klnkn mn m

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi VIIProgram Studi MMT-ITS, Surabaya 2 Pebruari 2008

UJI KEMAMPUAN KARBON AKTIF DARI LIMBAH KAYUDALAM SAMPAH KOTA UNTUK PENYISIHAN FENOL

Fithrianita Juliandini dan Yulinah TrihadiningrumJurusan Teknik Lingkungan,

Program Pascasarjana, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.Email : [email protected]

ABSTRAK

Volume limbah sebagai hasil sisa produksi semakin bertambah banyaksebanding dengan pesatnya pertumbuhan industri. Salah satu limbah industri adalahfenol. Fenol merupakan limbah organik dan biasanya dibuang ke lingkungan air. Salahsatu cara mengolah limbah adalah melalui proses adsorpsi dengan karbon aktif.Alternatif penerapan teknologi adsorpsi dengan karbon aktif dipilih karena permukaankarbon aktif luas, kemampuan adsorpsi besar, mudah diaplikasikan dan biaya yangdiperlukan relatif murah.

Limbah kayu dalam sampah kota dimanfaatkan dengan mengubah fungsi bahanmenjadi karbon aktif sebagai adsorben untuk penyisihan fenol. Limbah kayu yangdipakai berasal dari industri mebel yaitu limbah kayu jati, merbau dan kamper. Analisisspektofotometri dilakukan setelah fenol kontak dengan karbon aktif. Penelitian inimembandingkan penambahan variasi dosis karbon aktif dari limbah kayu dan komersialserta variasi konsentrasi limbah fenol buatan. Konsentrasi fenol yang digunakan adalah6,41 mg/L, 4,27 mg/L dan 2,57 mg/L. Adsorpsi fenol dilakukan dengan sistem batch.Pembuatan karbon aktif melalui tiga proses yaitu; dehidrasi, aktifasi dan karbonisasi.

Karbon aktif limbah kayu diuji karakteristiknya yaitu kadar arang 35%, kadarair 4,5%, kadar abu 2% dan daya serap terhadap larutan I2 diatas 20%.. Sedangkanpola bentuk partikel dan struktur mikro diuji dengan SEM. Prosentase penyisihan fenololeh karbon aktif mencapai 99%. Peningkatan konsentrasi fenol dan dosis karbon aktifmeningkatkan prosentase penyisihan fenol. Tetapi karbon aktif yang diuji tidakmemperlihatkan perbedaan yang nyata. Sedangkan aplikasi model isotherm karbon aktifdari limbah kayu dan komersial adalah isotherm Freundlich. Daya adsorpsi terbesarberasal dari karbon aktif limbah kayu jati. Persamaan isotherm Freundlich adalah x/m =0,2095C2,8423 dengan kapasitas adsorpsi sebesar 0,2095 mg/mg.

Kata kunci: Karbon aktif dari limbah kayu, fenol, adsorpsi, isotherm

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) ternyata mengubahkondisi bumi, aplikasi perkembangan IPTEK adalah pesatnya pertumbuhan industri.Volume limbah sebagai hasil sisa produksi semakin bertambah banyak sebandingdengan pesatnya pertumbuhan industri. Lingkungan dipaksa untuk menerima limbah,bila limbah tidak dikelola dengan baik dan melebihi daya dukungnya maka lingkunganakan tercemar.

Salah satu limbah yang ada dalam limbah industri adalah limbah fenol. Limbahorganik ini banyak ditemukan dalam limbah industri di Indonesia, antara lain industrimigas, fiber-glass, perekat, kayu lapis, farmasi, cat, tekstil, keramik, plastik,formaldehid dan sebagainya. Fenol merupakan limbah berbau khas dan beracun serta


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-2

korosif terhadap kulit (menimbulkan iritasi). Apabila terminum akan menimbulkan rasasakit dan merusak pembuluh darah sehingga menyebabkan gangguan pada otak, paru-paru, ginjal dan limpa. Apabila mencemari perairan dapat menimbulkan rasa dan bautidak sedap dan pada konsentrasi nilai tertentu akan menyebabkan kematian organismedi perairan. Berdasarkan kategori tersebut, fenol digolongkan sebagai Bahan Beracundan Berbahaya (B3).

Akhir-akhir ini lingkungan air (sungai, air tanah, danau dan laut) mengalamikerusakan dikarenakan banyaknya limbah yang dibuang. Untuk itu diperlukan upayapenanganan lingkungan air. Salah satu cara untuk mengolah limbah di lingkungan airsecara fisik kimia adalah melalui proses adsorpsi. Proses adsorpsi dapat dilakukandengan karbon aktif yang dibuat dari bahan bakar limbah kayu. Timbulan kayu di TPABenowo sebesar 51,6 ton/hari atau sebesar 2,39% dapat dimanfaatkan sebagai bahandasar pembuatan karbon aktif.

