desain kolom adsorpsi granular activated carbon untuk

Desain Kolom Adsorpsi Granular Activated Carbon untuk

Mereduksi Zat Organik (KMnO4) Efluen IPAL

Laundry Koperasi Desa Sukadanau

Aprilia Dyah Ayu Mustika Rini, Firdaus Ali, Nyoman Suwartha

Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Abstrak: Bekerjasama dengan CCAI, Laundry KDS berkomitmen untuk menjadi pelopor

green economy UMKM. Laundry KDS telah mengolah limbahnya dengan IPAL sederhana.

Efluen IPAL memenuhi baku mutu Kepmenlh 112/2003 dan berpotensi untuk didaurulang

dengan unit pengolahan lanjutan seperti kolom adsorpsi GAC. Penelitian ini bertujuan untuk

merekomendasikan desain kolom yang sesuai. Metode penelitian meliputi uji isotherm untuk

mengetahui konstanta isotherm Kf, 1/n, dan carbon usage rate (CUR) teoritis untuk adsorpsi

senyawa KMnO4 dengan pemodelan Freundlich dan metode uji kolom untuk mengetahui bed

life. Diperoleh nilai Kf, 1/n, dan CUR sebesar 1,1246 (mg/g)(L/mg)1/n

, 0,175, dan 56,6

gram/L. Uji kolom dilakukan selama 10 jam. Konsentrasi KMnO4 efluen melebihi baku mutu

hampir pada jam ke 5 setelah mengolah air sebanyak 15700 ml. Desain kolom skala lapangan

adalah berupa pipa berdiameter 12 inchi sebanyak 4 kolom, masing-masing setinggi 100 cm

untuk mengolah efluen IPAL sebanyak rata-rata 10 liter per menit dengan 130 kg GAC dan

bed life selama 29 minggu atau 7 bulan. Artinya setiap 7 bulan sekali, GAC di dalam kolom

perlu diregenerasi.

Kata kunci:

bedlife; efluen IPAL laundry; granular activated carbon; kolom adsorpsi; removal KMnO4

Abstract: Cooperating with CCAI, Laundry KDS commits to be a pioneer of green economy

of UMKM. Laundry KDS treats its waste water with a simple Sewerage Treatment Plant

(STP). The quality of STP effluent is as the standard of Kepmenlh 112/2003 and potentially

recycled by adding an advanced treatment like adsorption column using GAC. This final

project aims to recommend the proper column design. The methods cover isotherm test to

determine Kf,1/n, and teoritical carbon usage rate (CUR) to adsorb KMnO4 using Freundlich

modeling, and column test to predict the bed life. It found Kf, 1/n, and CUR are 1.1246

(mg/g)(L/mg)1/n

, 0.175, and 56.6 gram/L respectively. The column test is carried out for 10

hours. The concentration of KMnO4 of the pilot column effluen sample is higher than the

maximum standard at the fifth hour after treating 15000 ml of volume. The full-scale column

design is made up of pipe that is 12 inch in diameter. There are 4 column with 100 cm in

height respectively to treat 10 liter per minutes of STP effluent with 130 kg of GAC and bed

life 29 weeks or 7 months. It means the GAC has to be regenerated once in every 7 months.

Key word:

adsorption column; bed life; effluent of laundry STP; granular activated carbon; KMnO4

removal

1. Pendahuluan

Laundry KDS adalah salah satu cabang usaha Koperasi Desa Sukadanau (KDS) yang

dirintis sejak tahun 2009. Tahun 2011 cabang usaha yang berjenis UMKM ini menjalin

kemitraan dengan Coca Cola Amatil Indonesia (CCAI) sebagai salah satu vendor yang

Desain kolom..., Aprilia Dyah Ayu Mustika Rini, FT UI, 2013

bertanggungjawab terhadap kebersihan baju-baju karyawan CCAI. Kedua pihak kemudian

ingin menjadi pelopor green economy di sektor UMKM.

Laundry KDS telah dilengkapi dengan IPAL untuk mengolah limbah dan

seperangkat alat seterika uap untuk konservasi energi listik. Untuk menjadi pelopor green

economy, masih ada satu hal yang sebaiknya mulai diupayakan selanjutnya, yaitu konservasi

air. Selama ini, Laundry KDS mencuci dengan air tanah. Padahal tingkat konsumsi air untuk

keperluan laundry cukup tinggi. Di rumah tangga saja sekitar 40 liter (Reed, 2005), apalagi di

laundry. Jika sumber yang digunakan adalah air tanah, bukan tidak mungkin laundry akan

menjadi pengeksploitasi air tanah dan merugikan masyarakat sekitar.

