EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH CAIR …repository.ppns.ac.id/2231/1/1015040027 -...

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR (613423A)

EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH CAIR

MELALUI METODE KOMBINASI ELEKTROKOAGULASI – ADSORPSI

MENGGUNAKAN KARBONASI BIJI ALPUKAT

Rizka Lutfita Hanastasia

NRP. 1015040027

DOSEN PEMBIMBING :

ADHI SETIAWAN, S.T, M.T.

TARIKH AZIS RAMADANI, S.T, M.T.

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH

JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

SURABAYA

2019

(Halaman ini sengaja di kosongkan

i

DUL

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR (613423A)

EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA

LIMBAH CAIR MELALUI METODE KOMBINASI

ELEKTROKOAGULASI – ADSORPSI MENGGUNAKAN

KARBONASI BIJI ALPUKAT

Rizka Lutfita Hanastasia NRP. 1015040027

DOSEN PEMBIMBING: ADHI SETIAWAN, S.T., M.T. TARIKH AZIS RAMADANI, S.T., M.T.

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH

JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA SURABAYA 2019

ii

(Halaman ini sengaja di kosongkan)

iii

LEMBAR PENGESAHAN

iv


v

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Yang bertandatangan dibawah ini :

Nama : RIZKA LUTFITA HANASTASIA

NRP. : 1015040027

Jurusan/Prodi : D-4 TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH

Dengan ini menyatakan dengan sesungguhnya bahwa :

Tugas Akhir yang akan saya kerjakan dengan judul :

EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH CAIR

MELALUI METODE KOMBINASI ELEKTROKOAGULASI –

ADSORPSI MENGGUNAKAN KARBONASI BIJI ALPUKAT

Adalah benar karya saya sendiri dan bukan plagiat dari karya orang lain.

Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah tersebut,

maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan yang berlaku.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan penuh tanggung jawab.

Surabaya, 1 Agustus 2019

Yang membuat pernyataan,

(Rizka Lutfita Hanastasia)

NRP. 1015040027

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

No. : F.WD I. 021 Date : 3 Nopember

2015

Rev. : 01

Page : 1 dari 1

vi


vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis

dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Efisiensi penurunan logam berat

pb pada limbah cair melalui metode kombinasi elektrokoagulasi – adsorpsi

menggunakan karbonasi biji alpukat ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan program Diploma IV Teknik Pengolahan Limbah

Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

Pada kesempatan ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai

pihak dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat :

1. Ayahanda tercinta Roihan dan Ibu Sonia Arga Witri , yang senantiasa setia

memberikan doa, dukungan, bantuan dan dorongan serta seluruh pengertian

yang besar. Baik itu selama mengikuti kuliah maupun ketika menyelesaikan

tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eko Julianto. M.Sc., M.RINA., selaku direktur Politeknik Perkapalan

Negeri Surabaya.

3. Bapak George Endri K., ST, MSc. Eng., selaku ketua jurusan Teknik

Permesinan Kapal Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

4. Bapak Adhi Setiawan. ST., MT., selaku dosen pembimbing I yang telah

meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, sabar memberikan

bimbingan, masukan serta doa sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan

dengan baik.

5. Bapak Tarikh Azis Ramadani S.T, M.T., selaku dosen pembimbing II yang

telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, petunjuk serta saran

yang berarti dalam penulisan penelitian ini, sehingga tugas akhir ini dapat

terselesaikan dengan baik.

6. Seluruh Dosen dan Karyawan Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya,

terimakasih atas ilmu yang telah diberikan kepada penulis, selama penulis

menyelesaikan pendidikan di Teknik Pengolahan Limbah Politeknik

Perkapalan Negeri Surabaya.

7. Ibu Novi Eka Mayangsari, S.T, M.T selaku dosen penguji dan kepala

Laboratorium Teknik Pengolahan Limbah PPNS, yang memberi masukan

viii

terhadap laporan penulis dan telah memberikan izin menggunakan

laboratorium untuk pengerjaan penelitian ini.

8. Ibu Dr, Mirna Apriani, S.T, M.T selaku dosen penguji yang telah memberikan

bimbingan, petunjuk serta saran yang berarti dalam penulisan penelitian ini,

sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

9. Bapak Rofik, selaku petugas laboratorium Laboratorium Fisika PPNS, yang

telah membantu saya dalam melakukan penelitian ini yang sangat berarti.

10. Kakek tercinta Marsan Hidayat dan Nenek Ani trimina Ayu, yang senantiasa

setia memberikan doa, dukungan, bantuan dan dorongan serta seluruh

pengertian yang besar. Baik itu selama mengikuti kuliah maupun ketika

menyelesaikan tugas akhir ini.

11. Kakak tercinta Muhamad Reza Lutfi Angga, Gina Andriani dan Subkhan

Kholiqi, yang senantiasa membelikan doa, dukungan, bantuan selama

menyelesaikan tugas ahir ini.

12. Teman seperjuangan Teknik Pengolahan Limbah angkatan 2015 yang akan

selalu dikenang canda gurau selama kuliah.

13. Serta semua kerabat dekat dan rekan-rekan seperjuangan yang tak bisa saya

sebutkan satu-persatu.

Pada proses penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa masih

banyak kelemahan dan kekurangan. Karena itu kritik dan saran yang membangun

sangat diharapkan demi perbaikan Tugas Akhir ini. Penulis berharap dengan adanya

Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi kita semua. Akhir

kata penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya atas kelemahan dan kekurangan

tersebut.

Surabaya, 28 Juni 2019

Penulis


ix

EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH

CAIR MELALUI METODE KOMBINASI

ELEKTROKOAGULASI – ADSORBSI MENGGUNAKAN

KARBONASI BIJI ALPUKAT


ABSTRAK

Keberadaan logam berat Pb dalam air dapat menimbulkan resiko yang

sangat berbahaya bagi makhluk hidup apabila dibuang langsung ke lingkungan.

Selain itu logam berat Pb bersifat biomagnifikasi, yaitu dapat terakumulasi dan

tinggal di jaringan tubuh organisme dalam jangka waktu lama. Proses

Elektrokoagulasi – Adsorpsi dapat dijadikan salah satu metode alternatif untuk

mengatasi logam berat Pb. Metode elektrokoagulasi didasarkan pada proses

elektrokimia dengan menggunakan elektroda aluminium. Reaktor uji memliki

dimensi 20 x 20 x 15 cm dengan variasi tegangan 10, 20, 30 volt dengan waktu

kontak selama 30 menit. Limbah hasil elektrokoagulasi dilakukan treatment

dengan metode adsorpsi. Adsorpsi bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dari

pengolahan elektrokoagulasi tersebut dengan menggunakan karbonasi dari biji

alpukat dengan variasi waktu adsorpsi 15 menit, 30 menit, 45 menit dengan

variasi massa (0,75, 1, 1,25, 1,5 gram). Hasil penelitian menyatakan bahwa

pada saat proses elektrokoagulasi semakin tinggi nilai tegangan maka semakin

tinggi nilai efisiensi removal logam berat Pb, dan semakin meningkatnya massa

adsorben dan waktu adsorpsi maka semakin tinggi juga efisiensi removal

tersebut. Pada tegangan 30 volt pada proses elektrokoagulasi menghasilkan

nilai efisiensi removal hingga 90,18 %, sedangkan pada proses adsorpsi dengan

massa adsorben 1,5 gram selama 45 menit menghasilkan nilai efisiensi removal

96,01%.

Kata Kunci : Adsorpsi, Biji alpukat, Elektrokoagulasi, Karbon Aktif, Logam berat Pb.

x


xi

Removal Efficiency of Lead (Pb) From Waste Water Using

Electrocoagulation combined with Avocado seed as Adsorbent


ABSTRACT

The existence of lead in water can give dangerous risk for organism if it

was disposed directly to the environment. Besides that, lead as heavy metal

has bio-magnification characteristics, it can be accumulated and stay to the

body system of organism for long time. The electrocoagulation-adsorption

process can be alternative to treat lead. The electrocoagulation in this research

is based on electrochemical process with aluminium as the electrode. The

dimension of reactor is 20 x 20 x 15 cm with 10, 20, and 30 Volt as the voltage

and 30 minutes for contact time. The treated wastewater from

electrocoagulation will be treated by adsorption. Adsorption is used to

increase the removal efficiency from electrocoagulation by using carbonated

avocado seed with 15, 30, 45 minutes as the contact time, and 0,75; 1; 1,25;

1,5 grams as the mass variation. The result showed the increasing of voltage

in electrocoagulation process can cause the increasing of lead removal

efficiency and the increasing of adsorbent mass can cause the increasing of

removal efficiency too. At 30 Volt in electrocoagulation, it’s resulted removal

efficiency until 90,18%, meanwhile in adsorption with 1,5 grams of adsorbent

mass for 45 minutes can get the removal efficiency until 96,01%.

Keywords : Adsorption, Avocado Seed, Activated carbon Electrocoagulation, Lead as Heavy

Metal

xii


xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ...................................................................... v

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

ABSTRAK ............................................................................................................. ix

ABSTRACT .............................................................................................................. xi

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix

BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 4

1.3 Tujuan ....................................................................................................... 4

1.4 Manfaat ..................................................................................................... 4

1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7

2.1 Pengertian Air Limbah .............................................................................. 7

2.1.1 Sumber Limbah Cair .......................................................................... 7

2.2 Logam Berat.............................................................................................. 8

2.2.1 Logam Berat Pb ................................................................................. 9

2.2.2 Pengaruh Logam Pb terhadap Kesehatan ........................................ 10

2.3 Koagulasi ................................................................................................ 11

2.4 Flokulasi .................................................................................................. 12

2.4.1 Proses Flokulasi ............................................................................... 13

2.5 Elektrokoagulasi ..................................................................................... 14

2.6 Reaktor Elektrokoagulasi ........................................................................ 18

2.7 Alpukat .................................................................................................... 19

2.8 Karbon Aktif ........................................................................................... 21

xiv

2.8.1 Jenis Karbon Aktif ........................................................................... 22

2.8.2 Pembuatan Karbon Aktif .................................................................. 23

2.8.3 Karakterisasi Karbon Aktif .............................................................. 27

2.9 Adsopsi .................................................................................................... 29

2.9.1 Faktor mempengeruhi daya adsorpsi ....................................................... 31

2.10 Atomic Absorption Spektrofotometer ...................................................... 33

2.11 Scanning Elektron Microscope (SEM).................................................... 35

2.12 Fourier Transformed Infrared (FTIR) ..................................................... 36

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 37

3.1 identifikasi masalah ................................................................................. 37

