detik)

pH sampel dapat mempengaruhi kelarutan dari suatu koagulan. Semakin mudah larut suatu koagulan, maka semakin mudah terbentuknya ion aquometalik yang akhirnya semakin cepatnya partikel koloid ternetralisasi membentuk flok

12


Mengapa pH turun???

Pada Anoda:4 Fe 4 Fe 2+ + 8 e-

4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+

Mengapa pH naik ???

Pada Anoda :Fe Fe2+ + 2 e-

Fe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2Pada Katoda :2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-

Reaksi Keseluruhan :Fe + 2 H2O + O2 Fe(OH)2 + H2

4Fe(OH)2 + O2 + H2O 4 Fe(OH)3

13


Hasil Analisa warna pada percobaan pendahuluan

Hasil terbaikyaitu padakuat arus 1,2 selama 120 detik

Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%)

0.3 4.09 3.80 7.25 4.48 4.17 6.83 5.04 4.72 6.43 6.52 6.25 4.10

0.6 4.08 3.80 6.97 4.47 4.18 6.50 5.04 4.79 4.82 6.50 2.05 68.52

0.9 3.29 1.65 49.98 3.31 1.61 51.33 3.34 2.53 24.03 6.27 2.05 67.36

1.2 6.70 2.29 65.83 7.39 2.64 64.27 3.28 2.52 23.16 6.68 2.05 69.37

120 detikI (A) 30 detik 40 detik 60 detik

14


• Pada proses elektrokoagulasi diatas dapat diketahui bahwa warna mengalami penurunan. Penurunan warna disebabkan oleh proses adsorbsi, dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung pada permukaan zat padat (koagulan) dari proses elektrokoagulasi. Proses adsorbsi disini berfungsi untuk menyisihkan senyawa-senyawa aromatik dan senyawa organik terlarut

Mengapa ???

15


• Pada analisa warna terdapat kekurangan yaitu analisa warna dilakukan dengan standar PtCo seharusnya dilakukan analisa terhadap warna yang diakibatkan oleh Fe2+ sehingga dapat diketahui hasil warna setelah proses elektrokoagulasi

Kekurangan….

YFe = 3,316 YPtCo + 0,0229

16


Hasil Analisa DHL pada percobaan pendahuluan

DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%)

0.3 416 404 3 460 414 10 450 404 10 406 392 3

0.6 436 420 4 454 432 5 430 416 3 444 414 7

0.9 442 434 2 436 426 2 448 426 5 442 414 6

1.2 446 432 3 448 420 6 462 420 9 460 406 12

120 detik60 detik40 detikArus

30 detik

Nilai DHL diperlukan dikarenakan diperlukan pergerakan ion dari katoda ke anoda sehingga proses ini dapat berjalan, penurunan nilai DHL dapat diindikasikan dengan penurunan kuat arus pada saat proses elektrokoagulasi berlangsung

17

• Nilai DHL tinggi pada larutan dengan jumlah zat padat terlarut yang tinggi pula. Pada proses elektrokogulasi, semakin lama waktu operasi sehingga dosis yang dikeluarkan semakin meningkat akan meningkatkan efisiensi penurunan nilai TDS (Karamah, 2006)

Mengapa ???


18

ANALISA DAN PEMBAHASAN(sistem kontinyu)

Penentuan Kebutuhan Kuat Arus dan Debit yang Digunakan pada Reaktor Kontinyu

• Pada Percobaan Pendahuluan 1,2 Ampere ; 60 detik• Pada reaktor kontinyu, volume ruangan elektrokoagulasi sebesar 25 liter.

Sehingga dibutuhkan arus sebesar : 25 x 1,2 Ampere = 30 AmpereJadi dibutuhkan arus 30 A dengan debit 25 liter / menit.

menitliter / 66,1

230

tliter/meni 25

AmpereAmpereQ

19

Semakin lama waktu proses elektrokoagulasi maka pembetukan H2 dan OH- semakin banyak sehingga semakin banyak pula jumlah kompleks yang mengikat polutan dan jumlah gas hidrogen. Dengan demikian jumlah polutan dalam larutan akan semakin berkurang (Putero. S.H. dkk, 2008). Oleh karena itu berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh besar kuat arus yang dibutuhkan untuk percobaan kontinyu sebesar 2A dengan debit yaitu 1,66 dm3/liter sehingga dilakukan variasi debit yaitu sebesar 1,66 l/menit ; 1,5 l/menit ; 1,25 l/menit ; 1 l/menit dan 0,75 l/menit


20

Hasil Analisa Kekeruhan pada percobaan Kontinyu


21

• Berdasarkan hukum Faraday I diketahui bahwa jika semakin besar waktu yang digunakan untuk proses elektrolisis maka total muatanyang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini menyebabkan massa zat yang dihasilkan di elektroda juga semakin besar. Semakin besar massa zat yang dihasilkan di elektroda menyebabkan penurunan konsentrasi koloid menjadi semakin besar.