Dengan telah memiliki IPAL, Laundry KDS telah memiliki strength yang cukup

untuk melakukan konservasi air, yaitu dengan mendaurulang efluen IPAL menggunakan

advanced treatment. Laundry KDS juga memiliki opportunity yang cukup dari pihak CCAI

berupa kemungkinan adanya bentuk kerja sama yang lebih besar atau bantuan dana

pengadaan instalasi advanced treatment. Dengan proses daur ulang, kualitas efluen IPAL

yang tadinya hanya akan dibuang ke badan air dapat ditingkatkan kegunaannya menjadi air

bersih yang dapat dimanfaatkan kembali untuk mencuci karpet atau tikar, menghasilkan uap

seterika, dan merawat IPAL.

Berdasarkan observasi awal mengenai ketersediaan lahan di Laundry KDS, kolom

adsorpsi menggunakan granular activated carbon yang dinilai paling sesuai. Parameter yang

akan diturunkan adalah angka permanganat (KMnO4). Kadar maksimum KMnO4 menurut

Permenkes RI Nomor 492 tahun 2010 adalah 10 mg/L. Sementara itu, di dalam Permenkes RI

Nomor 416 tahun 1990, KMnO4 dikategorikan dalam jenis parameter kimia organik bersama

fenol, benzena, DDT, kloroform, dan deterjen. Senyawa-senyawa ini dapat diadsorp oleh

activated carbon dengan efektif. Hal ini berarti activated carbon juga efektif untuk

menurunkan KMnO4. Hasil penelitian Jannatin et al (2009) juga menyebutkan bahwa efisiensi

adsorben arang batok kelapa dalam menurunkan KMnO4 dari limbah cair batik adalah 7,5-83

%. Aplikasinya berupa sebuah atau beberapa kolom yang berisi GAC. Air yang ingin diolah

lalu dialirkan ke dalam kolom tersebut. Menurut pemodelan isotherm Freundlich, untuk

mendesain kolom, ada hal-hal pokok yang perlu diketahui, seperti yang tercantum dalam

tujuan penelitian berikut ini.

1. menghitung konstanta kapasitas adsorpsi (Kf), intensitas adsorpsi (n), dan dosis GAC

(GAC usage rate) teoritis,

2. memprediksi bed life GAC, dan

3. merekomendasikan desain kolom adsorpsi skala lapangan yang sesuai.


2. Tinjauan Pustaka

Adsorpsi merupakan salah satu advanced treatment yang dapat digunakan untuk

mendaur ulang grey water. Menurut Ghoreyshi et al (2010), efisiensi penghilangan

dichloromethane paling tinggi sebesar 93 %. Ditemukan indikasi bahwa waktu breakthrough

akan berkurang jika ada penambahan konsentrasi limbah cair, debit limbah cair, panjang

kolom, dan suhu. Jannatin et al (2009) juga menyimpulkan bahwa efisiensi removal oleh

adsorben arang batok kelapa untuk warna dan permanganat value masing-masing sebesar 77

%-100% dan 75%-83%.

Firdaus (2001) juga melakukan penelitian dengan granular activated carbon untuk

menurunkan kadmium. Metode penelitiannya adalah uji isotherm dan pemodelan isotherm

Freundlich. Hasilnya, sebanyak 630,49 gram karbon aktif dapat menurunkan konsentrasi

kadmium dari 363,6 mg/L menjadi 0,01 mg/L dengan waktu kontak selama 10 menit dan

debit sebesar 49,06 ml/menit.

Untuk mendesain kolom adsorpsi, penelitian ini berpatokan pada rasio tinggi bed

kolom dengan diameter atau h/D antara 1,5/1 sampai 4/1 (Reynold, 1996) dan kriteria densitas

GAC 350-550 kg/m3; approach velocity 5-15 m/jam; Empty Bed dan Contact Time (EBT) 5-

30 menit (Metcalf & Eddy, 2003). Setidaknya direkomendasikan 2 kolom adsorpsi yang

tersusun pararel agar yang jika yang satu sedang diregenerasi, fungsi adsorpsi dapat

digantikan yang lain.

2.1. Uji Isotherm

Uji isotherm adalah evaluasi laboratorium untuk mengetahui jumlah adsorbate per

satuan masa adsorben (activated carbon) pada suhu yang konstan. Menurut prosedur evaluasi

laboratorium Calgon Carbon Corporation, uji isotherm dilakukan dengan membubuhkan

variasi masa karbon yang lumat dan kering ke dalam beberapa kontainer yang berisi volume

sampel yang sama lalu diaduk selama pengujian. Jumlah pengadukan 190 rpm (Ghoreyshi, et

al, 2010). Ukuran partikel karbon sekitar 1-3 mm atau 8-10 mesh. Setelah setimbang, filtrat

campuran diambil dan diukur konsentrasi kontaminannya. Konsentrasi kontaminan yang

awalnya sebesar Co, akan berkurang menjadi konsentrasi yang setimbang sebesar Ce setelah

adsorpsi dalam waktu kontak yang cukup, biasanya 1 sampai 4 jam (Reynold, 1996), atau 2

jam (Ghoreyshi, et al, 2010).