3.2 Studi Literatur.......................................................................................... 37

3.3 Penetapan rumusan masalah tujuan ......................................................... 38

3.4 Pengumpulan data ................................................................................... 38

3.4.1 Data Primer ...................................................................................... 38

3.4.2 Data Sekunder .................................................................................. 38

3.5 Penentuan Tempat dan Waktu Tempat Penelitian .................................. 38

3.5.1 Penentuan Tempat ............................................................................ 39

3.5.2 Penentuan Waktu .............................................................................. 39

3.6 Variabel Penelitian .................................................................................. 39

3.7 Rekapitulasi Pengujian Penyerapan Logam Pb ....................................... 40

3.8 Alat dan bahan ......................................................................................... 41

3.7.1 Alat dan bahan Perancangan uji Reaktor ......................................... 41

3.7.2 Alat untuk pembuatan karbon aktif dan pengujiannya ..................... 42

3.7.3 Bahan untuk pembuatan karbon aktif ............................................... 42

3.9 Prosedur penelitian .................................................................................. 42

3.10 Analisis Data ........................................................................................... 45

3.11 Kesimpulan dan Saran ............................................................................. 45

3.12 Diagram alir penelitian ............................................................................ 45

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ......................................................... 49

4.1 Hasil Pengujian Spesifikasi karbon aktif................................................. 49

4.1.1. Kadar Air .......................................................................................... 50

4.1.2. Kadar Abu ........................................................................................ 51

4.1.3. Kadar Zat yang menguap ................................................................. 51

xv

4.1.4. Kadar Karbon Terikat ...................................................................... 51

4.1.5. Daya serap iodin .............................................................................. 52

4.1.6. Karakterisasi Morfologi Karbon Aktif Biji Alpukat melalui Analisis

Scanning Electron Microscope (SEM). ........................................... 53

4.1.7. Karakterisasi Karbon Aktif Biji Alpukat melalui Analisis metode

Fourier Transform Infrared (FTIR). ................................................. 55

4.2 Analisis pengaruh Tegangan terhadap proses Elektrokoagulasi ............. 57

4.3 Analisis Pengaruh Waktu Adsorpsi, Tegangan, dan Massa Adsorben

Terhadap Penurunan Logam berat Pb ..................................................... 61

4.4 Analisis Pengaruh Massa Adsorben, Tegangan dan Waktu Adsorbsi

Terhadap Penurunan Pb .......................................................................... 64

4.5 Analisis Karakterisasi Karbon aktif Biji Alpukat dari Hasil Terbaik pada

Tegangan 30 Volt waktu Adsopsi 45 menit dan Massa 1,5 gram melalui

Fourier Transform Infrared (FTIR) ......................................................... 65

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 69

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 69

5.2 Saran ....................................................................................................... 69

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 71

LAMPIRAN A ...................................................................................................... 78

LAMPIRAN B ...................................................................................................... 85

LAMPIRAN C ...................................................................................................... 95

LAMPIRAN D .................................................................................................... 107

xvi


xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Logam Berat ........................................................................................ 9

Gambar 2.2 Proses Pengikatan Partikel Koloid oleh Flokulan ............................. 13

Gambar 2.3 Proses Elektrokoagulasi .................................................................... 15

Gambar 2.4 Struktur Biji Alpukat ......................................................................... 20

Gambar 2.5 Karbon Aktif granular ....................................................................... 22

Gambar 2.6 Karbon Aktif Pelet ............................................................................ 23

Gambar 2.7 Karbon Aktif Sebuk .......................................................................... 23

Gambar 2.8 Ilustrasi Pembentukan Pori Karbon Aktif melalui Aktivasi.............. 27

Gambar 2.9 Skema Proses Spektrometri Serapan Atom ....................................... 33

Gambar 3.1 Reaktor Elektrokoagulasi……………………………………………41

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ...................................................................... 46

Gambar 4. 1 Kerusakan Pada Dinding Struktur…………………………………53

Gambar 4. 2 Karbon Biji Alpukat Sebelum Aktivasi dan Karbon Biji Alpukat ... 54

Gambar 4. 3 Hasil FTIR Sesudah Aktivasi dan Sebelum Aktivasi ...................... 55

Gambar 4. 4 Pengaruh Tegangan terhadap Efisiensi Removal pada proses

Elektrokoagulasi .............................................................................. 57

Gambar 4. 5 Perubahan Tegangan terhadap Nilai Kuat Arus ............................... 58

Gambar 4. 6 Sebelum Elektrokoagulasi (A) dan Sesudah Elektrokogulasi

Tegangan 30 Volt (B) ...................................................................... 60

Gambar 4. 7 Pengaruh Waktu Adsorbsi, Tegangan dan Massa Adsorben 0,75

gram Terhadap Penurunan Pb .......................................................... 61

Gambar 4. 8 Pengaruh Waktu Adsorbsi, Tegangan dan Massa Adsorben 1 gram

Terhadap Penurunan Pb ................................................................... 62

Gambar 4. 9 Pengaruh Waktu Adsorpsi, Tegangan dan Massa Adsorben 1,25


Gambar 4. 10 Pengaruh Waktu Adsorbsi, Tegangan dan Massa Adsorben 1,5


Gambar 4. 14 Hasil FTIR sesudah aktivasi dan sesudah adsorpsi ........................ 66

xviii


xix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi kimia dan sifat – sifat pati biji alpukat................................ 20

Tabel 2.2 Analisa Ultimate dari biji Alpukat ........................................................ 21

Tabel 2 .3 Analisis Proksimat dari Biji Alpukat ................................................... 21

Tabel 2.4 Persyaratan Arang Aktif (SNI)06-3730-1995 ...................................... 29

Tabel 3.1 Definisi Operasional pada Variabel Terikat…………………………..39

Tabel 3.2 Definisi Operasional pada Variabel Bebas ........................................... 39

Tabel 3.3 Definisi Operasional pada Variabel Kontrol ......................................... 39

Tabel 3.4 Rekapitulasi Pengujian Penyerapan Logam Pb .................................... 40

Tabel 3.5 Perencanaan Reaktor ............................................................................ 41

Tabel 4. 1 Hasil Pengujian Spesifikasi Karbon Aktif ……………………………50

Tabel 4. 2 Vibrasi Karbon Aktif ........................................................................... 56

Tabel 4. 3 Vibrasi Karbon Aktif Sebelum dan Sesudah Aktivasi ......................... 66

xx


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan Industri selama beberapa tahun ini semakin meningkat

banyaknya industri yang memproduksi berbagai jenis kebutuhan yang

diperlukan manusia. Seiring berkembangnya jaman, sektor industri tidak lepas

dari adanya hasil sampingan yaitu berupa limbah. Limbah buangan tersebut

berupa senyawa baik organik mampun anorganik yang dapat menyebabkan

terjadinya penurunan kualitas air. Salah satu limbah anorganik adalah limbah

logam berat. Keberadaan logam berat dalam air dapat ditemukan dalam

berbagai bentuk yaitu terlarut, endapan, atau butiran halus. Logam berat

cenderung tidak terdegradasi, tetapi biasanya terakumulasi melalui rantai

makanan yang merupakan ancaman bagi hewan dan manusia (Wardalia,

2016). Polutan logam berat tersebut dapat menimbulkan resiko yang sangat

berbahaya bagi makhluk hidup apabila dibuang langsung ke lingkungan.

Menurut (Siregar & Murtini, 2008), selain merkuri (Hg), jenis logam berat

yang merupakan unsur membahayakan kesehatan antara lain timbal (Pb),

kadmium (Cd), arsen (As), tembaga (Cu), kromium (Cr), dan nikel (Ni). Urutan

tingkat toksisitas logam berat tersebut berturut-turut adalah Hg, Cd, Pb, As, Cu,

dan Zn. Logam-logam berat seperti Hg, Cu, Cd, dan Pb berbahaya karena

bersifat biomagnifikasi, yaitu dapat terakumulasi dan tinggal dijaringan tubuh

organisme dalam jangka waktu lama sebagai racun terakumulasi. Pengaruh

konsentrasi Pb yang berlebihan dalam air dapat menimbulkan terganggunya

kesehatan manusia seperti anemia berat, kerusakan susunan saraf,

terganggunya sistem imunitas, mual, muntah, kerusakan ginjal, menganggu

perkembangan sel darah merah, sangat rawan bagi anak anak dan janin dan

dapat merusak sistem syaraf yang menyebabkan keterbelakangan mental

bahkan kebutaan jika terakumulasi dalam waktu jangka panjang (Wiyanto, dkk

2014). Terdapat dua jalur utama paparan timbal adalah melalui pernapasan dan

2

makanan. Diperkirakan hampir 20 % beban timbal dalam tubuh berasal dari

pernapasan

Dalam peraturan PERMEN LH No 5 tahun 2014 tentang Baku Mutu Air

Limbah menyatakan bahwa konsentrasi Pb yang diperbolehkan adalah sebesar

0,01 mg/l untuk golongan I dan 1 mg/l untuk golongan II. Dari adanya dampa

negatif pencemaran logam Pb dapat dikurangi dengan pengolahan terhadap

limbah tersebut. Sebelum dibuang ke perairan, perlu adanya pengolahan dahulu

supaya tidak mencemari lingkungan.

Salah satu cara yang digunakan untuk mengurangi konsentrasi kandungan

logam Pb adalah dengan beberapa pengolahan telah dilakukan. Pada penelitian

(liestianty dkk., 2016) menyimpulkan bahwa menggunakan metode

fitoremediasi dengan tanaman Ipomea reptana dapat menurunkan logam berat

dengan waktu optimum membutuhkan waktu yang cukup lama, metode lain

juga di lakukan oleh (Ahmad, 2018) dengan menggunakan Mikromediasi dari

bahan Aspergillus flavus, Penicillium sp, Fusarium sp, Saccharomyces

cerevisiae untuk menurunkan logam berat Pb tetapi bahan tersebut sulit di

temukan untuk di daerah Sidoarjo. Pada penelitian (Myllymäki dkk, 2018) juga

melakukan metode kombinasi elektrokoagulasi - adsorpsi penghilangan total

karbon organik dengan karbon aktif yang terbuat dari biomassa sisa

lignoselulosa dapat menghilangkan secara efisien sebesar 95%. Selain itu,

pada penelitian yang di lakukan Putri (2015) Kemampuan adsorpsi terhadap

zat warna limbah batik masih cukup kecil terlihat dari persen penurunan

konsentrasi warnanya yaitu, sebesar 42,06%. Pada metode Elektrokoagulasi

didasarkan pada proses elektrokimia yang menghasilkan kation yang berfungsi

sebagai koagulan. Dalam prakteknya, proses pembentukan kation ini dilakukan

dengan menempatkan logam sebagai anoda yang akan teroksidasi secara

elektrokimia. Berbagai logam telah digunakan dalam proses elektrokoagulasi,

antara lain; Fe, Zn, dan Al Namun demikian logam yang paling umum

digunakan adalah logam Al, karena tidak mudah terkorosi. Atas dasar ini,

dalam penelitian ini dipilih logam Al sebagai elektroda baik katoda maupun

anoda.