Penurunan fenol menggunakan karbon aktif telah banyak dilakukan.Kemampuan adsorpsi serbuk gergaji terhadap fenol mencapai efisiensi sebesar 6,45%(Trihendardi, 1997). Efisiensi karbon aktif dari ampas tebu untuk penyisihan fenolmencapai 98,33% dengan aktifator ZnCl2 (Setyowati, 1998) dan 17,78% denganaktifator K2S (Herawati, 1998). Dalam penelitian ini menggunakan limbah kayu jati,merbau dan kamper. Penelitian ini juga membandingkan daya adsorpsi karbon aktifbuatan dari limbah kayu dengan karbon aktif komersial.

Alternatif penerapan teknologi adsorpsi dengan karbon aktif dipilihuntuk penyisihan fenol karena permukaan karbon aktif yang luas, kemampuan adsorpsiyang besar, mudah diaplikasikan dan biaya yang diperlukan relatif murah (Qadeer danRehan, 1998).

Perumusan Masalah

1. Bagaimana karakteristik produk hasil pembuatan karbon aktif dari limbah kayu jati,merbau dan kamper.

2. Berapa kemampuan penyisihan karbon aktif dari limbah kayu jati, merbau, kamperdan komersial dalam penyisihan fenol buatan. Serta pengukuran nilai pH larutanfenol setelah kontak dengan karbon aktif.

3. Aplikasi persamaan isotherm Langmuir dan isotherm Freudlinch dari daya adsorpsikarbon aktif limbah kayu jati, merbau, kamper dan komersial untuk penyisihanfenol.

Tujuan Penelitian

1. Mengetahui karakteristik produk hasil pembuatan karbon aktif dari limbah kayujati, merbau dan kamper.

2. Mengetahui kemampuan penyisihan karbon aktif dari limbah kayu jati, merbau,kamper dan komersial dalam penyisihan fenol buatan. Serta diketahui nilai pHlarutan fenol setelah kontak dengan karbon aktif

3. Mengaplikasikan persamaan isotherm Langmuir dan isotherm Freudlinch dariadsorpsi karbon aktif limbah kayu jati, merbau, kamper dan komersial untukpenyisihan fenol.

Landasan Teori

Fenol merupakan senyawa organik dari golongan senyawa aromatik yangmempunyai rumus molekul C6H5OH dan rumus bangun sebagai berikut: C = C (OH)atau


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-3

OH

-

Gambar 1 Rumus Bangun Fenol (C6H5OH)

Fenol merupakan senyawa yang mempunyai grup hidroxyl yang menempel padacincin aromatik, dikenal juga sebagai asam karbolik yang merupakan asam lemahdibandingkan asam asetat. Dalam keadaan murni (pada temperatur ruang), fenolberbentuk kristal solid dan tidak berwarna. Fenol larut dalam air karena sifatnya yangpolar dan akan terurai menurut persamaan reaksi berikut :C6H5OH H+ + C6H5O-

Fenol memiliki sifat cenderung asam, dapat melepaskan ion H+ dari gugushidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida (C6H5O) yang.Fenol terionisasi menjadi H+ (Ka = 1,2x10-10) dan pada konsentrasi ini cukup beracununtuk bakteri. Pada umumnya fenol digunakan sebagai desinfektan (germicide),antiseptik, industri produk sintetik. Selain itu fenol dapat dijumpai sebagai hasil industripetroleum (Sawyer, McCarty and Parkin, 1990).

Karbon Aktif

Bahan dasar utama yang digunakan sebagai karbon aktif adalah material organikdengan kandungan karbon yang tinggi. Telah banyak penelitian mengenai bahan karbonaktif dengan bahan murah dan tersedia banyak seperti tempurung kelapa, tempurungkemiri dan serat kayu.

Karbon aktif merupakan bahan adsorpsi dengan permukaan lapisan yang luasdengan bentuk butiran (granular) atau serbuk (powder). Adsorpsi adalah proses karbonaktif meyisihkan subtansi dari air. Sebuah proses penyisihan partikel yang terikat padapermukaan adsorben baik gaya tarik kimia maupun fisika. Dalam pengolahan air,karbon aktif digunakan sebagai adsorben untuk menyisihkan rasa, bau dan warna yangdisebabkan oleh kandungan bahan organik dalam air.

Kontaminan dalam air terserap karena tarikan dari permukaan karbon aktif lebihkuat dibandingkan dengan daya kuat yang menahan di dalam larutan. Senyawa-senyawayang yang mudah terserap karbon aktif umumnya memiliki nilai kelarutan yang lebihkecil dari karbon aktif. Kontaminan dapat masuk ke dalam pori karbon aktif danterakumulasi didalamnya, apabila kontaminan terlarut di dalam air dan ukuran porikontaminan lebih kecil dibandingkan dengan ukuran pori karbon aktif.