Serupa dengan Firdaus (2001), penelitian ini juga menggunakan pemodelan isotherm

Freundlich untuk mengolah data uji isotherm. Isotherm Freundlich menunjukkan hubungan


antara konsentrasi yang setimbang (Ce) dan jumlah adsorbate (x) per satuan masa activated

carbon (m). Bentuk persamaannya adalah

qe =

= Kf

(1)

dimana

x : masa adsorbate

m : masa adsorben (activated carbon)

Ce : konsentrasi kesetimbangan dari zat terlarut, masa/volume

Kf, : konstanta suatu ukuran dari kapasitas adsorpsi.

n : konstanta ukuran untuk intensitas adsorpsi.

GAC usage rate =

(2)

2.2. Uji Kolom

Penelitian ini juga menggunakan metode uji kolom untuk memprediksi bed life.

Kolom skala laboratorium setidaknya berdiameter 1 in, dan berketinggian 24 in. Ada side wall

effect yang akan timbul secara signifikan akibat debit liquid satuan (debit liquid per satuan

cross section area kolom) yang cukup besar. Untuk menghindari side wall effect, debit liquid

satuan maksimum adalah 0,34 l/s-m2 untuk diameter kolom uji 1

in, 0,68 l/s-m

2 untuk

diameter 2 ¾ in, dan 1,02 l/s-m2 untuk 3 ¾ in (Reynold, 1996). Kurva hasil uji kolom akan

seperti Gambar 1 berikut.

Gambar 1. Kurva Breakthrough

Sumber: Metcalf & Eddy, 2003


3. Metode Penelitian

3.1. Kerangka Penelitian

Secara umum, kerangka penelitian ini adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Kerangka Penelitian

Sumber : Pengolahan Penulis, 2013

Identifikasi permasalahan

Isu kelangkaan air bersih di beberapa wilayah

termasuk Cikarang Barat

Isu eksploitasi air tanah oleh laundry-laundry

di beberapa wilayah

Cita-cita Laundry KDS untuk menjadi

laundry percontohan

Potensi daur ulang efluen IPAL laundry KDS

menurut strength dan opportunitynya

Persiapan penelitian

Pemerikasaan kualitas efluen IPAL

Persiapan alat dan bahan percobaan di

laboratorium

Uji isotherm

Data primer

Pengolahan Data dan Analisis

Kesimpulan

Kf, 1/n, CUR teoritis

Bed life (usia GAC)

Desain kolom skala lapangan

Rekomendasi

Uji kolom

Data sekunder

Desain kolom uji

(skala pilot)


3.2. Material dan Metode Uji

Penelitian ini menggunakan GAC yang terbuat dari arang batok kelapa, berukuran 1-

3 mm atau lolos saringan nomor 10 dan tertahan saringan nomor 18, disupply dari Lampung

dan dibeli melalui TokoBagus.com. Selain itu, diperlukan juga beberapa jenis larutan untuk

melakukan uji parameter, dan larutan H2SO4 untuk pengawetan sampel. Uji pendahuluan

adalah mengukur TDS, pH, kekeruhan, NO3-, NO2

-, PO4, MBAS, COD, BOD5, TSS, minyak

dan lemak, dan KMnO4 efluen IPAL. KMnO4 diukur dengan metode titrimetri (SNI 06-

6989.22-2004). Selanjutnya adalah uji isotherm dan uji kolom seperti dijelaskan pada subbab

2.1 dan 2.2.

3.3. Analisis Data Uji Isotherm

Setelah diketahui berapa volume titran yang diperlukan untuk menitrasi larutan

sampel, konsentrasi KMnO4 dihitung dengan persamaan berikut.

KMnO4 mg/L =

6 (3)

Sesuai pemodelan isotherm Freundlich, data uji isotherm dirangkum ke dalam tabel

berikut.