3

Penerapan metode Eletrokoagulasi pada penurunan logam Pb belum

sepenuhnya tereduksi dengan baik yaitu dalam penelitian (Fibrianti & Azizah,

2015) elektrokoagulasi dengan kombinasi elektroda Al -Al mempunyai

efisiensi maksimum yakni sebesar 75,84%. Pada penelitian (Susetyaningsih,

2008) efisiensi elektrokoagulasi untuk penurunan kadar Pb sebesar 76% pada

kuat arus 1,0 Ampere. Untuk meningkatkan efisiensi tersebut, diperlukan

proses adsorpsi menggunakan karbonasi dari biji alpukat. Biji Alpukat dipilih

karena mengandung senyawa organik yang tinggi yaitu amilosa 43,3% dan

amilopektin 37,7% (Lubis, 2008). Amilosa dan amilopektin tersebut diubah

menjadi kadar pati 80,01%. Kadar pati yang tinggi menunjukan bahwa kadar

karbon yang dimiliki juga tinggi. Sehingga peneliti tertarik untuk

memanfaatkan biji alpukat yang memiliki kandungan karbon yang tinggi

menjadi karbon aktif dan diuji efektivitasnya terhadap adsorpsi logam berat Pb.

Adsorben biji alpukat diketahui memiliki kemampuan penyerapan yang lebih

baik dan sederhana dibandingkan dengan silika. Untuk mendapatkan silika

sintesis menggunakan bahan fumed silika TEOS dan TMOS dengan metode

pelelehan. Proses tersebut membutuhkan harga yang relatif mahal dan

prosesnya yang cukup rumit. Selain itu kuarsa merupakan mineral utama dari

silika dan dapat dikatakan sebagai sumber utama silika mineral. Namun

penggunaan silika dari mineral alam sangat boros energi dan menimbulkan

masalah lingkungan akibat eksploitasi pasir kuarsa yang terus menerus dan

tidak dapat diperbaharui (Oleszczuk 2008).

Oleh karena itu perlu dilakukan pengolahan dengan metode kombinasi

elektrokoagulasi-adsorpsi untuk menurunkan kadar Pb secara lebih efisien.

Pada proses elektrokoagulasi digunakan tegangan yang berbeda dengan tujuan

untuk mengetahui pengaruh tegangan terhadap penurunan logam berat. Lalu

pada proses adsorpsi digunakan waktu kontak dan massa adsorben yang

berbeda dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan massa

adsorben terhadap penurunan logam berat Pb.

4

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan masalah yang akan dibahas

dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana kondisi tegangan optimum terhadap proses Elektrokogulasi

pada penurunan logam Pb2+?

2. Bagaimana kondisi waktu kontak optimum terhadap tegangan

Elektrokoagulasi - Adsorpsi kombinasi pada penurunan logam Pb2+ ?

3. Bagaimana massa optimum terhadap proses kombinasi tegangan

Elektrokoagulasi - Adsorpsi pada penurunan logam Pb2+?

1.3 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah di atas, adapun tujuan dari penelitian ini

adalah sebagai berikut:

1. Menganalisis pengaruh variasi tegangan pada Elektrokoagulasi ditinjau

dari efisiensi penurunan logam Pb2+

2. Menganalisis pengaruh waktu kontak dalam proses kombinasi

Elektrokoagulasi - Adsorbsi terhadap penurunan logam Pb2+

3. Menganalisis pengaruh massa adsorban dalam proses kombinasi

Elektrokoagulasi - Adsorbsi terhadap penurunan logam Pb2+.

1.4 Manfaat

Berdasarkan tujuan di atas, adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian

ini adalah sebagai berikut :

1. Bagi Peneliti

1. Dapat memanfaatkan limbah yang tidak terpakai khususnya limbah biji

alpukat

2. Dapat mengetahui masa adsorben, waktu kontak dengan kombinasi

Elektrokoagulasi – Adsorpsi

3. Dapat mengetahui variasi tegangan dengan proses Elektrokoagulasi

4. Dapat menganalisis hubungan Elektrokogulasi - Adsorpsi

2. Bagi Mahasiswa

1. Dapat di jadikan bahan referensi baru terhadap penelitian selanjutnya

5

2. Sebagai Ilmu pengetahuan untuk mahasiswa yang akan membacanya

3. Sebagai informasi baru bagi untuk mahasiswa yang membacanya

3. Bagi Masyarakat

1. Dapat mengurangi limbah biji alpukat yang ada di masyarat

2. Sebagai wawasan baru bahwa biji alpukat dapat di manfaatkan dengan

sebagai karbon aktif

3. Dapat menjadi pengetahuan untuk masyarakat yang membacannya.

1.5 Batasan Masalah

1. Air limbah yang digunakan adalah air limbah artifisial yang mengandung

logam Pb 15 ppm

2. Parameter yang di uji hanya kandungan Pb2+

3. Jenis pelat elektroda yang digunakan adalah Aluminium.

4. Tidak ada uji karakteristik pada sludge yang dihasilkan.

5. Reaktor uji yang akan digunakan memiliki dimensi 20 cm x 20 cm x 15 cm.

6. Jumlah pelat elektroda yang akan digunakan adalah sebanyak 8 buah pelat

dengan ukuran 10 cm x 20 cm

7. Elektroda tercelup 10 m2/m3

8. Karbon aktif Biji Alpukat

6


7

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Air Limbah

Berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun

2001, limbah adalah sisa suatu usaha atau kegiatan yang mengandung bahan

berbahaya atau beracun yang karena sifat atau konsentrasinya dan jumlahnya

baik secara langsung atau tidak langsung akan dapat membahayakan

lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta mahluk lain.

Menurut (Metcalf Eddy 1991) yang dimaksud air limbah (waste water)

adalah kombinasi dari cairan dan sampah – sampah (air yang berasal dari

daerah permukiman, perdagangan, perkantoran, dan industri) bersama–sama

dengan air tanah, air permukaan dan air hujan yang mungkin ada.

Menurut (Putri kusuma, 2016) Limbah adalah buangan yang kehadirannya

pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki di lingkungan karena

tidak mempunyai nilai ekonomi. Secara umum dapat disimpulkan bahwa air

Limbah adalah cairan buangan yang berasal dari rumah tangga, industri

maupun tempat-tempat umum lainnya, dan biasanya mengandung bahan-bahan

zat yang dapat membahayakan kehidupan manusia serta mengganggu

kelestarian hidup.

2.1.1 Sumber Limbah Cair

1. Limbah Cair Domestik

Limbah cair domestik adalah hasil buangan dari perumahan, bangunan

perdagangan, perkantoran, dan sarana sejenisnya. Menurut (Keputusan

Menteri Lingkungan Hidup No 112 Tahun tentang Baku Mutu Air Limbah

Domestik, 2003) yang dimaksud dengan air limbah domestik adalah air

limbah yang berasal dari usaha dan atau kegiatan permukiman (realestate),

rumah makan (restaurant), perkantoran, perniagaan, apartemen dan asrama.

Volume limbah cair dari daerah perumahan bervariasi, dari 200 sampai 400

liter per orang per hari, tergantung pada tipe rumah. Aliran terbesar berasal

8

dari rumah keluarga tunggal yang mempunyai beberapa kamar mandi,

mesin cuci otomatis, dan peralatan lain yang menggunakan air. Angka

volume limbah cair sebesar 400 liter/orang/hari bisa digunakan untuk

limbah cair dari perumahan dan perdagangan, ditambah dengan rembesan

air tanah (infiltration).

2. Limbah Cair Industri

Limbah Cair industri (industrial wastes water), yang berasal dari berbagai

jenis industri akibat proses produksi. Zat-zat yang terkandung di dalamnya

sangat bervariasi sesuai dengan bahan baku yang dipakai oleh masing-

masing industri, dalam limbah industri terdapat bermacam–macam

kandungan limbahnya mulai dari nitrogen, sulfida, amoniak, lemak, garam-

garam, zat pewarna, mineral, Phospat logam berat, zat pelarut, dan

sebagainya. Oleh sebab itu, perlu adanya pengolahan agar tidak

menimbulkan pencemaran lingkungan.

2.2 Logam Berat

Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai massa jenis lebih besar

dari 5 g/cm3 antara lain Cd, Hg, Pb, Zn, dan Ni. Logam berat Cd, Hg, dan Pb

dinamakan sebagai logam non esensial dan pada tingkat tertentu menjadi

logam beracun bagi makhluk hidup. Logam berat merupakan unsur logam

dengan berat molekul tinggi. Dalam kadar rendah logam berat pada umumnya

sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. Logam berat

yang sering mencemari habitat adalah Hg, Cr, Cd, As, dan Pb Logam berat

dalam konsentrasi yang sangat rendah disebut sebagai logam renik. Logam

berat (heavy metals) merupakan sekelompok elemen-elemen logam yang

dikategorikan berbahaya jika masuk ke dalam tubuh mahluk hidup.

Limbah merupakan hasil sampingan dari proses yang ada di industri namun

diabaikan keberadaannya dan dianggap tidak dapat digunakan lagi. Limbah

yang dihasilkan berpotensi besar, karena memiliki kandungan logam Pb dari

proses galangan kapal dll. dan apabila masuk kedalam tubuh akan menjadi

terakumulasi dan menyebabkan kanker.

9

Menurut (Studi, Lingkungan, Undip, Sudarto, & Tembalang, n.d.),secara

toksikologi, logam berat dapat dibagi dalam dua jenis, yaitu:

1. Logam Berat Esensial Logam berat ini keberadaannya dalam jumlah

tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah

berlebihan dapat menimbulkan efek keracunan. Contoh logam berat

jenis ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, dan Mn.

2. Logam Berat Tidak Esensial Logam berat ini keberadaannya dalam

tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan bersifat racun.

Contoh logam berat tidak esensial adalah Hg, Pb, Cd, dan Cr.

2.2.1 Logam Berat Pb

Timbal atau timah hitam atau Plumbum (Pb) adalah salah satu bahan

pencemar utama saat ini di lingkungan, Timbal (Pb) merupakan salah satu

jenis logam berat yang sering juga disebut dengan istilah timah hitam.

