WAKTU OPTIMUM PENGGUNAAN ARANG AKTIF GRANULAR TONGKOL JAGUNG UNTUK MENURUNKAN KADAR Fe DALAM AIR SUNGAI DENGAN KOLOM ADSORPSI OPTIMUM TIME FOR USING OF GRANULAR ACTIVATED CARBON OF CORNCOB TO REDUCE Fe IN RIVER WATER BY ADSORPTION COLUMN Suci Elita Prihatinah1*, Chairul Abdi2* dan Akhmad Syarief3* Mahasiswi Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, ULM 2 Dosen Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, ULM 3 Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, ULM Jl. A. Yani Km.36 Banjarbaru, Kalimantan Selatan, 70714, Indonesia E-mail:
[email protected]
1
ABSTRAK Besi merupakan salah satu jenis logam berat yang memiliki toksisitas tinggi dan konsentrasi besi yang melebihi ambang batas dapat menurunkan kualitas lingkungan perairan. Salah satu cara untuk mengurangi kadar besi dalam air sungai ialah dengan adsorpsi menggunakan arang aktif sebagai adsorben. Tongkol jagung adalah salah satu limbah yang murah dan mudah didapatkan, memiliki potensi sebagai bahan baku pembuatan adsorben arang aktif karena kandungan karbonnya mencapai 43,42%. Pada penelitian Suci,dkk (2016) telah dilakukan adsorpsi terhadap logam besi menggunakan arang aktif granular tongkol jagung sebagai adsorben dengan kolom adsorpsi. Penelitian tersebut menghasilkan debit dan ketebalan optimum arang aktif granular tongkol jagung yang digunakan pada kolom adsorpsi yaitu 50 mL/detik dengan ketebalan adsorben 80 cm yang menghasilkan besarnya efesiensi adsorpsi sebesar 88,48%. Dari keadaan optimum itulah, penelitian ini bertujuan meanalisis waktu optimum adsorben untuk menurunkan kadar Fe. Pengambilan sampel pada penelitian secara kontinyu ini setiap 15 menit selama 3 jam. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa arang aktif granular tongkol jagung hanya mampu menurunkan kadar Fe selama 15 menit dengan efesiensi sebesar 93,67%. Kata Kunci : Adsorpsi Kolom, Arang Aktif, Tongkol jagung, Logam Fe ABSTRACT Ferro is one of the heavy metals which have high toxicity and iron concentrations that exceeding the threshold can reduce the quality of aquatic environment. One way to reduce ferro levels in the river water is by adsorption using activated charcoal as an adsorbent. Corn cob is one of the waste which is cheap and easy to get, has potential as raw material for making of activated charcoal adsorbent because it carbon content reached 43.42%. In this research, the ferrous metal adsorption using granular activated carbon on corncob as adsorbent with a adsorption column. The study aimed to determine the effect of water flow (50 mL/sec, 180 mL/sec) and the thickness of the adsorbent (60 cm, 70 cm, 80 cm) in the column to the amount of adsorption efficiency, which then analyzed optimum time adsorbent to reduce levels of Fe. The results
showed that the discharge and the thickness of the adsorbent are most effective in decrease Fe level in river is 50 mL / sec with a thickness of adsorbent is 80 cm which produces adsorption efficiency 88.36%. And the performance of activated granular charcoal adsorption with corncob only able to reduce Fe level for 15 minutes with the efficiency of 93.61%. Keywords : Adsorption Column, Activated Carbon, Corncob, Ferro
1. PENDAHULUAN Air sungai merupakan suatu kebutuhan yang erat hubungannya dengan segala kegiatan masyarakat khususnya Daerah Kalimantan Selatan. Namun disamping ketersediaan air yang berlimpah berbanding terbalik dengan kualitas air itu sendiri. Seperti halnya pada air sungai yang terdapat di Desa Puntik Kecamatan Mandastana yang memiliki kandungan besi dalam air mencapai 6 mg/L (Badan Lingkungan Hidup Kota Banjarbaru). Jika dibandingkan dengan baku mutu untuk air bersih, kadar Fe yang seharusnya berada di perairan adalah 1,0 mg/L (Permenkes No.416/MENKES/PER/IX/1990). Mengingat tingginya kadar Fe yang terkandung dalam air sungai. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menunrunkan kadar Fe adalah adsorpsi dengan adsorben berupa arang aktif. Tongkol jagung merupakan limbah yang mudah didapatkan dan memiliki kandungan karbon 43,42% yang berpotensi untuk dijadikan arang aktif. Pada penelitian Nunung (2014), telah memanfaatkan tongkol jagung sebagai adsorben besi pada air tanah dengan kemampuan penyerapan sebesar 97,8%. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Suci, dkk (2016) bahwa arang aktif granular tongkol jagung dapat menurunkan kadar Fe sebesar 88,48% dengan debit 50 mL/detik dan ketebalan adsorben 80 cm. Berdasarkan hal tersebut, perlu dilakukan penelitian tentang waktu kontak optimum dalam menggunakan arang aktif granular tongkol jagung untuk menurunkan kadar Fe. II. METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan selama 6 bulan. Preparasi adsorben tongkol jagung dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Mekanika Tanah, Teknik Sipil. Untuk pelaksanaan percobaan adsorpsi secara kontinyu dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin, sedangkan uji kuantitatif ion logam dilakukan di Laboratorium MIPA Universitas Lambung Mangkurat. Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi kaleng bekas, ayakan dengan ukuran 8-50 mesh, oven, pH meter, bekker glass, cawan porselin, labu ukur, pipa paralon, gate valve, stop kran, tendon, pompa air, kayu, djirigen dan kain saring. Sedangkan bahan yang digunakan meliputi sampel air sungai, tongkol jagung, NaOH padat 1 kg, aquadest, HNO3, air baku. Prosedur Penelitian Pembuatan Arang Aktif Granular Tongkol Jagung Teraktvasi Tongkol jagung dibersihkan dan dilakukan pengeringan dibawah terik matahari hingga kering. Tongkol jagung yang sudah kering dihaluskam dam diarangkan dalam wadah pengarangan selama 4
jam (Pijar, 2015). Kemudian dihaluskan hingga ukuran nya lolos pada ayakan 8-50 mesh. Arang yang telah lolos pada ayakan 8-50 mesh selanjutnya diaktivasi . Arang direndam dengan NaOH 1% selama 24 jam (Wulandari, dkk 2015). Kemudian arang disaring dan dicuci dengan aquadest hingga netral. Arang aktif yang dihasilkan selanjutnya dikeringkan dalam oven dengan suhu 110oC selama 3 jam. Pengambilan Sampel Air Sungai (SNI 06-2412-1991) Alat sampling yang digunakan berupa djirigen yang dibilas dengan contoh air sampel yang akan diambil sebanyak 3 kali. Contoh diambil sesuai keperluan yang akan dilakukan pengawetan dengan HNO3 hingga pH sampel air <2. Adsorpsi Fe Oleh Arang yang Teraktivasi dengan Metode Kolom Penelitian ini merupakan penelitian adsorpsi secara kontinyu menggunakan arang aktif granular tongkol jagung. Kolom yang digunakan berbahan pipa paralon, berukuran tinggi 100 cm dan berdiamter 4 inchi (Reynolds, 1982). Ketebalan adsorben yang digunakan adalah 80 cm dan debit sebesar 50 mL/detik (Suci dkk, 2013).
Gambar 1. Rangkaian Alat Kolom Adsorpsi Proses adsorpsi dilakukan dengan mengalirkan air baku ke dalam kolom, sehingga terjadi kontak antara adsorben dengan air baku. drum biru dengan kapasitas 250 Ltr berfungsi sebagai bak penampung air sungai yang kemudian akan di pompa untuk dialirkan ke dalam bak hijau berkapasitas 80 ltr. Bak tersebut dilengkapi dengan pipa pelimpah, agar air yang masuk hanya berkapasitas 60 ltr (sesuai keperluan), selebihnya air akan dikembalikan ke dalam drum biru. Hal ini bertujuan agar tekanan air yang digunakan saat mengalir melalui kolom secara gravitasi tetap stabil (Derifa, 2011). Air yang berada di dalam bak penampung 80 ltr tersebut dialirkan secara gravitasi melalui kolom yang sudah
berisi arang aktif tongkol jagung. Setelah itu air yang sudah melalui kolom ditampung ke dalam bak yang berada tepat dibawah kolom. Sedangkan untuk menentukan laju aliran air digunakan gate valve yang berfungsi untuk mengatur dan mengontrol laju aliran fluida dengan cara membuka dan menutup sebagian aliran fluida. Pengukuran kandungan besi di dalam air baku sebelum dan sesudah melewati kolom dengan variasi ketebalan dan debit influen tadi akan diukur menggunakan ICP (Inductively Coupled Plasma), sehingga didapatkan efisiensi penurunan Fe pada air sungai menggunakan arang aktif granular tongkol jagung melalui kolom adsorpsi.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Sebelum dilakukan proses adsorpsi terhadap air sungai, terlebih dahulu dilakukan pengukuran sampel air sungai sebelum perlakuan. Hasil pengujian sampel air sungai sebelum melewati kolom adsorpsi mengandung Fe sebesar 19,44 mg/L. Nilai konsentrasi Fe telah melebihi baku mutu untuk air bersih jika dibandingkan dengan baku mutu dari Permenkes No. 416/MENKES/PER/IX/1990 yang menyatakan bahwa seharusnya kadar Fe di dalam perairan adalah 1,0 mg/L.