Proses Pembuatan Karbon AktifDasar pemilihan bahan baku dari karbon aktif tersebut yang paling menentukan

adalah besar kandungan karbon pada bahan tersebut (Trihendardi, 1997). Pembuatanarang aktif berlangsung 3 tahap yaitu proses dehidrasi, proses karbonisasi dan prosesaktifasi. Proses Dehidrasi

Proses ini dilakukan dengan memanaskan bahan baku sampai suhu 1050Cselama 24 jam dengan tujuan untuk menguapkan seluruh kandungan air pada bahanbaku. Kemudian diukur kadar air. Proses Karbonisasi

Proses karbonisasi adalah peristiwa pirolisis bahan dimana terjadi prosesdekomposisi komponen. Proses ini merupakan peristiwa lanjutan dari pemanasan bahanbaku yang mencapai suhu 600-1100oC. Selama proses ini unsur-unsur bukan karbonseperti hidrogen dan oksigen dikeluarkan dalam bentuk gas dan atom yang terbebaskan


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-4

membentuk kristal grafit.Proses karbonisasi akan menghasilkan 3 (tiga) komponen pokok, yaitu

karbon atau arang, tar, dan gas (CO2, CO, CH4, H, dll). Untuk memperoleh karbon aktifyang baik, perlu adanya pengaturan dan pengontrolan selama proses karbonisasi yaitu;kecepatan pertambahan temperatur, tinggi suhu akhir, dan lama karbonisasi. Tahapkarbonisasi akan menghasilkan karbon yang mempunyai struktur pori lemah. Olehkarena itu arang masih memerlukan perbaikan struktur porinya melalui proses aktifasi. Proses Aktifasi

Aktifasi adalah suatu perubahan fisika dimana permukaan karbon aktif menjadijauh lebih banyak karena hidrokarbon yang terkandung dalam karbon disingkirkan(Austin, 1996). Untuk memperoleh arang yang berpori dan luas permukaan yang besardapat diperoleh dengan cara mengaktifasi bahan. Ada dua cara dalam melakukan prosesaktifasi yaitu:a. Aktifasi Fisika (Vapor Adsorben Carbon)

Proses aktifasi dilakukan dengan mengalirkan uap atau udara ke dalam reaktorpada suhu tinggi (800-1000oC). Proses ini hjarus mengkontrol tinggi suhu dan besarnyauap atau udara yang dipakai sehingga dihasilkan karbon aktif dengan susunan karbonyang padat dan pori yang luas.b. Aktifasi Kimia (Chemical Impregnating Agent)

Metode ini dilakukan dengan cara merendam bahan baku pada bahan kimia(H3PO4, ZnCl2, CaCl2, K2S, HCl, H2SO4, NaCl, Na2CO3.) sebelum proses karbonisasi.Proses perubahan arang menjadi karbon aktif merupakan hasil pengolahan bahan kimiapada suhu tinggi.

Adsorpsi adalah proses pengumpulan subtansi terlarut (soluble) yang ada dalamlarutan oleh permukaan benda penyerap dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antarasubtansi dan penyerapnya. Proses adsorpsi digambarkan sebagai proses molekulmeninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat penyerap akibat ikatan fisikadan kimia. Adsorpsi dalam air limbah sering mengikuti proses biologis untukmenyisihkan bahan-bahan yang tidak tersisihkan oleh proses biologis, misalnya bahanorganik non-biodegradable. Oleh karena itu adsorpsi sering dikelompokkan sebagaipengolahan tersier (Sawyer et. al., 1994 dalam Masduqi dan Slamet, 2000).

Pada proses adsorpsi yang dibatasi oleh proses difusi film dan difusi pori yangtergantung pada lamanya kontak antara partikel adsorben dan fluida dalam sistem. Bilalamanya kontak relatif sedikit maka lapisan film yang disekeliling partikel akan tebalsehingga proses adsorpsi berlangsung lambat dengan pengadukan yang cukup makakecepatan difusi film meningkat.

Model AdsorpsiModel menurut Antunes et al., 2003, adsorpsi yang paling umum dan banyak

digunakan dalam adsorpsi adalah model isotherm Langmuir dan Freundlich.1. Model adsorpsi Langmuir

Model ini mendefinisikan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum terjadiakibat adanya lapisan tunggal (monolayer) adsorbat di permukaan adsorben. Persamaanumum model adsorpsi isotherm Langmuir dapat ditulis (Tchobanoglous dalam Masduqidan Slamet, 2003):

bC

bCq

m

x m

1 (1)

Dimana, x/m = jumlah dari adsorbat yang diserap per unit berat dari adsorben (mg/mg)C = konsentrasi adsorbat dalam larutan pada saat kesetimbangan (mg/L)b = konstanta Langmuir


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-5

qm = maksimum adsorbat yang dapat diserap (mg/mg)Dengan eksperiman laboratorium, kapasitas adsorpsi maksimum (qm) dan

konstanta Langmuir dapat diperoleh. Untuk memudahkan perhitungan, maka persamaan1 dilinierkan menjadi:

mm qCbqmx

11.