Timbal memiliki titik lebur yang rendah, mudah dibentuk, memiliki sifat

kimia yang aktif sehingga biasa digunakan untuk melapisi logam agar tidak

timbul perkaratan. Timbal adalah logam yang lunak berwarna abu-abu

kebiruan mengkilat dan memiliki bilangan oksidasi +2

Gambar 2.1 Logam Berat

(Sumber: Suryanti 2015)

10

Timbal mempunyai nomor atom 82 dengan berat atom 207,20. Titik leleh

timbal adalah 1740 ºC dan memiliki massa jenis 11,34 g/cm3. Pb di alam terdapat

dalam kandungan endapan sulfit yang tercampur mineral-mineral lain terutama

seng dan tembaga. Pb merupakan logam yang beracun dan pada dasamya tidak

dapat dimusnahkan serta tidak terurai menjadi zat lain bila terakumulasi dalam

mahluk hidup. (Siregar & Murtini, 2008) mengungkapkan bahwa logam Pb pada

suhu 500-600 ºC dapat menguap dan membentuk oksigen di udara dalam bentuk

timbal oksida (PbO). Dibawah ini merupakan tabel yang menunjukkan beberapa

sifat fisika yang dimiliki timbal. Sifat-sifat khusus logam Pb, yaitu:

a. Merupakan logam yang lunak, sehingga dapat dipotong dengan

menggunakan pisau atau dengan tangan dan dapat di bentuk dengan mudah.

b. Merupakan logam yang tahan terhadap peristiwa korosi atau karat sehingga

logam Pb dapat digunakan sebagai bahan coating.

c. Mempunyai kerapatan yang lebih besar dibandingkan dengan logam-logam

biasa kecuali emas dan merkuri.

d. Mempunyai titik lebur yang rendah, 327,5ºC.

e. Merupakan pengantar listrik yang tidak baik.

2.2.2 Pengaruh Logam Pb terhadap Kesehatan

Keracunan Pb terhadap manusia dapat bersifat akut maupun kronis.

Walaupun pengaruh toksisitas akut agak jarang dijumpai tetapi pengaruh

toksisitas kronis sering ditemukan. Menurut (Iswanto, 2010) pengaruh

toksisitas kronis sering ditemukan pada pekerja di pertambangan dan pabrik

pemurnian logam, pabrik mobil pada proses pengecatan sistem semprot,

pengolahan baterai, pencetakan, pembuatan keramik dan pelapisan logam.

Keracunan kronis yang sangat patut kita waspadai adalah pada orang-orang

yang bekerja di pinggir jalan seperti polisi lalu lintas, pekerja kebersihanjalan,

pekerja taman, pedagang kakilima, penjaga toko dan lain-lain yang sehari-

harimenghirup udara yang tercemar Tetra Ethyl Lead (TEL) dan Tetra Methyl

Lead (TML) yang dilepaskan oleh gas buang kendaraan bermotor.

11

Sedangkan menurut (Usetyaningsih dkk, 2008) gejala dan tanda- tanda klinis

akibat

paparan Timbal (Pb) antara lain:

1. Gangguan gastrointestinal, seperti kram perut, kolik, dan biasanya

diawali dengan sembelit, mual, muntah- muntah, dan sakit perut yang

hebat.

2. Gangguan neurologi berupa ensefalopati seperti sakit kepala, bingung,

atau pikiran kacau, sering pingsan.

3. Gangguan fungsi ginjal, oliguria, dan gagal ginjal yang akut bisa

berkembang dengan cepat

Sehingga maka dari itu pemerintah menetapkan kadar yang boleh dalam

makanan ikan segar sebesar 2 mg/l, No.881/'KPTS/TP.270/8/96 menurut

(Kementerian Lingkungan Hidup, 2014) tentang baku mutu air limbah pada

kegiatan industri dan atau usaha sebesar 0,1 ppm untuk kategori I dan 1 ppm

untuk kategori 2, serta menurut (Soepardi,1983 dalam Brachia,2009)

menyatakan kisaran logam berat timbal (Pb) sebagai pencemar dalam tanah

adalah 2 - 200 ppm dan kisaran logam berat timbal (Pb) dalam tanaman adalah

0.1-10 ppm.

2.3 Koagulasi

Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid. Partikel

tersebut membentuk lapisan secara kimia yang kemudian diikuti dengan

flokulasi, flokulasi merupakan proses dimana partikel yang telah

terdestabilisasi terimbas untuk berkumpul, melakukan kontak dan menjadi

bentuk gumpalan yang lebih besar Zat – zat kimia yang digunakan untuk

mendestabilkan partikel koloid disebut dengan koagulan. Koagulan yang

paling umum dan paling sering digunakan adalah alum (aluminium sulfat) dan

garam – garam besi. Karakteristik dari kation multivalensi adalah mempunyai

kemampuan menarik koagulan ke muatan partikel koloid. (Proste,R.L1997).

12

Pengadukan cepat yang efektif sangat penting ketika menggunakan koagulan

logam seperti alum dan ferric chloride, karena proses hidrolisnya terjadi dalam

hitungan detik dan selanjutnya terjadi adsorpsi partikel koloid. Waktu yang

dibutukan untuk zat kimia lain seperti polimer (polyelectrolites), chlorine, zat

kimia alkali, ozone, dan potassium permanganat, tidak optimal karena tidak

mengalami reaksi hidrolisis.

Menurut Benefield dkk.1982 untuk merangsang partikel koloid bergabung

membentuk gumpalan yang lebih besar diperlukan dua cara, yaitu partikel

harus didestabilisasikan dan dipindahkan. Destabilisasi partikel dapat dicapai

melalui cara penekanan lapisan ganda listrik, penyerapan untuk netralisasi,

penjeratan pada presipitasi, dan pembentukan antar partikel.

Penekanan lapisan ganda listrik dan penetralan dikategorikan sebagai proses

koagulasi, sedangkan penjeratan dan pembentukan antar partikel sebagai

flokulasi. Destabilisasi partikel dengan cara penekanan dapat dicapai melalui

penambahan elektrolit muatan yang berlawanan dengan muatan partikel koloid

(Benefield dkk.1982). Dasar dari mekanisme ini adalah bahwa interaksi dari

koagulan dengan partikel koloid terjadi karena efek elektrostatik, ion sejenis

dengan partikel koloid akan saling tolak menolak, sedangkan yang muatannya

berlawanan akan tarik menarik.

2.4 Flokulasi

Flokulasi adalah penggabungan dari partikel – partikel hasil koagulasi

menjadi partikel yang lebih besar dan mempunyai kecepatan mengendap yang

lebih besar, dengan cara pengadukan lambat. Dalam hal ini proses koagulasi

harus diikuti flokulasi yaitu penggumpulan koloid terkoagulasi sehingga

membentuk flok yang mudah terendapkan dan sebagai transportasi partikel

tidak stabil, sehingga kontak antar partikel dapat terjadi.

13

Gambar 2.2 Proses Pengikatan Partikel Koloid oleh Flokulan

(Sumber : Sugiarto 2014)

2.4.1 Proses Flokulasi

Terdapat 3 (tiga) tahapan penting yang diperlukan dalam proses

koagulasi yaitu tahap pembentukan inti endapan, tahap flokulasi,

dan tahap pemisahan flok dengan cairan. (Wiyanto dkk, 2014)

1. Tahap Pembentukan Inti Endapan

Pada tahap ini diperlukan zat koagulan yang berfungsi

untuk penggabungan antara koagulan dengan polutan yang ada

dalam air limbah. Agar penggabungan dapat berlangsung

diperlukan pengadukan dan pengaturan pH limbah

Pengadukan dilakukan pada kecepatan 60 s/d 100 rpm selama

1 s/d 3 menit; pengaturan pH tergantung dari jenis koagulan

yang digunakan, misalnya untuk Alum ph 6 s/d 8, Fero Sulfat

ph 8 s/d 11, Feri Sulfat pH 5 s/d 9, PAC ph 6 s/d 9.

2. Tahap Flokulasi

Pada tahap ini terjadi penggabungan inti endapan

sehingga menjadi molekul yang lebih besar, pada tahap ini

dilakukan pengadukan lambat dengan kecepatan 40 s/d 50 rpm

selama 15 s/d 30 menit. Untuk mempercepat terbentuknya flok

dapat ditambahkan flokulan misalnya polielektrolit.

Polielektrolit digunakan secara luas, baik untuk pengolahan air

proses maupun untuk pengolahan air limbah industri.

Polielektrolit dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu non ionik,

kationik dan anionic, biasanya bersifat larut air. Sifat yang

menguntungkan dari penggunaan polielektrolit adalah volume

14

lumpur yang terbentuk relatif lebih kecil, mempunyai

kemampuan untuk menghilangkan warna, dan efisien untuk

proses pemisahan air dari lumpur (dewatering).

3. Tahap Pemisahan Flok dengan Cairan

Flok yang terbentuk selanjutnya harus dipisahkan dengan

cairannya, yaitu dengan cara pengendapan atau pengapungan. Bila

flok yang terbentuk dipisahkan dengan cara pengendapan, maka

dapat digunakan alat klarifier, sedangkan bila flok yang terjadi

diapungkan dengan menggunakan gelembung udara, maka flok

dapat diambil dengan menggunakan skimmer.(Wijayanto, 2011)

Tujuan dilakukan flokulasi pada air limbah selain lanjutan dari proses

koagulasi adalah:

1. Meningkatkan penyisihan Suspended Solid (SS) dan BOD

dari pengolahan fisik.

2. Memperlancar proses conditioning air limbah, khususnya

limbah industri.

3. Meningkatkan kinerja secondary-clarifier dan proses

lumpur aktif.

4. Sebagai pretreatment untuk proses pembentukan

secondary effluent dalam filtrasi.

2.5 Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi (EC) adalah teknologi yang memiliki kombinasi fungsi

dan keuntungan dari koagulasi, flotasi dan elektrokimia dalam pengolahan air

bersih dan pengolahan air limbah. Reaksi kimia yang terjadi pada proses

elektrokoagulasi yaitu reaksi reduksi oksidasi, sebagai akibat adanya arus

listrik (DC). Pada reaksi ini terjadi pergerakan ion-ion yaitu ion positif (kation)

yang bergerak menuju katoda yang bermuatan negatif. Sedangkan ion-ion

negatif (anion) bergerak menuju anoda yang bermuatan positif (Wiyanto dkk,

2014).