(a) (b) Gambar 2. Sampel Air Sungai Sebelum (a) dan Sesudah Perlakuan (b) Dari gambar 2 menunjukkan air sungai yang semula jernih setelah melewati kolom adsorpsi menjadi berwarna coklat. Menurut Said (2010), pada prakteknya karbon aktif yang sangat halus masih dapat lolos pada proses adsrpsi, sehingga menyebabkan air setelah perlakuan menjadi berwarna. Lama Waktu Kontak Penggunaan Arang Aktif Tongkol Jagung Terhadap Penurunan Kadar Fe Berdasarkan percobaan sebelumnya diperoleh parameter dengan kondisi optimum yaitu debit influen sebesar 50 mL/detik dan ketebalan adsorben 80 cm yang mampu menurunkan Fe sebesar 88,48%. Kedua parameter tersebutlah yang akan digunakan mengukur lama nya waktu kontak penggunaan arang aktif tongkol jagung terhadap penurunan kadar Fe. Hasil penurunan kadar Fe selama 3 jam oleh arang aktif granular tongkol jagung dapat dlihat pada tabel 1 dibawah ini;
Tabel 1. Data Hasil Penurunan Kadar Fe Secara Kontinyu No
Waktu Penggunaan (menit)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Co (mg/L)
Ct (mg/L)
Efesiensi Adsorpsi (%)
19,44
1,23 19,47 20,09 20,59 20,56 20,50 20,42 22,37 23,43 22,16 24,26 23,31
93,67 -0,15 -3,34 -5,92 -5,76 -5,45 -5,04 -15,07 -20,52 -13,99 -24,79 -19,91
Keterangan : Tinggi adsorben 80 cm dan debit 50 mL/detik Sumber : Hasil Penelitian, 2016
Efesiensi Adsorpsi (%)
Berdasarkan tabel 1 diatas, menunjukkan penurunan terbesar terdapat pada waktu 15 menit pertama yang mampu menurunkan Fe dari 19,44 mg/L menjadi 1,23 mg/L. Namun untuk 15 menit kedua dan seterusnya nilai konsentrasi terlihat lebih besar dari konsentrasi awal hingga 3 jam. Berikut ini data pengukuran disajikan melalui grafik pada gambar 6 agar mudah melihat tren kenaikan dari hasil pengukuran, sebagai berikut; 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 0 -20 -30
15
30
45
60
75
90 105 120 135 150 165 180
Waktu (menit)
Catatan : Debit 50 mL/detik dan Ketebalan adsorben 80 cm
Gambar 3. Efesiensi Penurunan Kadar Besi Setiap 15 menit Selama 3 jam
Berdasarkan gambar 3 diatas terlihat grafik efesiensi penurunan kadar Fe setiap 15 menit selama 3 jam. Pada waktu 15 menit terjadi penurunan kadar Fe mencapai 93,67%. Namun ketika pada waktu ke 30 menit, terlihat grafik mengalami penurunan yang sangat signifikan dimana hasil efesiensi removal menjadi bernilai negatif yaitu -0,15%, yang berarti konsentrasi logam Fe dalam sampel bertambah. Pada penggunaan ke 30 menit dan seterusnya hingga selama 3 jam menunjukkan hasil efesiensi removal yang negatif. Hal ini dimungkinkan karena adanya logam Fe dari adsorben yang ikut larut dalam sampel. Dari hasil analisis tersebut menunjukkan jika pada waktu 15 menit pertama adsorben sudah menyerap terlalu banyak kadar Fe dari konsentrasi awal nya yang bernilai 19,44 mg/L, sehingga mengakibatkan adanya mekanisme perpindahan massa dimana ion logam banyak terakumulasi pada lapisan film adsorben dan pada waktu selanjutnya sebagian ion logam mengalami pelepasan dari permukaan adsorben yang membuat efesiensi penyisihan menjadi lebih rendah dari pada waktu sebelumnya (Afrianita, 2013). Tingginya konsentrasi logam Fe dalam air sungai menjadi salah satu faktor penyebab yang mempengaruhi proses adsorpsi. Seperti yang dikutip dari Setiaka,dkk (2011) menyebutkan bahwa keberhasilan adsorpsi dengan sistem kolom dipengaruhi beberapa faktor diantara nya konsentrasi awal larutan dan jumlah adsorben. Kedua faktor tersebut saling berkaitan dengan efesiensi penyerapan, karena tinggi nya konsentrasi logam yang terkandung dalam larutan segar yang selalu dikontakkan