Tabel 1. Data Uji Isotherm

no m = gr GAC/

L sampel

Ce (mg

KMnO4/L)

x (mg/L) = ΔCe =

(Ce0-Cen )

x/m

(mg KMnO4/ gr GAC)

0 0 Co 0 -

1 m1 Ce1 Co-Ce1 (Co-Ce1)/m1

2 m2 Ce2 Co-Ce2 (Co-Ce2)/m2

... ... ... ...

n mn Cen Co-Cen (Co-Cen)/mn


= Kf

log

= log Kf + log

log

= log Kf + 1/n log (4)

Bentuk akhir dari persamaan tersebut adalah y = mx + c. Log x/m diplot pada sumbu

y. Log Ce diplot pada sumbu x. Log Kf adalah c atau titik pada sumbu y yang terpotong oleh

perpanjangan kurva. Lalu 1/n adalah m atau slope kurva tersebut. Dengan Kf dan 1/n, dosis

karbon atau GAC usage rate dapat dihitung secara teoritis dengan Persamaan 2.


3.4. Perhitungan Desain Kolom Uji

Langkah-langkah mendesain kolom uji adalah sebagai berikut.

Gambar 3. Langkah Mendesain Kolom Uji


3.5. Analisis Data Uji Kolom

Pengolahan data uji kolom bertujuan untuk menghitung masa GAC yang dianggap

habis per satuan waktu (Mt) dalam mereduksi KMnO4 efluen IPAL laundry KDS. Mt dapat

ditentukan dengan langkah-langkah berikut ini.

Menentukan D dan h kolom uji dimana D minimal 1

in, dan h minimal 24 in

Menentukan besar debit liquid yang akan dialirkan

ke dalam kolom uji.

Menentukan jumlah masa GAC yang

akan diisikan ke dalam kolom uji

Ya

Kriteria debit liquid satuan

kolom uji? Kriteria EBCT?

Tidak

Kriteria densitas

GAC?

Ya

Selesai

Tidak


Gambar 4. Langkah-langkah Menghitung Mt


3.6. Perhitungan Desain Kolom Skala Lapangan

Perhitungan desain sesuai Gambar 5 Densitas GAC dan EBCT kolom GAC skala

lapangan disamakan dengan densitas GAC dan EBCT kolom uji.

3.7. Perhitungan Bed Life GAC

Bed life GAC yang dimaksud dalam penelitian ini adalah selama berapa

hari/minggu/bulan GAC dapat mengadsorb senyawa KMnO4 dan menghasilkan air dengan

konsentrasi KMnO4 kurang dari 10 mg/L. Saat konsentrasi KMnO4 tepat lebih dari 10 mg/L,

GAC dinyatakan habis, sudah tutup usia, dan perlu diregenerasi. Bed life dihitung dengan

Persamaan 5 (Reynold, 1996) atau Persamaan 6 (Metcalf & Eddy):

Bed life (menit) =

(5)

Bed life (menit) =

(

) (

)

(6)

Data uji kolom :

Akumulasi volume efluen kolom uji

Nilai KMnO4 efluen kolom uji

Kurva nilai KMnO4 terhadap volume air terolah

Mengamati kurva, saat KMnO4 > 10 mg/L berapa

volume (Vt) ?

Menghitung

rasio =

(lit/gr)

Menghitung

Mt =

(gr/menit)

(Reynold, 1996)


Nilai bed life yang diperoleh akan dibandingkan dan disimpulkan mana yang

reasonable.

Gambar 5. Langkah-langkah Mendesain Dimensi Kolom GAC Skala Nyata


4. Hasil dan Pembahasan

4.1. Kualitas Sampel Efluen IPAL

Uji pendahuluan mengenai kualitas efluen IPAL didasarkan pada hasil uji di

Sucofindo dan BPLHD. Data terbaru bertanggal 4 Juni 2013 dari Sucofindo cabang Bekasi

menyebutkan konsentrasi BOD5 sebesar 66,7 mg/L, pH sebesar 7,42, TSS sebesar 50 mg/L,

minyak dan lemak kurang dari 2. Konsentrasi parameter lain dapat dilihat pada Tabel.

Menentukan Debit (Q)

Menghitung volume (V)

V =

Menentukan diameter (D)

Menghitung tinggi (h)

h =

Ya

Tidak

Approach velocity?

Approach velocity =

=

5-15 m/jam

Ya

h/D?

1,5/1 < h/D < 4/1

Selesai

Ya

Tidak


Tabel 1. Hasil Uji Kualitas Efluen IPAL Laundry KDS

Parameter Satuan Hasil uji

TDS mg/L 771

Kekeruhan NTU 170

Nitrat mg/L 0,31

Nitrit mg/L 0,049

Phosfat mg/L 4,48

Deterjen mg/L 1,7

KMnO4 mg/L 130,99

COD mg/L 363,85

Sumber : BPLHD, Juni 2013

Mengacu pada Permenkes 416/1990 tentang persyaratan kualitas air bersih,

parameter yang memenuhi baku mutu adalah TDS, pH, nitrat, dan nitrit. Sisanya, konsentrasi

COD, phosfat, deterjen, KMnO4, dan kekeruhan menunjukkan bahwa efluen IPAL Laundry

KDS ini belum layak untuk dijadikan sumber air bersih.