15

Keunggulan yang dimiliki oleh metode elektrokoagulasi dalam mengolah

air limbah diantaranya adalah kebutuhan perlengkapan yang simpel, mudah

untuk dioperasikan, periode maintenance yang lebih panjang, air yang telah

diolah akan jernih, warnanya dan baunya akan berkurang, sludge yang

dihasilkan setelah melalui proses elektrokoagulasi benar-benar dapat

terendapkan dan mudah untuk dilakukan proses dewatering, flok yang

terbentuk dapat dipisahkan lebih cepat dengan penyaringan, menghasilkan

effluent yang mengandung sedikit padatan terlarut, partikel koloid terkecil

dapat disisihkan dengan mudah dan polutan akan naik ke permukaan dan

terendapkan pada dasar. (Emamjomeh, 2005).

Di dalam proses EC (Electrocoagulation) dihasilkan metal

hidroksida yang berperan sebagai koagulan/flokulan bagi padatan

tersuspensi sehingga membentuk flok yang dapat diendapkan menggunakan

gravitasi (Ali & Yaakob, 2012). Proses elektrokoagulasi meliputi beberapa

tahap yaitu proses equalisasi, proses elektrokimia (flokulasi-koagulasi) dan

proses sedimentasi. Proses equalisasi dimaksudkan untuk menyeragamkan

limbah cair yang akan diolah terutama kondisi pH, pada tahap ini tidak

terjadi reaksi kimia. Pada proses elektrokimia akan terjadi pelepasan Al 3+

dari plat elektrode (anoda) sehingga membentuk flok Al (OH)3 yang mampu

mengikat kontaminan dan partikel-partikel dalam limbah.

Gambar 2.3 Proses Elektrokoagulasi

Sumber : Susetyaningsih 2008

16

Berdasarkan gambar apabila dalam suatu elektrolit ditempatkan

dua elektroda dan dialiri arus listrik searah, maka akan terjadi peristiwa

elektrokimia yaitu gejala dekomposisi elektrolit, dimana ion positif

(kation) bergerak ke katoda dan menerima elektron yang direduksi dan ion

negatif (anion) bergerak ke anoda dan menyerahkan elektron yang

dioksidasi. Pada

1. Katoda

Ion H+ dari suatu asam akan direduksi menjadi gas hidogen yang akan

bebas sebagai gelembung-gelembung gas.

2H+ + 2e ⎯⎯→ H2

Larutan yang mengalami reduksi adalah pelarut (air) dan terbentuk gas

hydrogen (H2) pada katoda

2H2 O + 2e ⎯⎯→ 2OH- + H2

2. Anoda

Anoda terbuat dari logam almunium akan teroksidasi

Alo + 3H2O ⎯⎯→ Al(OH)3 + 3 H+ + 3e

Ion OH- dari basa akan mengalami oksidasi membentuk gas oksigen

(O2),

4 OH- ⎯⎯→ 2H2O + O2 + 4e

Jika larutan mengandung ion-ion logam lain maka ion-ion logam akan

direduksi menjadi logamnya dan terdapat pada batang katoda

Pb2+ + 2e ⎯⎯→ Pbo

Ion Al 3+ yang terlepas dalam air limbah akan berikatan dengan OH-

sehingga membentuk Al (OH)3 yang berfungsi sebagai koagulan.

Al(OH)3 yang terbentuk akan berikatan dengan polutan dalam air

limbah sehingga polutan menjadi flok berukuran besar dari reaksi

17

tersebut, pada anoda akan dihasilkan gas, buih Selanjutnya flok yang

terbentuk akan mengikat logam Pb yang ada didalam limbah, sehingga

flok akan memiliki kecenderungan mengendap. Selanjutnya flok yang

telah mengikat kontaminan Pb tersebut. Flok yang akan terbentuk

sebagian akan ada yang mengapung dan sebagian ada yang akan

mengendap (Rachmawati, dkk 2014).

Dalam penggunaan metode Elektrokoagulasi terdapat Hukum Faraday

membuat hubungan antara kuat arus (I) yang mengalir dengan jumlah

massa yang terlepas ke larutan, hal ini merupakan pendekatan secara

teoritis untuk menghitung jumlah aluminium yang terlepas ke larutan.

Adapun rumus dari hukum Faraday adalah sebagai berikut (Kuokkanen

dkk,2013):

𝑊 =𝐼 𝑥 𝑡 𝑥 𝑀 𝑥 1000

𝑧 𝑥 𝐹 (2.1)

Dimana :

W = berat aluminium yang larut (mg)

I = kuat arus yang digunakan (Ampere)

t = waktu kontak (detik)

M = berat molekul aluminium, yaitu 27 gram. Mol

z = valensi aluminium, yaitu 3

F = konstanta Faraday, 96500 Coulomb/mol

Untuk mengetahui effisiensi pada permukaan elektroda dapat dihitung

dengan rumus :

𝑅𝑒% =£ 𝑚 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛

𝑚 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑦 𝑥 10 (2.2)

Dimana :

Re = Effisiensi elektroda (%)

£ m percoban =Selisih berat Plat aluminium yang

ditimbang (mg)

m teori faraday= alumunium yang larut (mg)

18

2.6 Reaktor Elektrokoagulasi

1. Tegangan

Tegangan dan arus listrik pada penelitian ini adalah 10 Volt,20 Volt, 30

volt karena pada tegangan Pelepasan ion Al3+ yang berasal dari

elektroda sangatlah dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengalir pada

elektroda. Dari penelitian yang dilakukan (Alfian, 2018) bahwa

penurunan kekeruhan semakin besar seiring dengan meningkatnya kuat

arus yang dialirkan.

2. Jenis dan Dimensi Elektroda

Elektroda yang dapat digunakan pada proses elektrokoagulasi terdapat

beberapa jenis logam, diantaranya besi, stainless steel dan aluminium.

Setiap jenis elektroda memiliki efisiensi yang berbeda dalam

penyisihan polutan. Berdasarkan beberapa pertimbangan, yaitu harga

plat aluminium yang jauh lebih murah dengan perbedaan efisiensi yang

tidak terlalu signifikan, dan sangat efektif berhasil menghilangkan

polutan pada kondisi operasi yang menguntungkan maka dipilihlah plat

aluminium untuk dipakai pada penelitian yang akan dilakukan.

Dimensi elektroda yang akan digunakan menyesuaikan dengan

penelitian terdahulu (Alfian, 2018), yaitu 20cm x 10 cm terdapat 8 pelat

elektroda yang terdiri dari 4 buah pelat anoda dan 4 buah pelat katoda.

3. Jarak Elektroda

Jarak elektroda berkaitan dengan hambatan listrik yang terbentuk yang

mempengaruhi besarnya arus yang mengalir pada elektroda. Pada

penelitian oleh (Alfian,2018) dengan variasi jarak antar elektroda

sebesar 0,05 cm dan 1 cm jika jarak celah antara anoda dan katoda

terlalu rapat sehingga aliran cairan terhambat. Akumulasi partikel dan

gelembung padat antara anoda dan katoda menyebabkan tingginya

hambatan listrik listrik sehingga arus menjadi kecil. Pada (Saputra dkk.,

2016) disebutkan pula jika jarak antara elektroda terlalu dekat akan

menyebabkan jumlah koagulan yang meningkat. Namun sistem akan

mengalami gangguan akibat hubungan singkat antar elektroda. Oleh

19

karena itu ditentukanlah jarak antar elektroda yang akan dipakai pada

penelitian ini sebesar 1 cm.

4. Desain Rangkaian

Rangkaian Elektrokoagulasi mempunyai 2 jenis rangkaian yang terdiri

dari rangkaian monopolar yaitu rangkaian dimana arus listrik dialirkan

secara paralel pada setiap elektroda dan biopolar yaitu rangkaian

dimana arus listrik dialirkan langsung atau seri pada elektroda (Pradiko,

2018). Pada penelitian ini reaktor elektrokoagulasi akan dipasang anoda

dan katoda dengan susunan paralel (monopolar). Karena pada

rangkaian monopolar efisiensi untuk menurunkan logam berat lebih

efektif

2.7 Alpukat

Tanaman alpukat berasal dari dataran rendah/tinggi Amerika

Tengah dan diperkirakan masuk ke Indonesia pada abad ke-18. Indonesia

mempunyai topografi yang bergunung-gunung dan yang membuat

Indonesia mempunyai iklim tropis (Aji, 2018).

klasifikasi tanaman alpukat adalah sebagai berikut:

Kerajaan: Plantae

Kelas: Magnolipilihanda

Ordo: Laurales

Famili: Lauraceae

Genus: Persea

Spesies: P. Americana

Nama binomial: Persea Americana

Buah alpukat adalah tanaman buah bertipe buni yang memiliki kulit

lembut tidak rata berwarna hijau tua hingga ungu kecoklatan, itu tergantung

pada jenis dan varietas buah alpukat yang ditanam. Pada umumnya, bagian

biji alpukat jarang dimanfaatkan, jika ada pemanfaatannya masih sekedar

sebagai bibit tanaman. Meskipun ada beberapa industri pengolahan biji

alpukat berusaha untuk memanfaatkan limbah buangan biji alpukat tersebut

20

agar memiliki nilai yang lebih efektif. Suatu cara yang mereka lakukan

adalah dengan memanfaatkannya sebagai zat pewarna tekstil. Namun, hal

tersebut dirasa masih kurang. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk

meningkatkan manfaat biji alpukat adalah dengan mengolahnya menjadi

karbon aktif yang selanjutnya diaplikasikan sebagai adsorben.

Gambar 2.4 Struktur Biji Alpukat

Sumber: Budisma 2015

Buah alpukat mempunyai biji yang berkeping dua, sehingga termasuk

dalam kelas Dicotyledoneae. Kepingan ini mudah terlihat apabila kulit bijinya

dilepas atau dikuliti. Kulit biji umumnya mudah lepas dari bijinya. Pada saat buah

masih muda, kulit biji ini menempel pada daging buahnya. Bila buah telah tua,

biji akan terlepas dengan sendirinya. Umumnya sifat ini dijadikan salah satu tanda

kematangan buah (Aji, 2018). Biji tersusun oleh jaringan parenchyma yang

mengandung sel-sel minyak dan butir tepung sebagai cadangan makanan.

Biji alpukat memiliki kandungan air 12,67 %, kadar abu 2,78 %,

kandungan mineral 0,54 % lebih tinggi dari biji buah lainnya (Anggraeny, 2017).