• Jadi efisiensi penurunan kekeruhan terbesar pada percobaan kali ini berada pada debit operasional sebesar 0,75 liter / menit yaitu sebesar 64 %

Mengapa ???


22

Hasil Analisa pH pada percobaan Kontinyu

1.66 7.6 7.4 -0.21.5 7.6 7.3 -0.3

1.25 7.62 7.22 -0.41 7.6 7.3 -0.3

0.75 7.85 7.62 -0.23

debit (liter/menit) pHo pHf d pH


23

Hasil Analisa warna pada percobaan Kontinyu

1.66 7.692 4.6017 40.1755071.5 6.291 2.9935 52.416151.25 3.9975 1.3643 65.871169

1 4.0124 1.5249 61.9953150.75 4.0938 2.6732 34.701256

debit (liter/menit)

warna (mg/l PtCo)o

warna (mg/l PtCo)t

Eff (%)

Jadi, penurunan warna terbesar berada pada debit operasional sebesar 1,25 liter / menit yaitu sebesar 65,87% untuk standar PtCo


24

Hasil Analisa DHL pada percobaan Kontinyu

Pada percobaan diatas dapat dilihat bahwa penurunan Daya Hantar Listrik terbesar saat debit aliran air mencapai 0,75 Liter / menit

1.66 440 426 3.18181821.5 350 340 2.8571429

1.25 372 340 8.60215051 430 370 13.953488

0.75 480 400 16.666667

debit (liter/menit) DHL DHL Eff (%)


25

Hasil Analisa Berat Besi

Berdasarkan dari kondisi yang optimal maka didapatkan debit air yang digunakan adalah sebesar 0,75 liter / menit, dengan volume reaktor sebesar 196 L maka waktu operasional adalah selamat = V = 196 Liter = 4,4, jam

Q 0,75 L/menit

Apabila tanpa diperhitungkan densitas bahan, menggunakan hukum Faraday . Arus yang mengalir pada setiap rangkaian paralel sebesar 2 A, berat atom Besi = 56 , n (jumlah ekivalen elektron yang terlibat) = 3, maka jumlah masa yang teroksidasi atau terlarut sebesar:

nxFIxtxam

96500356)36004,4(2

xxxAx

gr128,6


26

Hasil Analisa Biaya

elektrokoaguasi P = V.I.h/1000P = 9 x 2 x 4,4/1000 = 0,0792 KWhBiaya listrik = Rp 1200 x 0,0792 = Rp 95Biaya besi = 0,006128 kg x Rp. 15.000 = Rp 45,96Jadi total biaya yang dikeluarkan sebesar Rp 95 + Rp 45,96 = 140,96 tiap 196 L

Koagunan Kimia FeCl3 (kg) = 40 mg / liter. x 196 Liter = 0,007840 kgJadi biaya yang diperlukan adalah sebesar Biaya (Rp) = 0,007840 kg x Rp.25.000,00

= Rp. 196.,00


• KESIMPULAN1. Percobaan Pendahuluan Penurunan Kekeruhan 68,75% 1,2 A selama 60 det Penurunan Warna 69,37% 1,2 A selama 120 det2. Percobaan Lanjutan Penurunan Kekeruhan 64% 0,75 Liter/menit Penurunan Warna 65,87% 1,25 Liter/menit3. Analisa Biaya dan Berat Elektroda Terlarut Proses elektrokoagulasi 28% lebih murah dibanding bahan kimia Berat besi yang terlarut sebesar 6,128 gr tiap 196 liter air yang

terolah

27

Kesimpulan dan Saran

• Saran1. Diperlukan analisa kadar besi (Fe) setelah operasi2. Diperlukan pengolahan lanjutan mereduksi warna kuning3. Pembersihan pada koloid yang terapung4. Analisa untuk tingkat kekeruhan lebih besar

28

Kesimpulan dan Saran

29

TERIMA KASIH&

Mohon Maaf

aplikasi elektrokoagulasi pasangan elektroda … · partikel-partikel koloid dan halus yang...

Documents