4.2. Analisis Data Uji Isotherm

Tabel 2. berikut merangkum data yang dihasilkan dari uji isotherm yang telah

diseleksi.

Tabel 2. Data Uji Isotherm yang Telah Diseleksi

No

erlenmeyer

GAC

(gr)

Sampel

(ml)

m

(gr/L)

vol

titrasi

(ml)

KMnO4

(mg/L)

x

(mg/L)

x/m

(mg KMnO4/gr)

0 0,0000 100 0,00 10 31,600 0 0,0000

1 0,1004 100 1,00 9,3 29,388 2,212 2,2032

3 0,5002 100 5,00 7,1 22,436 9,164 1,8321

5 0,9004 100 9,00 5,2 16,432 15,168 1,6846

6 1,1018 100 11,02 3,1 9,796 21,804 1,9789

9 1,7002 100 17,00 2,4 7,584 24,016 1,4125

10 1,9001 100 19,00 1,2 3,792 27,808 1,4635


Sesuai dengan Persamaan 4, nilai log Ce dan log x/m ada pada Tabel 3.


Tabel 3. Nilai Log Ce dan Log x/m

No

erlenmeyer

KMnO4

(mg/L)

Log

KMnO4

x/m

(mg

KMnO4/gr)

Log

x/m

1 29,388 1,468 2,203 0,343

3 22,436 1,350 1,832 0,262

5 16,432 1,215 1,684 0,226

6 9,796 0,991 1,978 0,296

9 7,584 0,879 1,412 0,150

10 3,792 0,578 1,463 0,165


Gambar 6. Kurva Isotherm Freundlich


Menurut hasil komputasi, persamaan kurva pada Gambar 6 adalah

y = 0,175x + 0,051 dengan R² = 0,588

Maka besar konstanta-konstanta isotherm adalah sebagai berikut.:

1/n = 0,175

log Kf = 0,051

Kf = 1,1246 (mg/g)(L/mg)1/n

Selanjutnya GAC usage rate teoritis dihitung dengan persamaan berikut.

GAC usage rate =

=

= 56,6 gram/liter

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0,3000

0,3500

0,4000

0 0,5 1 1,5 2

Isotherm Freundlich Linear (Isotherm Freundlich)

Log

x/m

Log KMnO4


Jadi nilai Kf, 1/n, dan GAC usage rate untuk mereduksi angka permanganat masing-

masing sebesar 1,1246 (mg/g)(L/mg)1/n

, 0,175, dan 56,6 gram/liter. GAC usage rate sama

dengan 56,6 gram/liter berarti secara teoritis dibutuhkan sebanyak 56,6 gram GAC untuk

mengolah 1 liter sampel efluen IPAL Laundry KDS.

4.3. Analisis Uji Kolom

Kolom uji dibuat dari pipa PVC yang berdiameter (D) 2 in. Tinggi GAC di dalam

pipa dibuat 70 cm. Liquid flowrate yang dialirkan ke dalam kolom sebesar 50 ml/menit. Ini

telah memenuhi kriteria unit liquid flowrate sebesar 0,41 lit/s-m2 (unit liquid flowrate < 5

lit/s-m2, memenuhi) dan EBCT sebesar 28,387 menit (5< EBCT < 30 menit, memenuhi).

Masa GAC yang akan diisikan ke dalam kolom uji adalah 650 gram. Sehingga densitas kolom

adalah 457,955 gram/liter (350 < densitas < 550 gram/liter, memenuhi). Instalasi kolom uji

ada pada Gambar 7.

Gambar 7. Instalasi Kolom Uji

Sumber : Dokumentasi Penelitian, 2013

Pipa A dan C kosong. GAC diisikan pada pipa B dan D masing-masing setinggi 35

cm. Sehingga total tinggi bed GAC adalah 70 cm. Pipa A menerima influen dari valve ember

tampungan secara downflow. Di dasar pipa A terdapat pipa penghubung berdiameter ¾ inchi.

Pipa penghubung berfungsi untuk mengalirkan liquid dari pipa A ke B. Kedua ujung pipa

A B

C

D


penghubung ditutup dengan saringan sablon untuk mencegah lolosnya butiran halus GAC

atau masuknnya material lain. Liquid pun mengaliri GAC yang ada di dalam pipa B secara

upflow. Selanjutnya, melalui pipa penghubung yang dipasang 5 cm dari ujung atas pipa B dan

C, liquid akan mengalir secara downflow ke dalam pipa C. Di dasar pipa C juga terdapat pipa

penghubung untuk mengalirkan liquid ke pipa D. Liquid pun mengaliri GAC yang ada di

dalam pipa D secara unflow untuk keluar sebagai effluen kolom uji.