Komposisi kimia dan sifat-sifat dari pati biji alpukat dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi kimia dan sifat – sifat pati biji alpukat

Komponen Jumlah % Komponen Jumlah %

Kadar air 10,2 Lemak tn

Kadar pati 80,1 Serat kasar 1,21

*amilosa 43,3 Warna Putih coklat

*amilopektin 37,7 Kehalusan granula Halus

Protein tn Rdndemen pati 21,3

Sumber: Winarti dan Purnomo 2006

*amilosa + *amilopektin = Pati

21

Biji alpukat mengandung pati yang tinggi menunjukkan bahwa kadar karbon

yang dimiliki tinggi. Hasil analisis ultimat dan analisis proksimat dari biji alpukat

dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan 2.3

Tabel 2.2 Analisa Ultimate dari biji Alpukat

Unsur Kadar %

Karbon 48,3

Hidrogen 7,5

Nitrogen

22

aktif bersifat selektif, yang dimaksud selektif disini adalah bergantung

pori-pori dan luas permukaan yang memengaruhi kinerja adsorpsi.

2.8.1 Jenis Karbon Aktif

Menurut Yuliusman (2013) pada umumnya karbon aktif memiliki

3 (tiga) bentuk yang dapat diaplikasikan sesuai kebutuhan masing-

masing adalah sebagai berikut :

1. Karbon Aktif Bentuk Granular

Karbon aktif bentuk ini memiliki bentuk granular/tidak

beraturan dengan ukuran 0,2-5 mm. Untuk jenis ini biasnya

diaplikasikan pada fase cair dan gas seperti pemurnian emas,

pengolahan air limbah, pemurni pelarut dan penghilang bau

busuk.

Gambar 2.5 Karbon Aktif granular

Sumber: Fairus Andira 2015

2. Karbon Aktif Bentuk Pelet

Bentuk karbon aktif berupa pelet mempunyai diameter 0,8-5 mm.

Kegunaan utamanya adalah untuk aplikasi fasa gas karena dalam bentuk

pelet mempunyai tekanan rendah, kekuatan mekanik tinggi dan kadar abu

rendah sehingga sering kali digunakan untuk pemurnian udara, control

emisi, penghilang bau kotoran, dan pengontrol emisi pada gas buang.

23

Gambar 2.6 Karbon Aktif Pelet


3. Karbon Aktif Bentuk Serbuk

Karbon akif bentuk serbuk ini diaplikasikan dalam fasa cair dan

gas, sehingga digunakan pada industri pengolahan air minum, industry

farmasi, bahan tambahan makanan, penghalus gula, pemurnian glukosa

dan pengolahan zat pewarna kadar tinggi karena memiliki ukuran lebih

kecil dari 0,18 mm.

Gambar 2.7 Karbon Aktif Sebuk


2.8.2 Pembuatan Karbon Aktif

Menurut Pambayun (2013), secara garis besar terdapat 3 (tiga) tahap

dalam pembuatan karbon aktif adalah sebagai berikut:

1. Proses Dehidrasi

Pada prosesini dilakukan penghilangan air dengan pemutusan ikatan

hydrogen dan oksigen pada bahan baku. Bahan baku dipanaskan

sampai temperatur 105°C.

24

2. Proses Karbonisasi

Proses karbonisasi merupakan proses dekomposisi thermal dengan

suhu 600º-1100ºC. Selama proses ini unsur-unsur selain karbon

seperti hidrogen da oksigen dibebaskan dalam bentuk gas. proses

karbonisasi akan menghasikan 3 komponen yang menjadi faktor

utama yaitu Karbon (Arang), tar dan gas (CO2, CO, CH4, H2,).

Proses karbonisasi terdiri dari empat tahap yaitu:

1. Pada suhu 100 – 120ºC terjadi penguapan air dan sampai

suhu 270ºC mulai terjadi peruraian selulosa. Distilat

mengandung asam organik dan sedikit methanol. Asam cuka

terbentuk pada suhu 200 - 270ºC.

2. Pada suhu 270 - 310ºC reaksi eksotermik berlangsung

dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi

larutan piroligant, gas kayu dan sedikit tar. Asam merupakan

asam organik dengan titik didih rendah seperti asam cuka dan

methanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO2.

3. Pada suhu 310-500ºC terjadi peruraian lignin, dihasilkan

lebih banyak tar sedangkan larutan Opirolignat menurun, gas

CO menurun sedangkan gas CO2 dan CH4 dan H2 meningkat.

4. Pada suhu 500 -1000ºC merupakan tahap dari pemurnian

arang atau kadar karbon.

3. Proses Aktivasi

Proses ini bertujuan untuk memperbesar luas permukaan arang

dengan membuka pori pori yang tertutup sehingga memperbesar

daya serap dari karbon aktif tersebut. Proses aktivasi ini dibedakan

menjadi 2 bagian yaitu proses aktivasi fisika dan aktivasi kimia.

a. Proses Aktivasi Fisika

Aktivasi fisika disebut juga aktivasi termal. Aktivasi termal

adalah proses aktivasi yang melibatkan adanya gas pengoksidasi

25

seperti udara pada temperatur rendah, Uap, CO2 atau aliran gas

pada temperatur tinggi. proses aktivasi fisika melibatkan gas

pengoksidasi seperti pembakaran menggunakan suhu yang

rendah dan uap CO2 atau pengaliran gas pada suhu tinggi. Tetapi

pada suhu aktivasi yang terlalu tinggi beresiko terjadinya

oksidasi lebih lanjut pada karbon sehingga merusak ikatan C

dalam bidang lempeng heksagonal karbon yang akan

menurunkan luas permukaan internal. Beberapa jenis bahan

baku lebih muda untuk diaktivasi jika diklorinasi terlebih

dahulu. Selanjutnya hasil dari klorinasi tersebut dikarbonisasi

untuk menghilangkan hidrokarbon yang terklorinasi kemudian

terakir diaktivasi dengan uap.

b. Proses Aktivasi Kimia

Proses aktivasi kimia melibatkan bahan-bahan kimia atau

reagen pengaktif karbon aktif, dan biasnya dilakukan untuk

keperluan komersial. Dalam hal ini bahan kimia yang

digunakan sebagai pengaktif diantaranya CaCl2, Ca (OH)2,

NaCl, H3PO4, ZnCl2, HCl, HNO3 dan sebagainya, dalam

proses aktivasi menggunakan bahan kimia biasnya direndam

dengan bahan kimia seperti yang telah disebutkan diatas.

Keuntungan penggunaan bahan-bahan mineral adalah waktu

aktivasi yang relatif pendek, karbon yang dihasilkan lebih

banyak dan daya adsorpsi terhadap suatu adsorbat akan lebih

baik, sedangkan kerugian penggunaan bahan-bahan mineral

sebagai pengaktif terletak pada proses pencucian karena sult

dihilangkan.

4. Aktivator

Aktivasi karbon berarti penghilangan zat-zat yang menutupi pori-pori

pada permukan karbon. Tujuan utama dari proses aktivasi adalah

menambah atau mengembangkan volume pori dan memperbesar diameter

26

pori yang telah terbentuk pada proses karbonisasi serta untuk membuat

beberapa pori baru pada karbon aktif. Zat aktivator bersifat mengikat air

yang menyebabkan air yang terikat kuat pada pori-pori karbon yang tidak

hilang pada saat karbonisasi menjadi lepas. Selanjutnya zat aktivator

tersebut akan memasuki pori dan membuka permukaan karbon yang

tertutup. Dengan demikian pada saat dilakukan aktivasi, senyawa pengotor

yang berada dalam pori menjadi lebih mudah terserap sehingga luas

permukaan karbon aktif semakin besar dan meningkatkan daya serapnya.

Asam Phosfat H3PO4 merupakan aktivator terbaik. Selama proses

aktivasi, aktivator menembus celah atau pori-pori di antara pelat-pelat

kristalit karbon pada karbon aktif yang berbentuk heksagonal dan menyebar

di dalam celah atau pori-pori tersebut, sehingga terjadi pengikisan pada

permukaan kristalit karbon. Amorphous carbon yang menghalangi pori

bereaksi pada tahap oksidasi awal dan sebagai hasilnya closed pore akan

terbuka. Selanjutnya reaksi akan berlanjut dengan mengikis dinding karbon

untuk membentuk pori-pori baru. H3PO4 yang merupakan activating agent

akan mengoksidasi karbon dan merusak permukaan bagian dalam karbon

sehingga akan terbentuk pori dan meningkatkan daya adsorpsi. Activating

agent ini berperan sebagai dehydrating agent yang akan mempengaruhi

dekomposisi pirolisis, menghambat pembentukan tar, dan mengurangi

pembentukan asam asetat, metanol, dan lain-lain. Karbon aktif semakin

banyak mempunyai mikro pori-pori setelah dilakukan aktivasi, hal ini

karena aktivator telah mengikat senyawa-senyawa tar sisa karbonisasi

keluar dari mikropori karbon, sehingga permukaanya semakin porous.

Seiring bertambahnya konsentrasi aktivator dan waktu aktivasi dicapai,

H3PO4 sebagai activating agent akan bereaksi dengan karbon dan merusak

bagian dalam karbon sehingga membentuk pori-pori yang semakin banyak.

27

Gambar 2.8 Ilustrasi Pembentukan Pori Karbon Aktif melalui Aktivasi

Sumber : Sontheimer, 1985

2.8.3 Karakterisasi Karbon Aktif

Penentuan sifat-sifat karbon aktif yang diperoleh melalui karbonisasi

dan aktivasi, maka perlu dilakukan karakterisasi. Karakterisasi dalam

penelitian ini meliputi.

a. Penetapan kadar air

Prosedur penetapan kadar air mengacu pada Standar Nasional

Indonesia (SNI) 06–3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian

arang aktif. Contoh uji arang sebanyak 1gram dikeringkan dalam oven

pada suhu 103 ºC sampai beratnya konstan. Kemudian dimasukkan

kedalam desikator sampai bobotnya tetap dan ditentukan kadar airnya

dalam persen(%). Kada airarang dihitung dengan rumus sebagai

berikut :

kadar air = 𝐴−𝐵

𝐵 x 100 % (2.3)

A = Berat contoh awal, gram

B = Berat kering tanur, gram

28

b. Penetapan kadar abu

Prosedur penetapan kadar abu mengacu pada Standar Nasional

Indonesia (SNI) 06–3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian

arang aktif. Cawan yang sudah berisi contoh yang kadar air dan kadar

menguapnya sudah ditetapkan, digunakan untuk mengukur kadar abu.

Caranya cawan tersebut diletakkan dalam tanur, perlahan-lahan

dipanaska mulai dari suhu kama sampai 600ºC selama 6 jam.