11

(2)

Gambar 3. yang diperoleh adalah garis linier dengan slope =1/(qmb) dan intercept = 1/qm

Gambar 2 Grafik Linier 1/(x/m) 1/C

Gambar 3 Grafik Hubungan logx/m- log C

2. Model adsorpsi FreundlichModel ini mengasumsikan bahwa terdapat lebih dari satu lapisan

permukaan (multilayer) dan site bersifat heterogen, yaitu adanya perbedaan energipengikat pada tiap-tiap site dimana proses adsorpsi di tiap-tiap sisi adsorpsi mengikutiisotherm Langmuir (Schnoor, 1996; dalam Masduqi dan Slamet, 2003).

Persamaan umum model adsorpsi isotherm Freundlich dapat ditulisnKC

m

x /1(3)

Dimana : x/m = jumlah dari adsorbat yang diserap per unit berat dari adsorben (mg/mg)K = konstanta Freundlichc = konsentrasi adsorbat dalam larutan pada saat kesetimbangan (mg/L)1/n = ketidaklinieran (tanpa satuan)

Konstanta Freundlich diperoleh dengan eksperimen. Untuk mendapatkankonstanta K dan 1/n maka perlu dilakukan linierisasi terhadap persamaan 3 menjadi:

Cn

Km

xlog

1loglog

.(4)Grafik yang diperoleh adalah garis linier dengan slope = 1/n dan intercept = log

K (lihat Gambar 3).

METODOLOGI PENELITIAN

Pertama dilakukan persiapan penelitian meliputi persiapan alat dan bahanpercobaan serta pembuatan karbon aktif dari limbah kayu. Persiapan limbah fenolbuatan dan pembuatan kurva kalibrasi fenol dengan spektrofotometer. Tahap keduaadalah pelaksanaan percobaan pendahuluan, dimana dalam percobaan awal ini akanditentukan kecepatan dan waktu agitasi (pengadukan) optimum dengan karbon aktiflimbah kayu jati (diperkirakan karbon aktif yang paling baik berdasarkan kekuatankayu) untuk penyisihan fenol awal 6,41 mg/L. Tahap ketiga adalah pelaksanaan proses

1/C

1/(x/m)

Slope =1/(qmb)

Intercept =1/(qm)

Log C

Slope = 1/(n)

Log x/m Intercept = log K


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-6

batch dimana proses ini akan ditambahkan karbon aktif dari limbah kayu jati, merbaudan kamper dengan dosis yang berbeda pada setiap reaktor (dapat dilihat pada Gambar4). Pada reaktor tersebut juga dilarutkan fenol dengan konsentrasi yang berbeda pula.Konsentrasi yang digunakan adalah 6,41 mg/L, 4,27 mg/L dan 2,57 mg/L. Konsentrasitersebut disamakan dengan Penyisihan Fenol Pada Limbah Industri Dari PT XYZDengan Eceng Gondok (Eichhornia crassipes), yang menunjukkan bahwa konsentrasifenol tertinggi mampu disisihkan oleh tumbuhan adalah 6,41 mg/L (Hamamah, 2007).Hal ini juga berdasarkan pada removal fenol oleh Granular Activated Carbon (GAC)sequence batch reactor system, menunjukkan bahwa GAC dapat menyisihkan fenol darikonsentrasi awal 1000 mg/L hingga konsentrasi akhir 6,20 mg/L pada minggu pertama(Sirianuntapiboon, Vinitnantharat, dan Chamlongras, 1999). Hal lain yang mendasarikarena adsorpsi dengan karbon aktif merupakan aplikasi pengolahan tersier untukmenyisihkan bahan organik yang tersisa dalam efluen setelah pengolahan biologis.Dilanjutkan dengan analisis kadar fenol setelah kontak dengan karbon aktif disertaipengukuran nilai pH.

Gambar 4 Reaktor Batch Berupa Jar Test

Dari percobaan ini didapatkan persamaan isotherm adsorpsi. Setelah semuaproses tersebut dilaksanakan maka prosedur seterusnya adalah menganalisis data sertamembuat pembahasan dan kesimpulan mengenai penelitian ini.

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Pembuatan Karbon Aktif Limbah Kayu Jati, Merbau Dan Kamper

Pembuatan karbon aktif dari limbah kayu jati, merbau dan kamper yang meliputitiga tahap perlakuan yaitu proses dehidrasi, karbonisasi dan aktifasi (Gambar 5-7).Setelah proses aktifasi selesai maka arang tersebut dihaluskan dengan grinder dandiayak ukuran lolos 100 mesh. Karbon aktif jenis powder merupakan karbon aktif yangpaling efektif dalam penurunan fenol. Karena semakin kecil ukuran karbon semakinbesar daya serapnya terhadap fenol seiring semakin luasnya permukaan karbon aktif(Suhadak, 2005). Setelah semua proses pembuatan karbon aktif selesai dilakukan, makakarbon aktif limbah kayu jati, merbau dan kamper diuji kadar arang, kadar air, kadarabu, serta daya serap terhadap larutan I2. Karakteristik karbon aktif harus sesuai denganStandart Industri Indonesia No. 0258-79 (Depperindag, 2004) tentang PembuatanKarbon Aktif. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 1. Pada Tabel 1menunjukkan bahwa karbon aktif dari limbah kayu sesuai dengan SII No. 0258-79tentang Pembuatan Karbon Aktif. Sehingga karbon aktif dari limbah kayu layakdigunakan sebagai karbon aktif untuk penyisihan fenol.