Data uji kolom dirangkum dalam Tabel 4. Titik breakthrough adalah titik di mana

konsentrasi parameter efluen kolom uji 95 % dari influennya (Metcalf & Eddy, 2003). Titik

itu belum dicapai pada Gambar 8 karena uji kolom pada penelitian ini hanya bertujuan untuk

mengetahui kapan konsentrasi KMnO4 efleun kolom uji menjadi 10 mg/L. Diperkirakan, jika

durasi uji kolom ditambah, misalnya selama 24 jam, akan diperoleh kurva yang terus ke atas

serupa dengan Gambar 1 hingga menunjukkan titik breakthrough.

Tabel 4. Data Uji Kolom

no volume

terolah (ml)

Durasi kerja kolom

uji (menit ke)

Debit = volume terolah/

durasi (ml/menit)

vol titrasi

(ml)

KMnO4

(mg/L)

1 1500 32,23 46,540 1,6 5,056

2 3000 64,48 46,526 2,0 6,320

3 4500 95,26 47,239 2,4 7,584

4 6000 119,20 50,336 2,2 6,952

5 7500 148,02 50,669 2,6 8,216

6 9000 180,04 49,989 2,0 6,320

7 10500 209,76 50,057 2,2 6,952

8 12000 238,74 50,264 2,2 6,952

9 13500 268,43 50,292 2,0 6,320

10 15000 299,21 50,132 2,8 8,848

11 16500 338,65 48,723 3,4 10,744

12 18000 365,45 49,254 3,2 10,112

13 19500 398,33 48,954 3,0 9,480

14 21000 429,30 48,917 4,0 12,640

15 22500 455,23 49,426 4,0 12,640

16 24000 491,43 48,837 4,3 13,588

17 25500 524,34 48,633 4,2 13,272

18 27000 543,10 49,715 5,4 17,064

19 28500 571,23 49,892 6,2 19,592

20 30000 598,12 50,157 8,3 26,228



Tidak seperti Gambar 1, kurva pada Gambar 8 tidak stabil atau naik turun. Hal ini

dikarenakan peneliti tidak mencampur seluruh volume efluen kolom uji ke dalam satu

storage. Debit liquid, setelah dikoreksi dan dicatat di kolom 3 Tabel 4, ternyata tidak

sepenuhnya stabil 50 ml/menit. Sehingga kualitas efluen yang dicapai menjadi lebih baik atau

kurang baik dari sampel sebelumnya. Jika seluruh volume efluen kolom uji ditampung di

dalam satu storage dan sampel diambil dari storage tersebut, konsentrasi KMnO4 sampel

yang terukur adalah konsentrasi KMnO4 yang setimbang karena suatu material balance.

Kurva yang dihasilkan pun akan menjadi lebih baik, tidak naik turun.

Gambar 8. Breakthrough Curve


Pada kurva Gambar 8, terlihat konsentrasi maksimum KMnO4 terlampaui setelah

mengolah efluen IPAL Laundry KDS sebanyak kurang lebih 15700 ml. Mt pun dapat dihitung

dengan cara sebagai berikut.

Vt = 15700 ml

Rasio =

(lit/gr) =

= 0,024 lit/gr

Mt =

(gr/menit) =

= 2,07 gram/menit

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

KM

nO

4 (

mg

/L)

Akumulasi volume efluen kolom uji (ml)

KMnO4

Vt =15700 ml


4.4. Perhitungan Desain Kolom GAC Skala Lapangan

Penulis merekomendasikan agar outlet IPAL Laundry KDS langsung disambungkan

pada kolom GAC skala lapangan. Flowrate diukur dengan grab sampling dari outlet IPAL

yang bermuara di Kali Sadang itu tersebut rata-rata 6-8 liter/menit. Maka kolom GAC skala

lapangan didesain untuk kapasitas liquid flowrate yang lebih cantik, yaitu 10 liter/menit atau

0,6 m3/jam. Desain EBCT kolom GAC skala nyata sama dengan EBCT kolom uji, yaitu

28,387 menit. Sehingga dibutuhkan kolom yang berkapasitas volume 283, 87 liter.

Desain diameter pipa kolom GAC skala nyata adalah 12 inchi atau 0,305 m.