Selanjutnya didinginkan dalam desikator sampai beratnya konstan,

kemudian ditimbang bobotnya. Kadar abu arang dapat dihitung

dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

kadar abu (%) = 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑏𝑢 (𝑔𝑟𝑎𝑚)

𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑎𝑛𝑢𝑟 (𝑔𝑟𝑎𝑚) x 100 % (2.4)

c. Penetapan kadar karbon terikat

Prosedur penetapan kadar karbon terika mengacu pada Standar

Nasional Indonesia (SNI) 06–3730-1995 tentang syarat mutu dan

pengujian arang aktif. Karbon terikat adalah fraksi karbon yang terikat

di dalam ruang selain fraksi air, zat menguap dan abu. Pengukuran

kadar karbon terikat dihitung dengan menggunakan rumus:

A =100% - (B+C) (2.5)

Dimana:

A = Kadar karbon terikat, %

B = Kadar zat menguap, %

C = Kadar abu,

d. Daya serap terhadap iodin

Prosedur penetapan daya serap arang aktif terhadap yodium mengacu

pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06 – 3730-1995 tentang syarat

mutu dan pengujian arang aktif. Contoh uji arang aktif dan arang aktif

komersial (norit) yang telah kering oven ditimbang sebanyak ± 0,25

gram dan dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer. Kemudian contoh

29

uji tersebut diberi larutan yodium 25 mL, diaduk dengan

menggunakan stirer selama ± 15 menit. Larutan yang telah diaduk

kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring, dan hasilnya

dipipet 10 mL untuk titrasi menggunakan larutan thio. Titrasi

dilakukan hingga larutan contoh uji berubah warna menjadi bening.

Besarnya daya serap arang aktif terhadap yodium dihitung

dengan rumus :

(2.6)

A = Daya serap terhadap yodium, mg/g

B = Molaritas thio, M

C = ml thio untuk titrasi

D = Molaritas yodium,

Pembuatan karbon aktif di Indonesia memiliki standarisasi parameter

kelayakan yang bersumber dari dewan Standarisasi Nasional,1995.

Persyaratan arang aktif standar nasional Indonesia (SNI)06-3730-

1995 disajikan dalam tabel

Tabel 2.4 Persyaratan Arang Aktif (SNI)06-3730-1995

Jenis Persyaratan Parameter

Kadar Air Maks 15%

Kadar Abu Maks 10%

Kadar Zat Menguap Maks 25%

Kadar Karbon Terikat Min 65%

Daya Serap terhadap yodium Min 750 mg/g

Daya serap terhadap Benzena Min 25%

Sumber: Dewan Standarisasi Nasional,1995

2.9 Adsopsi

Adsorpi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida dalam bentuk

cair maupun gas terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film

(lapisan tipis) pada permukaan padatan tersebut, berbeda dengan absorpsi

dimana fluida terserap oleh fluida lainnya dengan membetuk suatu larutan lagi.

30

Adsorpsi adalah salah satu proses penyerapan dimana suatu cairan atau gas

akan terikat pada suatu padatan atau cairan (absorben) dan membentuk lapisan

film (adsorbat) pada permuakaannya. Adsorpsi oleh zat padat dibedakan

menjadi dua, yaitu adsorpsi fisis (fisisorpsi) dan adsorpsi khemis

(chemisorpsi).

a. Physisorption (adsorpsi fisika)

Terjadi karena gaya Van der Waals dimana ketika gaya tarik molekul

antara larutan dan permukaan media lebih besar dari pada gaya tarik

substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi

oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der

Waals yang kekuatannya relatif kecil. Molekul terikat sangat lemah

dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar

20 kJ/mol. Contoh adsorpsi fisika oleh zeolit, silika gel, dan karbon

aktif. Aktivasi karbon aktif pada temperatur yang tinggi akan

menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang

besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak

substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi.

b. Chemisorption (adsorpsi kimia)

Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia (bukan ikatan

Van der Waals) antara senyawa terlarut dalam larutan dengan molekul

dalam media. Chemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu

partikel adsorbat tertarik ke permukaan katalis melalui gaya Van der

Waals atau bisa melalui ikatan hidrogen. Dalam Chemisorbption

partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia

(biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang

memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh: Metal

hydride, calcium sholide, dan Ion exchange.

31

2.9.1 Faktor mempengeruhi daya adsorpsi

Menurut Syauqiah, (2011), adsorpsi suatu zat atau daya adsorp pada

permukaan sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor dibawah ini adalah

sebagai berikut:

1. Jenis adsorbat

a. Ukuran molekul adsorbat

Ukuran molekul yang sesuai merupakan hal yang penting agar proses

adsorpsi dapat terjadi, karena molekul-molekul yang dapa diadsorpsi

adalah molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama

dengan diameter pori adsorben.

b. Kepolaran zat

Adsorpsi lebih kuat terjadi pada molekuk yang lebih polar

dibandingkan dengan molekul yang kurang polar pada kondisi diameter

yang sama. Molekul-molekul yang lebih polar dapat menggantikan

molekul-moleku yang kurang polar yang telah lebih dahulu diadsorpsi.

Pada kondisi dengan diameter yang sama, maka molekul polar lebih

dulu diadsorpsi.

2. Karakteristik adsorben

a. Kemurnian Adsorben

Sebagai zat yang digunakan untuk mengadsoprsi, maka adsorben yang

memiliki kemampuan adsorpsi lebih baik adalah adsorben yang murni.

b. Luas Permukaan dan volume pori adsorben

Salah satu faktor utama yang mempengaruhi proses adsoprs adalah luas

permukaan. Jumlah molekul adsorat meningkat dengan bertambahnya

luas permukaan dan volume pori adsorben. Dalam proses adsorpsi

seringkali adsorben diberikan perlakuan awal untuk meningkatkan luas

permukaannya.

32

3. Temperatur

Pemakaian arang aktif juga dianjurkan untuk memperhatikan

temperatur pada saat proses berlangsung. Faktor yang memperngaruhi

temperatur pada proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas

senyawa serapan. Apabila pemanasan mempengaruhi sifat-sifat

senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun

dekomposisi, maka perlakuan yang tepat adalah pada titik didihnya.

Untuk senyawa volatil, adsoprsi dilakukan pada temperatur kamar atau

bila memungkinkan pada temperaur yang lebih rendah.

4. pH (Derajat Keasaman)

Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH

diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Hal ini

disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mereduksi ionisasi

assam organik tersebut. Sebaliknya apabila pH asam oranik dinaikan

yaitu penambahan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat

terbentuknya garam.

5. Waktu Kontak

Waktu sangat dibutuhkan untuk mencaai kesetimbangan apabila

arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan. Waktu yang dibutuhkan

terkadang berbanding terbalik terhadap jumlah arang aktif yang

digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis arang aktif itu sendiri,

pengadukan juga mempengaruhi waktu kontak. Pengadukan

dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif

untuk bersinggungan dengan senyawa serapan.

6. Tekanan Adsorbat

Pada adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikkan

jumlah yang diadsoprsi. Sebaliknya pada adsorpsi kimia kenaikan

tekanan adsorat justru akan mengurangi jumlah yang teradsorpsi.

33

2.10 Atomic Absorption Spektrofotometer

Spektrometri Serapan Atom (SSA) adalah suatu alat yang digunakan

pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam dan metalloid

yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang

gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas. Metode ini

sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah.

Metode SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom

menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung

pada sifat unsurnya Spektrometri Serapan Atom (SSA) meliputi absorpsi

sinar oleh atom- atom netral unsur logam yang masih berada dalam keadaan

dasarnya (Ground state). Sinar yang diserap biasanya ialah sinar ultra violet

dan sinar tampak. Prinsip Spektrometri Serapan Atom (SSA) pada dasarnya

sama seperti absorpsi sinar oleh molekul atau ion senyawa dalam larutan.

Gambar 2.9 Skema Proses Spektrometri Serapan Atom Sumber : Gunandjar,1985

5. Instrumentasi Spektrometri Serapan Atom (SSA)

a. Sumber Sinar

Sumber sinar yang lazim dipakai adalah lampu katoda berongga

(hallow cathode lamp) yang terdiri atas tabung kaca tertutup yang

mengandung suatu katoda dan anoda. Katoda berbentuk silinder

berongga yang terbuat dari logam atau dilapisi dengan logam

34

tertentu yang diisi dengan gas mulia (neon atau argon) dengan

tekanan rendah (10-15 torr). Pada katoda terdapat unsur-unsur

yang sesuai dengan unsur yang akan dianalisis yang akan ditabrak

oleh ion-ion positif gas mulia. Akibatnya, unsur-unsur akan

terlempar keluar dari permukaan katoda dan akan mengalami

eksitasi ke tingkat energi-energi elektron yang lebih tinggi dan

akan memancarkan spektrum pancaran dari unsur yang sama

dengan unsur yang akan dianalisis.

b. Tempat sampel

Dalam analisis dengan SSA, sampel yang akan dianalisis harus di

uraikan menjadi atom-atom netral. Alat-alat yang dapat digunakan

1. Nyala (Flame) digunakan untuk mengubah sampel yang

berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan

berfungsi untuk atomisasi. Nyala ini berfungsi untuk

megeksitasikan atom dari tingkat dasar ke tingkat yang lebih

tinggi.

2. Tanpa Nyala (Flameless)

Sistem pemanasan dengan tanpa nyala ini dapat melalui 3

tahap yaitu : pengeringan (drying) yang membutuhkan suhu

yang relatif rendah, pengabuan (ashing) yang membutuhkan

suhu yang tinggi karena untuk menghilangkan matriks kimia

dengan mekanisme volatilasi atau pirolisis, dan pengatoman

(atomising). Pada umumnya waktu dan suhu pemanasan

tanpa nyala dilakukan dengan cara terprogram.

c. Monokromator

Pada SSA monokromator dimaksudkan untuk memisahkan dan

memilih panjang gelombang yang digunakan dalam analisis.

Monokromator juga terdapat suatu alat yang digunakan untuk

memisahkan radiasi resonansi dan kontinyu yang disebut dengan

chopper.

35

d. Detektor

Digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang melalui tempat

pengatoman. Biasanya digunakan tabung penggandaan foton

(photomultiplier tube). Ada 2 cara ynang dapat digunakan dalam sistem

deteksi yaitu : (a) yang memberikan respon terhadap radiasi resonansi

dan radiasi kontinyu; dan (b) yang hanya memberikan respon terhadap

radiasi resonansi.

e. Readout

Merupakan suatu alat penunjuk atau dapat juga diartikan sebagai

sistem pencatatan hasil yang dilakukan dengan suatu alat yang telah

terkalibrasi untuk pembacaan suatu transmisi atau absorbsi. Hasil

pembacaan dapat berupa angka atau kurva dari suatu recorder yang

menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi.