Kontrol Putaran

Paddle two Blade Indikator Kecepatan (rpm)

Tumpuan Beaker Glass

Tombol On-Off


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-7

Tabel 1 Hasil Pengamatan Karakteristik Karbon Aktif Limbah Kayu Jati, Merbau DanKamper

Jenis UjiKayu Jati

(%)Kayu Merbau

(%)Kayu Kamper

(%)SII No. 0258-79

Kadar Arang 36,25 35,94 34,78 Minimum 30Kadar Air 4,81 5,12 4,58 Maksimum 10Kadar Abu 1,55 1,80 1,58 Maksimum 2,5Daya serap terhadap larutan I2 28,86 26,85 22,80 Minimum 20

Percobaan Pendahuluan

Data dari percobaan pendahuluan akan digunakan sebagai acuan untuk percobaanproses batch.Pada Tabel 2 dan Tabel 3 dapat disimpulkan bahwa waktu agitasi optimumtercapai pada menit ke 60. Untuk kecepatan agitasi pada kecepatan 80 rpm dan 100 rpmtidak jauh berbeda pada menit ke 60. Penelitian ini juga mempertimbangkan faktorhemat energi, sehingga waktu agitasi yang dipilih adalah 30 menit Dengan catatanbahwa terjadi penyisihan konsentrasi fenol yang cukup signifikan yaitu lebih dari 90%pada waktu tersebut. Agitasi sangat berpengaruh pada naiknya kecepatan adsorpsidengan menurunnya ketebalan dari lapisan film pelarut yang mengelilingi partikel atauadsorben, sehingga kecepatan agitasi tertentu membantu menghasilkan penyerapan yanglebih baik. Tabel 3 memperlihatkan kadar uap fenol cukup besar yaitu 15%.

Tabel 2 Hasil Perhitungan Adsorben KarbonAktif Kayu Jati Untuk Konsentrasi Penyisihan

Fenol Awal 6,41 mg/L

Kecepatan(rpm)

Konsentrasi (mg/L)Waktu Agitasi (menit)

0 30 60 90 12080 6,41 0,451 0,125 0,252 0,133100 6,41 0,245 0,115 0,153 0,242

Tabel 3 Hasil Perhitungan Kontrol UntukKonsentrasi Penyisihan Fenol Awal 6,41 mg/L

Kecepatan(rpm)

Konsentrasi (mg/L)Waktu Agitasi (menit)

0 30 60 90 12080 6,41 5,376 5,477 5,479 5,610100 6,41 5,925 5,886 5,930 5,648

Efisiensi karbon aktif dari limbah kayu dan karbon aktif komersial dalampenyisihan fenol

Pada proses batch, prosentase penyisihan mencapai 99,35% dan 97,80% olehkarbon aktif kayu merbau dengan dosis 2,5 mg untuk konsentrasi fenol awal 6,41 mg/Ldan 4,27 mg/L. Dan untuk konsentrasi fenol awal 2,56 mg/L prosentase penyisihantertinggi dicapai karbon aktif komersial hingga 99,13% untuk dosis 2,5 mg. Untuk dapatmengetahui prosentase penyisihan setiap dosis karbon aktif dapat dilihat pada Tabel 4.

Gambar 5 Limbah Kayu SetelahProses Dehidrasi

Gambar 6 Limbah Kayu MerbauSetelah Proses Karbonisasi

Gambar 7 Limbah KayuMerbau Dalam Proses

Aktifasi


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-8

Tabel 4 Rekapitulasi Prosentase (%) Penyisihan Fenol Oleh Karbon Aktif Dengan VariasiDosis

No.Konsentrasi Prosentase Penyisihan (%) Dosis Karbon

Fenol (mg/L) Kayu Jati Kayu Merbau Kayu Kamper Komersial Aktif (mg)

1 2,56 91,41 91,73 85,45 96,230,52 4,27 90,47 89,91 91,13 93,2

3 6,41 94,12 90,01 94,87 93,624 2,56 93,02 93,98 89,8 96,72

1,05 4,27 92,35 93,67 94,79 93,376 6,41 95.86 93,62 94,99 94,747 2,56 94,3 94,14 93,34 97,62

1,58 4,27 93,39 95,17 94,9 95,369 6,41 96.11 96,49 95,12 96,7410 2,56 95,75 96,6 93,5 98,81

211 4,27 95,17 96,43 97,05 96,0212 6,41 96,36 97,86 95,61 97,9813 2,56 98,33 97,36 97,2 99,13

2,514 4,27 97,71 97,8 97,71 96,8615 6,41 96,61 99,35 98,36 99,23

Model Isotherm Karbon AktifDari grafik linier dengan menggunakan model isotherm Langmuir dan Freundlich

didapatkan nilai regresi dari masing-masing karbon aktif seperti yang tercantum padaTabel 5.