Pemilihan diameter ini telah memenuhi kriteria approach velocity yang direntan antara 5-15

m3/jam. Hal ini dibuktikan dengan :

Vapp =

= 8,22 m/jam (5 < Vapp < 15 m

3/jam, memenuhi)

Tinggi GAC di dalam kolom dihitung dengan :

h =

= 388,889 cm = 389 cm

Kriteria rasio tinggi GAC di dalam kolom terhadap diameter kolom adalah 1,5/1

sampai 4/1 (Reynold, 1996), maka tinggi GAC di dalam kolom (h) = 389 cm dibagi menjadi 4

kolom yang masing-masing setinggi 97,2 cm atau 100 cm. Sehingga :

h/D =

= 3,2

Dengan asumsi satu kolom tidak dioperasikan karena sedang dibackwash dan

diregenerasi, sedangkan tiga kolom lainnya tetap dioperasikan, EBCT saat hanya tiga kolom

yang dioperasikan adalah:

EBCT tiga kolom =

= 21,290 menit (5< EBCT< 30 menit, masih

memenuhi)

Karena EBCT tiga kolom masih memenuhi kriteria desain, maka tidak diperlukan

kolom kelima sebagai kolom cadangan pada saat salah satunya diregenerasi.

Densitas GAC di dalam kolom skala lapangan ini juga disamakan dengan kolom uji,

yaitu sebesar 457,955 gr/liter. Dengan demikian, masa GAC yang diperlukan untuk mengisi

seluruh kolom skala lapangan ini adalah :

M = (283, 87 liter)(457,955 gr/liter) = 130 kg

Desain yang direkomendasikan oleh peneliti dapat dilihat pada Gambar 9 dan

Gambar 10.


Gambar 9. Letak Kolom GAC Skala Lapangan Terhadap Bak 3 IPAL Laundry KDS


Gambar 10. Detil Pemipaan Kolom GAC Skala Lapangan


Gambar 9 menunjukkan tata letak keempat kolom GAC relatif terhadap bak 3 IPAL.

Kolom dibariskan membujur dari arah Utara ke Selatan di sebelah Barat IPAL. Gambar 10


menunjukkan detil pemipaan kolom. Pengaturan arah aliran dapat dilakukan dengan

membuka-tutup valve-valve tertentu sesuai panduan yang terdapat pada Tabel 5. berikut.

Tabel 5. Sistem Buka-Tutup Valve Pada Pemipaan Kolom GAC

Kolom yang

dioperasikan ()

dan yang di

backwash (x)

Valve yang dibuka dan ditutup (Gambar 10)

1 2 3 4 dibuka ditutup

a, l, n, o, p b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, m, q

x b, c, j, n, o, p a, d, e, f, g, h, i, k, l, m, q

x a, d, e, i, k, o, p b, c, f, g, h, j, l, m, n, q

x a, e, h, l, m, b, c, d, f, g, i, j, k, n, o, p, q

x a, f, g, l, n, o, q b, c, d, e, h, i, j, k, m, p


4.5. Perhitungan Bed Life GAC

Berdasarkan hasil uji kolom yang menyebutkan bahwa masa GAC yang dianggap

habis per satuan waktu (Mt) akibat mengolah efluen IPAL laundry KDS adalah 1,316

gram/menit, usia GAC (bed life) di dalam kolom skala lapangan ini diestimasi dengan

Persamaan 5.

Bed life =

=

= 1046,667 jam

Dengan anggapan bahwa jam kerja IPAL dalam seminggu adalah 6 jam per hari

selama 6 hari, maka bed life dapat dikonversi ke dalam minggu atau bulan dengan cara

berikut.

Bed life =

(

)(

)

= 29 minggu

= 7 bulan (Reasonable)

Namun, Metcalf & Eddy (2003) menggunakan persamaan yang berbeda untuk

menghitung bedlife yaitu dengan hasil uji isotherm Freundlich menggunakan Persamaan 6

seperti berikut.


Bed life =

(

) (

)

=

(

) (

)

= 229,68 menit

= 0,15 hari (Irreasonable)

Dari kedua hasil perhitungan bed life itu, hasil perhitungan yang reasonable atau

masuk akal adalah 7 bulan. Jadi bedlife GAC kolom skala lapangan adalah 7 bulan. Hal ini

berarti setiap 7 bulan sekali, GAC perlu diregenasi.

4.6. Estimasi Biaya Pengadaan Instalasi

Berdasarkan Diperlukan setidaknya 130 kg GAC dan total harganya adalah Rp

1.800.000,00. Untuk membuat kolom, dibutuhkan 1 batang pipa uPVC Jis Standard Vinilon

berdiameter 12 inch. Harganya Rp 1.700.000,00. Sedangkan untuk pemipaan air back wash

dan air daur ulang diperlukan kira-kira 6 batang pipa uPVC Jis Standard Vinilon berdiameter

1 inch dengan total harga Rp 174.000,00. Sehingga estimasi biaya pengadaan instalasi ini

adalah Rp 3.674.000,00 atau Rp 4.000.000,00.