2.11 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah alat yang digunakan

untuk mempelajari morfologi permukaan objek pada skala yang amat kecil.

Prinsip kerja SEM, dengan cara mengalirkan arus pada kawat filamen dan

perlakuan pemanasan, sehingga dihasilkan elektron. Elektron tersebut

dikumpulkan dengan tegangan tinggi dan berkas elektron difokuskan

dengan sederetan lensa elektromagnetik. Ketika berkas elektron mengenai

target, informasi dikumpulkan melalui tabung sinar katoda yang mengatur

intensitasnya. Setiap jumlah sinar yang dihasilkan dari tabung sinar katoda

dihubungkan dengan jumlah target, jika terkena berkas elektron berenergi

tinggi dan menembus permukaaan target, elektron kehilangan energi, karena

terjadi ionisasi atom dari cuplikan padatan. Elektron bebas ini tersebar

keluar dari aliran sinar utama, sehingga terbentuk lebih banyak elektron

bebas, dengan demikian energinya habis lalu melepaskan diri dari target.

Elektron ini kemudian dialirkan ke unit demagnifikasi dan dideteksi oleh

detektor dan selanjutnya dicatat sebagai suatu foto.

36

2.12 Fourier Transformed Infrared (FTIR)

Fourier Transformed Infrared (FTIR) merupakan salah satu alat

atau instrument yang dapat digunakan untuk mendeteksi gugus fungsi,

mengidentifikasi senyawa dan menganalisis campuran dari sampel yang

dianalisis tanpa merusak sampel. Prinsip kerja FTIR adalah interaksi antara

energi dan materi. Infrared yang melewati celah ke sampel, dimana celah

tersebut berfungsi mengontrol jumlah energi ysng disampaikan kepada

sampel. Kemudian beberapa infrared diserap oleh sampel dan yang lainnya

di transmisikan melalui permukaan sampel sehingga sinar infrared lolos ke

detektor dan sinyal yang terukur kemudian dikirim ke komputer dan

direkam dalam bentuk puncak-puncak (Thermo, 2001).

37

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penelitian ini dikerjakan secara terencana

dan sistematis untuk mendapatkan pemecahan masalah yang dihadapi. Penelitian

ini bersifat evaluatif, untuk melihat seberapa efisien karbon aktif dalam mengurangi

logam berat yang ada pada limbah. Metode penelitian terdiri dari beberapa tahap

yang saling terkait dan diharapkan hasil dari penelitian ini adalah tugas akhir yang

komperhensif.

3.1 identifikasi masalah

Pada tahapan ini akan dilakukan kajian atau identifikasi masalah,

peneliti memulai melakukan observasi permasalahan yang ada serta dapat

diangkat sebagai penelitian dengan melakukan pengamatan secara

langsung. permasalahan yang ditemukan berada di daerah desa geluran

kecamatan Sukodono Sidoarjo, ada beberapa penjual minuman yang

banyak memanfaatkan buah alpukat. Buah alpukat menghasilkan limbah

selain dari kulit buahnya juga menghasilkan biji. Biji buah alpukat hanya

dibuang begitu saja dalam jumlah yang tidak sedikit sehingga menjadi

limbah yang tidak bernilai ekonomis. Hasil dari observasi tersebut akan

dibuat rumusan masalah yang pasti sehingga tujuan dilakukkannya

penelitian akan terbentuk.

3.2 Studi Literatur

Studi literatur digunakan untuk mendapatkan informasi

pengetahuan, agar mendapatkan metode untuk mencari solusi yang

terbaik, serta untuk mempermudah dalam proses pengerjaan peneliti.

Dengan adanya literatur seperti jurnal penelitian, buku, website serta

standar baku mutu maka dapat membantu dalam menyelesaikan

permasalahan dalam penelitian ini.

38

3.3 Penetapan rumusan masalah tujuan

Setelah melakukan studi literatur peneliti menentukan rumusan

masalah yang akan diangkat dalam penelitian ini serta menentukan batasan

batasan yang akan dibahas, setelah itu baru melakukan perumusan, tujuan

serta manfaat.

3.4 Pengumpulan data

Pada tahap ini setelah kita menentukan rumusan masalah dari

permasalahan yang ada, kegiatan yang dilakukan adalah mengumpukan

data yang dibutuhkan untuk menyelesaikan rumusan masalah yang sudah

kita tentukan. pengumpulan data ada 2 jenis yaitu data primer dan data

sekunder.

3.4.1 Data Primer Data primer merupakan sumber data penelitian yang di peroleh

secara langsung dari sumber aslinya yang di amati dan dicatat secara

langsung. Dalam penelitian ini data diambil secara langsung yaitu

konsentrasi air limbah artifisial Pb (Timbal) sebelum treatment dan

konsentrasi air limbah artifisial Pb (Timbal) sesudah Treatment.

3.4.2 Data Sekunder Data sekunder diperoleh dari sumber data penelitian melalui

perantara atau secara tidak langsung yang berupa literatur, buku

ataupun referensi lainnya yang dapat menunjang penelitian ini, dalam

penelitian ini data sekunder meliputi Peraturan Mentri Lingkungan

Hidup No 5 tahun 2014, variasi massa, waktu kontak dan tegangan

voltase pada elektrokoagulasi

3.5 Penentuan Tempat dan Waktu Tempat Penelitian

Penelitian ini akan di lakukan pada beberapa tempat yang dapat

mempermudah peneliti selama proses penelitian berlangsung. Selain itu

terdapat juga jangka waktu pelaksanaan penelitian.

39

3.5.1 Penentuan Tempat Penelitian ini akan dilaksanakan pada beberapa tempat yaitu:

1. Laboratorium Limbah PPNS

2. Laboratorium Material ITS

3. Laboratorium Teknologi Air dan Konsultasi Industri ITS

3.5.2 Penentuan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari sanpai Juni 2019

3.6 Variabel Penelitian

Variabel penelitian adalah sebuah konsep yang memiliki nilai yang

bervariasi. Terdapat beberapa jenis variabel menurut Karlinger 2006 : 58 yakni

variabel bebas variabel terikat dan variabel kontrol.

Tabel 3.1 Definisi Operasional pada Variabel Terikat

No Variabel Definisi Operasional Alat Ukur

1 Konsentrasi Larutan

Pb

(mg/L)

Kandungan Logam berat yang di

kontakkan dengan Elektrokoagulasi dan

karbon aktif biji Alpukat

AAS

2 Biji Alpukat dari

Sukodono Sidoarjo

Biji Alpukat di ambil secara acak di desa

Geluran Sukodono Sidoarjo

Tidak ada

3 Elektroda Aluminium Jenis penyusun elektroda yang digunakan

pada reaktor elektrokoagulasi

Tidak ada

4 Jarak Elektroda (Cm) Jarak elektroda yang antara plat satu

dengan lainnya dalam pada reaktor

Elektrokoagulasi

Mistar

Tabel 3.2 Definisi Operasional pada Variabel Bebas

No Variabel Definisi Oprasional Alat Ukur

1 Tegangan (Volt) Perbedaan potensial antara 2 titik pada

rangkaian listrik

Volt Meter

2 Massa Adsorben (g) Dosis pembubuhan karbon aktif biji

alpukat pada air limbah Pb dari hasil

Elektrokoagulasi

Neraca Analitik

3 Waktu kontak (menit) Lamanya waktu kontak antara karbon

aktif biji alpukat pada air limbah Pb dari

hasil Elektrokoagulasi

Stopwatch

Tabel 3.3 Definisi Operasional pada Variabel Kontrol

No Variabel Definisi Operasional Alat Ukur

1 Alat bahan Alat dan bahan yang dibutuhkan pada

penelitian tersebut

Tidak ada

2 Prosedur penelitian Prosedur yang sesuai dengan penelitian

tersebut

Tidak ada

3 Analisa data Pengolahan data dapat berupa computer

atau manual dengan menghasilkan Analisa

data yang baik

AAS

40

3.7 Rekapitulasi Pengujian Penyerapan Logam Pb

Berikut ini merupakan Tabel rekapitulasi jumlah sampel yang akan

digunakan peneliti selama penelitian ini berlangsung :

Tabel 3.4 Rekapitulasi Pengujian Penyerapan Logam Pb

Jenis Tegangan

Elektrokoagulasi

Waktu kontak adsorban

Menit

Massa adsorban

gram

10 volt

15

0,75

1

1,25

1,5

30

0,75

1

1,25

1,5

45

0,75

1

1,25

1,5

20 volt

15

0,75

1

1,25

1,5

30

0,75

1

1,25

1,5

45

0,75

1

1,25

1,5

30 Volt

15

0,75

1

1,25

1,5

30

0,75

1

1,25

1,5

45

0,75

1

1,25

1,5

Berdasarkan Tabel rekapitulasi pengujian logam berat Pb diatas, Peneliti

menggunakan sampel sebanyak 36 sampel Proses Elektrokoagulasi

berlangsung selama 30 menit dengan kebutuhan air limbah Pb sebanyak 4L,

41

kemudian di Adsorpsi masing masing dengan 300 mL air total untuk

kebutuhan air 12 L.

3.8 Alat dan bahan

3.7.1 Alat dan bahan Perancangan uji Reaktor Dalam tahap ini dilakukan pembuatan desain reaktor uji dengan

tujuan untuk memudahkan pada tahap pembuatan reaktor uji. Dimensi

dari reaktor uji adalah 20 cm x 20 cm x 15 cm dengan volume limbah

yang akan digunakan sebanyak 4 Liter sehingga dapat memenuhi

kebutuhan uji karakteristik limbah Pb Elektrokoagulasi Plat Aluminium.

Gambar 3.1 Reaktor Elektrokoagulasi

Keterangan :

A : Plat Elektroda

B : Kran efluent

C : Dc power supply

Tabel 3.5 Perencanaan Reaktor

Dimensi reaktor 20 cm x 20 cm x 15 cm

Bahan reaktor Akrilik

Dimensi elektroda 20 cm x 10 cm

Jenis elektroda Aluminium

Jarak antar elektroda 1 cm

Jumlah elektroda 8 buah (4 anoda dan 4 katoda)

Waktu detensi 30 menit

Tegangan 10 volt, 20volt 30 volt

Desain rangkaian Monopolar

Elektr

EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH CAIR …repository.ppns.ac.id/2231/1/1015040027 -...

Documents

Transcript of EFISIENSI PENURUNAN LOGAM BERAT Pb PADA LIMBAH CAIR …repository.ppns.ac.id/2231/1/1015040027 -...