Tabel 5 Nilai Koefisien Regresi Karbon Aktif Dengan Model Persamaan IsothermLangmuir Dan Freundlich

No. Model isotherm Langmuir Model isothermFreundlichJenis karbon

aktif Koefisien regresi (R2)

Jenis karbonaktif Koefisien regresi (R

2)

Konsentrasi fenol (mg/L) Konsentrasi fenol (mg/L)

6,41 4,27 2,56 6,41 4,27 2,561 Kayu jati 0,877 0,7344 0,6885 Kayu jati 0,9474 0,7301 0,72 Kayu merbau 0,7133 0,9152 0,8916 Kayu merbau 0,842 0,9413 0,84553 Kayu kamper 0,5382 0,9258 0,7572 Kayu kamper 0,4114 0,9133 0,8294 Komersial 0,7434 0,9416 0,8918 Komersial 0,7848 0,8475 0,8202

Tabel 5 memperlihatkan koefisien regresi (R2) yang besar dari isotherm Langmuiradalah karbon aktif komersial sedangkan untuk isotherm Freundlich dicapai oleh karbonaktif dari limbah kayu jati. Tabel 5 menunjukkan pula bahwa nilai koefisien regresimendekati 1 dicapai oleh model isotherm Freundlich. Sehingga model isotherm yangdigunakan adalah persamaan model isotherm Freundlich. Isotherm Freundlich seringdigunakan untuk menjelaskan adsorpsi kimia organik pada karbon aktif di dalam air danair limbah (Schnoor, 1996; dalam Masduqi dan Slamet, 2000). Isotherm Freundlich jugasering digunakan untuk adsorpsi dengan menggunakan Powder Activated Carbon(PAC). Untuk melihat nilai konstanta isotherm Freundlich dapat dilihat pada Tabel 6.


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-9

Tabel 6 Nilai Konstanta Freundlich Dan Persamaan Isotherm Freundlich Untuk KarbonAktif

Nilai kapasitas adsorpsi menggambarkan jumlah dari adsorbat tertentu yangdiserap per unit berat dari adsorben. Sehingga nilai kapasitas adsorpsi ini dapatdigunakan sebagai pembanding antara adsorben satu dengan lainnya, tentunya semakinbesar nilai kapasitas adsorpsinya semakin bagus pula kualitas adsorben tersebut. DariTabel 6 diketahui bahwa karbon aktif limbah kayu jati mempunyai nilai kapasitasadsorpsi yang paling besar yaitu 0,2095 mg/mg.Nilai pH Pada Limbah Fenol Buatan

Pengukuran nilai pH dilakukan setiap pelaksanaan proses batch. Nilai pH padapengukuran fenol berada diantara range 7- 10. Nilai pH juga menentukan tingkationisasi larutan yang mempengaruhi adsorpsi senyawa organik. Nilai pH yang baikberkisar antara 8-9 hal ini disebabkan netralisasi muatan negatif arang ion-ion hidrogenyang menyebabkan permukaan arang lebih baik untuk mengadsoprsi.Scanning Electron Microscope (SEM)

Bentuk partikel dan struktur mikro dari permukaan pori karbon aktif dapatdigambarkan dengan fotograf SEM. Untuk visualisasi gambar dari fotograf karbon aktifdapat dilihat pada Gambar 8. Pada Gambar 8 (a,b,c) memperlihatkan adanya partikulatyang berwarna putih, partikulat tersebut diperkirakan abu yang besarnya sekitar 2%.Tetapi pada Gambar 8 (a,b,c) tidak memperlihatkan pori-pori dari karbon aktif limbahkayu.

Gambar 8 (a,b,c) juga memperlihatkan bahwa karbon aktif kayu jati memilikipermukaan yang lebih luas dibandingkan dengan karbon aktif limbah kayu merbau dankamper. Sehingga dapat disimpulkan bahwa karbon aktif kayu jati merupakan karbonaktif terbaik dibandingkan dengan karbon aktif limbah kayu merbau dan kamper.

No.Jenis karbon aktif Intercept

(log K)K Slope (1/n) n Persamaan isotherm Freundlich

Konsentrasi fenol (mg/L)

1 Kayu jati ; 6,41-

0,6788 0,2095 2,8423 0,3518 x/m= 0,2095C2,8423

2 Kayu merbau ; 6,41-

1,9706 0,0107 0,5164 1,9365 x/m= 0,0107C0,5164

3 Kayu kamper ; 6,41-

1,8327 0,0147 0,8235 1,2143 x/m= 0,0147C0,8235

4 Komersial ; 6,41-

1,8447 0,0143 0,6411 1,5598 x/m= 0,0143C0,6411

5 Kayu jati ; 4,27-

1,9281 0,0118 0,9379 1,0662 x/m= 0,0118C0,9379

6 Kayu merbau ;4,27-

1,8041 0,0157 1,0164 0,9839 x/m= 0,0157C1,0164


1,7055 0,0197 1,0969 0,9117 x/m= 0,0197C1,0969

8 Komersial ; 4,27-

1,3298 0,0468 1,7163 0,5826 x/m= 0,0468C1,7163

9 Kayu jati ; 2,56-

2,0000 0,0100 0,7974 1,2541 x/m= 0,0100C0,7974

10 Kayu merbau ; 2,56-

1,6289 0,0235 1,2130 0,8244 x/m= 0,02235C0,8244


2,1024 0,0079 0,8669 1,1535 x/m= 0,0079C0,8669

12 Komersial ; 2,56-

1,5751 0,0266 0,8815 1,1344 x/m= 0,0266C0,8815


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-10

10000X

(a) (b)