4.7. Potensi Pengadaan Instalasi Ditinjau dari Tarif Laundry

Tarif mencuci di Laundry KDS sebesar Rp 5000,00 per potong baju lengan pendek

dan Rp 6000,00 per potong baju lengan panjang. Ada sekitar 100 potong seragam yang dicuci

setiap hari. Sehingga tiap bulan terdapat 2400 potong. Artinya pemasukan per bulan berkisar

Rp 13.200.000,00. Dengan mengalokasikan 10 % dari pemasukkan tersebut setiap bulannya,

maka kira-kira dalam 6 bulan laundry KDS sudah dapat mengadakan instalasi ini. Peluang

menjadi pelopor green economy tingkat UMKM sekaligus menjadi laundry percontohan juga

akan semakin bertambah.

5. Penutup

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan di IPAL Laundry KDS, ada

beberapa hal yang dapat disimpulkan, yaitu :

1. Dengan pemodelan isotherm Freundlich, diperoleh konstanta kapasitas

kesetimbangan adsorbsi (Kf) dan intensitas (1/n) adsorbsi GAC dalam

menghilangkan zat organik angka permanganat (KMnO4) dari air khususnya


efluen IPAL Laundry KDS adalah 1,1246 (mg/g)(L/mg)1/n

dan 0,175. Sedangkan

GAC usage rate teoritis sebesar 56,6 gram/liter.

2. Bedlife GAC kolom skala lapangan adalah 7 bulan. Artinya, GAC kolom skala

lapangan perlu diregenerasi setelah dioperasikan selama 7 bulan.

3. Desain kolom GAC skala lapangan adalah berupa pipa berdiameter 12 inchi

sebanyak 4 kolom yang masing-masing setinggi 100 cm untuk mengolah efluen

IPAL Laundry KDS sebanyak 10 liter/menit menggunakan masa GAC sebanyak

130 kg.

5.2. Saran

Terkait dengan pengadaan kolom adsorbsi GAC di IPAL Laundry KDS, saran-saran

yang dapat disampaikan oleh penulis adalah sebagai berikut.

1. Diperlukan analisis cost benefit untuk mendukung pengambilan keputusan apakah

kolom adsorpsi ini feasible diadakan di Laundry KDS atau tidak. Daftar harga

unit-unit dan material yang dibutuhkan terdapat pada lampiran.

2. Jika desain telah dinilai feasible, pengelola Laundry KDS sebaiknya membuat

proposal pengadaan kolom adsorpsi kepada Coca Cola Amatil Indonesia sesuai

dengan hasil penelitian ini.

DAFTAR REFERENSI

Calgon Carbon Corporation. 2007. Laboratory Evaluation of Granular Activated Carbon for

Liquid Phase Applications. www.calgoncarbon.com

Firdaus, Bachtiar. 2001. Adsorpsi Logam Kadmium dari Air Dengan Karbon Aktif Melalui

Sistem Kontinu. UI

Ghoreyshi, F. Zeinali A.A. and G.D. Ngajafpour. Adsorption of Dichloromethane from

Aqueous Phase Using Granular Activated Carbon :Isotherm and Breakthrough Curve

Measurements.Department of Chemical Engineering, Babol Noshivani University of

Technology

Jannatin, Raditya Derifa dan M. Razif, MM. 2009.Uji Kemampuan Adsorpsi Arang Batok

Kelapa Untuk Mereduksi Warna dan Permanganat Value Dari Limbah Cair Industri

Batik. ITS Surabaya

Li, Fangyue, Knut Wichman, dan Ralf Otterpohl. 2009. Review of the technological

approaches for grey water treatment and reuses.ScienceDirect

Metcalf & Eddy, Inc. 2003. Waste Water Engineering Treatment and Reuse. Forth Edition


Reed, B.J. 2005.Minimum Water Quantity Need for Domestic Use. WHO

Reynold dan Richards. 1996. Unit Operation and Processes in Environmental Engineering.

Second Edition

Strand, Gert. 2001. Activated Carbon for Purificatin of Alcohol and Some Useful Distilation

Tips. Gert Strand AB, Box 50221, S-202 12 Malmo, Sweden.

http://homedistiller.org/activated_book1.pdf


http://homedistiller.org/activated_book1.pdf

desain kolom adsorpsi granular activated carbon untuk

Documents