pada adsorben menyebabkan jumlah ion logam dalam larutan tidak sebanding dengan jumlah partikel arang aktif granular tongkol jagung di dalam kolom, sehingga permukaan adsorben cepat mengalami kejenuhan (Refilda, 2001). Selain itu, pada gambar 3 juga dapat menggambarkan terjadinya adsorpsi secara fisika dan kimia. Salah satunya ada pada waktu 60 menit menuju ke menit 90 yang menunjukkan penyisihan konsentrasi Fe terlihat konstan. Hal tersebut disebabkan adanya ikatan kovalen antara adsorben dan adsorbat yang bersifat irreversible, sehingga ikatan tersebut menghasilkan penyisihan Fe yang konstan (Nurfitriyani, 2013). Sedangkan pada menit ke-120 hingga menit ke-180 terlihat grafik menggambarkan konsentrasi Fe yang turun-naik. Hal tersebut menjelaskan proses adsorpsi fisik yang dipengaruhi oleh ikatan van deer waals. Namun ikatan ini lemah, sehingga mudah untuk lepas kembali (desorpsi) dan prosesnya reversible (mampu balik) (Nurfitriyani, 2013). Berdasarkan hasil yang diperoleh terlihat bahwa penurunan konsentrasi logam Fe dalam sampel air sungai dengan menggunakan arang aktif granular tongkol jagung sebagai adsorben tidak efektif. Metode ini tidak mampu menyerap logam besi dalam air sungai untuk memenuhi baku mutu air bersih sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan No.416/MENKES/PER/IX/1990 yaitu konsentrasi logam Fe yang diperbolehkan sebesar 1 mg/L. Selain itu metode ini juga ternilai tidak aplikatif, karena adsorben hanya dapat digunakan untuk menurunkan kadar Fe dalam waktu singkat yaitu selama 15 menit. IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan yaitu pada debit 50 mL/detik, efesiensi penyisihan terbesar 88,48% dengan ketebalan adsorben 80 cm dan efesiensi penyisihan Fe terkecil 80,76% dengan ketebalan adsorben 70 cm. Sedangkan pada debit 180 mL/detik
efesiensi penyisihan terbesar 81,28% dengan ketebalan adsorben 60 cm dan efesiensi terkecil 76,03% dengan ketebalan adsorben 70 cm. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1990. Peraturan Menteri Kesehatan No.416 Thn 1990 tentang Syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air. Anonim. 1991. Standar Nasional Indonesia Mengenai Metode Pengambilan Contoh Kualitas Air (SNI06-2412-1991). Badan Standarisasi Nasional. Ariska D, Mochtar dan Irawan. 2011. Pemanfaatan Residu Bahan Bakar Batu Bara (Bottom Ash) Sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Dan Logam Berat (Cu dan Ni) Dari Limbah Cair Tekstil Dengan Reaktor Sistem Kontinyu. PT. APAC Inti Corpora. Cheremisinoff, F. A., 1978, Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbort Science Publisher Ind, Michigan, hal. 4-7. dalam: Jurnal Penelitian Kinetika Adsorpsi Logam Cu (II) Pada Proses Continue Dengan Adsorben Serbuk Gergaji Teraktivasi. Pekanbaru (2010). Universitas Riau. Derifa, Raditya dan Razif. 2011. Uji Kemampuan Adsorpsi Arang Batok Kelapa Untuk Mereduksi Warna Dan Permanganat Value Dari Limbah Cair Industri Batik. Institut Teknik Surabaya. Pijar, I. 2015. Aktivasi Arang Tongkol Jagung Menggunakan HCL Sebagai Adsorben Ion Cd (II) [skripsi]. Universitas Negeri Malang. Reynolds, Tom D. 1982. Unit Operations and Process In Environmental Engineering. Wadsworth Inc: California. Said, Nusa Idaman. 2010. Metoda Penghilangan Logam Merkuri Di Dalam Air Limbah Industri. Pusat Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). Jakarta Pusat. Wulandari Futri, Umiatin dan Esmar Budi. 2015. Pengaruh Konsentrasi Larutan NaOH Pada Karbon Aktif Tempurung Kelapa Untuk Adsorpsi Logam Cu2+. Universitas Negeri Jakarta.