(c) (d)(sumber:www.tech-rep.co.uk//>)

Gambar 8 (d) menunjukkan bentuk partikel dan struktur mikro karbon aktifkomersial tempurung kelapa dengan bentuk granular. Pada gambar tersebut terlihat porikarbon aktif, dengan semakin luas pori maka semakin luas pula kapasitas adsorpsiadsorben.Estimasi Biaya Pembuatan Karbon Aktif Limbah Kayu Jati, Merbau, dan Kamper

Berat awal bahan limbah kayu adalah 2 kg. Setelah melalui proses dehidrasi,karbonisasi dan aktifasi maka berat total ketiga berbeda-beda. Untuk karbon aktif kayujati berat bersih adalah 0,8 kg. Karbon aktif kayu merbau 0,9 kg berat bersih sedangkanuntuk kayu kamper 0,7 kg berat bersih. Dengan memperhitungkan jumlah kebutuhanbahan kimia yang dibutuhkan, didapatkan harga karbon aktif dari limbah kayu adalah:

Kayu jati Rp. 67.250 per kg Kayu merbau Rp. 65.600 per kg Kayu kamper Rp. 69.450 per kg

Pada analisis biaya proses pengarangan di atas, digunakan minyak tanah sebagiacuan. Mengingat pada saat proses karbonisasi dan dehidrasi sebenarnya dipakaifurnace dan oven yang lebih rumit menghitung biaya yang dihabiskan. Untuk ituperhitungan disumsi menggunakan kompor hock dengan bahan bakar minyak tanah.

Total biaya di atas akan jauh lebih murah apabila dilakukan dalam skala besarkarena harga bahan kimia dalam jumlah besar lebih murah. Sedangkan saat ini hargakarbon aktif komersial di pasaran berkisar Rp.40.000/kg untuk karbon aktif denganbentuk serbuk dari bahan tempurung kelapa.Uji Statistik Karbon Aktif Limbah Kayu Jati, Merbau, Kamper dan Karbon AktifKomersial

Dilakukan pengecekan terhadap data hasil uji definitif dengan menggunakanprogram ANOVA untuk mengetahui karbon aktif yang paling efektif dalam penyisihanfenol. Uji definitif berdasarkan tiap dosis karbon aktif yaitu 0,5 mg, 1 mg, 1,5 mg, 2 mgdan 2,5 mg. Dari pengecekan yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa tidak ada


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-11

perbedaan yang nyata antara karbon aktif limbah kayu jati, merbau dan kamper dankarbon aktif komersial dalam menyisihkan fenol.Secondary Treatment

Aplikasi pengolahan air limbah dengan menggunakan adsorben berbentuk serbukatau granular di lapangan, menggunakan sistem kontinyu atau sistem batch. Adapunalternatif pengolahan fenol adalah sebagai berikut:1. PAC diaplikasikan di instalasi pengolahan limbah dengan Activated Sludge with

Powdered Activated Carbon Tretment (PACT) (Tchobanoglous, Burton and Stensel2003). Prinsipnya adalah melarutkan karbon aktif sehingga menjadi partikeltersuspensi dalam larutan, kemudian karbon aktif kontak dengan lumpur aktif dalamContact Aeration Tank. Setelah itu karbon aktif bersama efluen diendapkan kotakpenampung lalu diregenerasi lagi.

2. Pada pengaplikasian Powdered Activated Carbon (PAC) terjadi shock loading,kenaikan nilai BOD, penambahan volume limbah dan masuknya PAC ke dalamsludge, sehingga PAC sulit diregenerasi. Aplikasi untuk karbon aktif jenis granularmemakai Granular Activated Carbon (GAC) dan Sequence batch reactor systemdapat mengatasi masalah PAC. Luas permukaan GAC yang besar menyebabkanGAC mudah mengendap sehingga tidak terbawa ke sludge dan GAC dapat dipakaimikroorganisme sebagai media melekat. Influen limbah mengandung 1000 mg/Lfenol. Penyisihan fenol memakai GAC dalam sequence batch reaktor mencapai99,4% sehingga efluen menjadi 6,20 mg/L dalam waktu 7 hari. Dengan demikianGAC dalam sequence batch reactor layak untuk diaplikasikan dalam industri yangmengandung limbah fenol (Sirianuntapiboon, Vinitnantharat and Chamlongras,1999).

Regenerasi Karbon AktifPengolahan air limbah menggunakan adsorpsi karbon aktif sudah diterapkan

secara luas. Seiring dengan berjalannya waktu, karbon aktif dapat mengalami kejenuhandan menjadi tidak aktif. Untuk itu perlu diadakan upaya mengubah kondisi karbon aktifsehingga karbon aktif tidak jenuh, yaitu dengan cara regenerasi. Alternatif regenerasikarbon aktif dapat dipaparkan sebagai berikut:1. Terdapat dua tipe regenerasi karbon aktif dengan pembakaran memakai tungku

dengan:a. Metode ini dapat digabungkan dengan sistem fixed-bed carbon dengan satu kolom

karbon atau sistem moving-bed dengan dua kolom karbon. Tungku ini mempunyaisuhu 816-927 C. Pengaktifan kembali karbon aktif pada metode inimengkombinasikan panas, steam yang dihasilkan dari evaporasi air, oksigen dankarbon monoksida yang dihasilkan.

b. Pembakaran dengan menggunakan power plant flue gases(CPCPC, 2003).Proses ini untuk mendapatkan PAC yang bisa digunakan kembali. Hasil daripercobaan ini adalah PAC dengan kemampuan adsorpsi yang tidak berubah secarasignifikan

2. Regenerasi karbon aktif dengan reaktor fluidized electrochemicalMetode ini merupakan teknologi baru. Keuntungan yang diperoleh dari metode iniadalah digunakan pada temperatur ruangan, tidak ada penambahan pengolahan, dandapat menyisihkan bahan organik.Cara kerja metode ini adalah karbon aktif jenuhdibawa ke reaktor fluidized electrochemica. Kemudian reaktor electrochemicalmenyatu dengan fluidized bed untuk menyisihkan bahan organik dalam karbon aktif.Setelah itu karbon aktif jenuh tersebut mengalami regenerasi setelah menyerapbahan fenol. Pada kondisi normal, regenerasi karbon aktif dapat mencapai 85%(Zhou et al, 2002).


ISBN : 978-979-99735-4-2D-2-12

KESIMPULAN

1. Konsentrasi maksimum fenol yang mampu diturunkan kadarnya oleh sistembioreaktor kayu apu adalah 2,14 mg/L.

2. a. Efisiensi sistem bioreaktor kayu apu dalam menurunkankonsentrasi fenol dan COD pada limbah industri phenolic water, masing-masingsebesar 79,32 % - 94,88 % dan 38,89 - 72,92 %

b. Efisiensi sistem bioreaktor kontrol dalam menurunkankonsentrasi fenol dan COD pada limbah industri phenolic water, masing-masingsebesar 77,90 % - 92,07 % dan 75 % - 85 %

c. Efisiensi sistem bioreaktor kayu apu dalam menurunkan konsentrasi fenol danCOD pada limbah fenol buatan, masing-masing sebesar 79,32 % - 95,58 % dan63,64 % - 77,78 %.

d. Efisiensi sistem bioreaktor kontrol dalam menurunkankonsentrasi fenol dan COD pada limbah fenol buatan, masing-masing sebesar84,98 % - 95,93 % dan 58,33 % - 63 %.

3. Efisiensi sistem bioreaktor kayu apu dalam penurunan fenol tertinggi pada limbahfenol buatan, sedangkan efisiensi penurunan COD tertinggi pada limbah industriphenolic water

4. Kayu apu tidak memiliki peran yang cukup signifikan.

DAFTAR PUSTAKA

Damayanti, A. 2000. Studi Pemanfaatan Kayu Apu (Pistia stratiotes) UntukMenurunkan COD, N, P pada Lindi TPA Keputih Surabaya. Surabaya: TugasAkhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS.

Gerrard, A. M., et al. July. 2006.Simple Models for Continous Aerobic Biodegradationof Phenol in a Packed Bed Reactor. Barazilian Archives of Biology andTechnology. An International Journal. Vol. 49 n-4; pp. 669-676.

Priyanto, Budhi. Maret, 2007. Pengembangan Teknologi Pemanfaatan SumberdayaHayati Tumbuhan Untuk Pembersihan Pencemaran Logam

Rothmel, R. K. Dan Chakrabarty, A . M., Intterrelation of Chemistry andBiotechnology-Iit Microbial Degradation of Synthetic Recalcitrant Compounds.

Sari, P. M. 1999. Studi Pemanfaatan Kayu Apu (Pistia stratiotes) untuk MenurunkanCOD, N dan P pada Air Limbah Pabrik Tahu. Surabaya: Tugas Akhir JurusanTeknik Lingkungan FTSP-ITS.

Tedder D. William dan Pohland, Frederick, G. 1989. Emerging Technologies InHazardous Waste Management Washington DC: American Chemical Society.

Truu, J.. et. al. 2003. Enhanced Biodegradation of Oil Shale Chemical Industry SolidWastes by Phytoremediation and Bioaugmentation. Oil Shale. Vol. 20, No. 3SPECIAL ISSN 0208-189X. pp. 421-428

klnkn mn m

Documents