PENGARUH WAKTU ALIRAN REGENERASI DAN UKURAN MEDIA BIOADSORBEN SEKAM PADI DALAM PENURUNAN KONSENTRASI BESI TOTAL AIR SUMUR ARTIFISIAL Aris Nurhidayah*, Irawan Wisnu Wardana**, Ganjar Samudro** Email*:
[email protected] Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang, Kode Pos 50275 Telp. (024)76480678, Fax (024) 76918157 Website : http://enveng.undip.ac.id - Email:
[email protected]
ABSTRACT There was research that aims to prolong the lifespan of the adsorbent of decreasing the concentration of heavy metals in water. The study area in this research is Ngroto, Gubug, Grobogan. Based on the results of laboratory tests, the concentration of iron (Fe) in the area reached 1.5 mg/L. The adsorbent used is rice husk because rice husk is a waste in the area. Research using batch and continuous experiments using artificial water acidic pH (< 3) with an iron concentration wich refers to the sudy area, 1,5 mg/L. Free variation used is the size of the adsorbent media 10 and 20 mesh , and the variation of flow regeneration time of 1 minute , 2 minutes , and 3 minutes as backwash activated carbon of rice husk. The results showed that the best medium size of 20 mesh with a time of 3 minutes regeneration flow. In this variation, activated carbon rice husk can be used up to 56 hours to reach a concentration of drinking water (0.3 mg/L), 98 hours water concentration (1 mg/L), and 112 hours to reach the initial concentration. Keywords: artificial water with acid pH, iron, activated carbon, rice husk, regeneration. PENDAHULUAN Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan kegunaannya bagi kehidupan, dan kebersihan air adalah syarat utama bagi air untuk dapat dikonsumsi. Manusia memerlukan air untuk kehidupan sehari-hari, seperti mandi, kakus, serta untuk kegiatan lain. Sebagian besar wilayah Indonesia, banyak dikeluhkan kondisi air yang kuning, bau besi atau bau karat serta mengandung zat besi (Fe) yang melebihi ambang batas. Contoh daerah yang mengalami hal tersebut adalah Desa Ngroto, Kecamatan Gubug, Kabupaten Grobogan. Hal ini dikeluhkan oleh masyarakat dikarenakan sifatnya yang merusak jika digunakan untuk mencuci baju akan mengakibatkan warna kekuningan pada baju, timbulnya kerak kunik pada bak kamar mandi dan alat-alat masak, dan kulit menjadi kering.. Berdasarkan
Permenkes RI No : 416/MENKES/PER/IX/1990 tentang persyaratan kualitas air bersih yang menerangkan bahwa kadar besi dalam air bersih maksimum diperbolehkan 1,0 mg/l sedangkan untuk air minum sebesar 0,3 mg/l. Beberapa pengolahan air bersih seperti adsorpsi dengan bioadsorben dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi Fe pada air sumur. Contoh bioadsorben yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi Fe adalah adsorben yang terbuat dari kulit ubi kayu, kulit jagung, batang pisang, tempurung kemiri, sekam padi, dan tempurung kelapa. Berdasarkan penelitian Sitanggang (2010) dengan pemanfaatan arang sekam padi sebagai adsorben untuk menurunkan kadar besi dalam air sumur dapat diperoleh prosentase
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 1
penurunan sebesar 77,24%. Jasman (2011) menggunakan arang sekam padi dengan ketebalan 80 cm terjadi penurunan konsentrasi besi sebesar 99,52%. Nurliani (2008) melakukan penelitian arang aktif sekam padi memperoleh prosentase penurunan besi 100% pada air ledeng karena konsentrasi awal sebesar 0,17 ppm. Berdasarkan keadaan tersebut maka diperlukan teknologi sederhana yang mampu diaplikasikan oleh masyarakat Desa Ngroto, Kecamatan Gubug, Kabupaten Grobogan dalam penyelesaian masalah air sumur yang mengandung besi. Teknologi yang akan digunakan yaitu penggunaan sekam padi sebagai bioadsorben untuk menurunkan konsentrasi besi. Sekam padi yang digunakan banyak terdapat di daerah pedesaan khususnya Desa Ngroto sebagai wilayah studi yang merupakan daerah persawahan. Sehingga, dengan sumber daya yang ada di masyarakat sendiri, mampu menyelesaikan masalah yang terjadi di masyarakat tersebut. Berdasarkan beberapa penelitian tentang bioadsorben sekam padi, maka diperlukan penelitian lanjutan untuk memperlama umur pakai (life time) bioadsorben itu sendiri, sehingga nantinya arang sekam padi yang digunakan dalam penurunan konsentrasi besi (Fe) pada air sumur masyarakat dapat bertahan lebih lama dibandingkan arang aktif yang ada dipasaran. Untuk menunjang teknologi tersebut dibutuhkan penelitian tentang pengaruh regenerasi pada arang aktif sekam padi dan seberapa lama arang sekam padi dapat digunakan setelah diregenerasi.
METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian ALAT DAN BAHAN Alat: Furnace, timbangan elektrik, oven, pH meter, Atomic Absorbtion Spectrometer (AAS), hotplate, desikator, JarTest, erlenmeyer, gelas beker, kertas saring, dan corong. Bahan: air sumur artifisial, aquadest, sekam padi, alumunium foil, dan H3PO4 10%. CARA KERJA Pembuatan bahan baku menjadi arang aktif dengan sekam padi. Sekam padi dicuci dengan menggunakan air, dan dikeringkan pada sinar matahari. Kemudian untuk dehidrasi, sekam dikeringkan dalam oven dengan suhu 105°C selama 5 jam. Sekam padi yang telah kering, dibungkus ke dalam alumunium foil dan dimasukkan ke dalam furnace pada suhu 400°C untuk proses pengarangan selama 2 jam. Setelah terbentuk arang sekam padi, maka dilakukan pengayakan pada ukuran 10 dan 20 mesh. Dilakukan perendaman pada H3PO4 10% untuk aktivasi selama 24 jam. Setelah itu dinetralisasi kemudian dikeringkan.
TUJUAN a. Menganalisis pengaruh waktu aliran regenerasi dan ukuran media terhadap umur pakai arang aktif sekam padi dalam penurunan konsentrasi besi pada air sumur artifisial. b. Menentukan waktu aliran regenerasi dan ukuran media adsorben optimum.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 2
sedangkan reaktor 20 mesh adalah 130 gram. Pada penelitian ini, dilakukan pengaliran air sumur artifisial pada kolom yang telah berisi adsorben, kemudian pada jam tertentu dilakukan pengambilan sampel sebagai sampel sebelum regenerasi kemudian aliran dihentikan, dan arang aktif dilakukan backwash selama variasi waktu aliran (1 menit, 2 menit, dan 3 menit). Kemudian air artifisial di alirkan kembali hingga overflow dan dilakukan pengambilan sampel sebagai sampel setelah regenerasi.
a. Pengujian Batch 1 Pengujian batch ini dilakukan untuk penentuan waktu sampling reaktor kontinyu. Percobaan batch ini dilakukan dengan larutan air sumur artifisial dengan konsentrasi 1,5 mg/L sebanyak 1 Liter dimasukkan ke dalam gelas beker yang berisi adsorben karbon aktif dari sekam padi sebanyak 12 gram. Kemudian dilakukan pengadukan 90 rpm selama 60 menit (Syauqiah, 2011:17) dengan variabel bebas ukuran media adsorben, yaitu 10 mesh dan 20 mesh. Pengambilan sampel diambil setiap 150 menit selama 75 jam. b. Pengujian Batch 2 Percobaan batch kedua dilakukan dengan variasi massa adsorben untuk penentuan massa adsorben dalam reaktor kontinyu. Percobaan ini menggunakan variasi massa 3, 6, 9, 12, dan 15 gram arang aktif sekam padi berukuran 10 mesh dan 20 mesh. Hasil dari percobaan batch dihitung isoterm adsorpsi batch yang nantinya akan diketahui massa yang dibutuhkan pada reaktor kontinyu.
1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 75
KONSENTRASI Fe
HASIL DAN PEMBAHASAN Percobaan Batch 1 Hasil percobaan batch penentuan waktu sampling kontinyu dapat dilihat pada gambar 3 untuk 10 mesh dan gambar 4 untuk 20 mesh.
Jam
Gambar 3. Hasil Penurunan Konsentrasi Fe 10 mesh selama 75 jam Hasil batch penentuan waktu sampling reaktor kontinyu untuk ukuran media 10 mesh dapat diketahui hasil konsentrasi terendah pada media berukuran 10 mesh terjadi pada 60 jam setelah pengadukan. Sehingga untuk reaktor kontinyu dilakukan pengambilan sampel setiap 60 jam, namun, dilakukan setiap 24 jam untuk berjaga-jaga agar data yang didapat lebih baik. Pengambilan sampel berdasarkan hasil konsentrasi terendah karena diasumsikan logam berat telah masuk ke dalam pori dan pori dalam keadaan penuh maka konsentrasi pada larutan menjadi rendah. Maka, pada keadaan itulah arang aktif perlu di regenerasi
Gambar 2. Percobaan Batch c. Percobaan Kontinyu Percobaan kontinyu dilakukan menggunakan kolom adsorpsi berjumlah 18 kolom yang terbuat dari PVC dengan diameter 2,54 cm dan tinggi pipa 79 cm dengan overflow pada ketinggian 74 cm. Penelitian ini menggunakan debit sebesar 10 mL/menit dengan sistem triplo. Massa yang digunakan pada reaktor 10 mesh adalah 110 gram arang aktif sekam padi,
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 3
Percobaan Batch 2 Tabel 1. Hasil Percobaan Variasi Massa Variasi Konsentrasi Besi (Fe) Massa (mg/L) (Gram) 10 mesh 20 mesh 3 0.511 0.373 6 0.293 0.343 9 0.274 0.313 12 0.264 0.284 15 Tidak 0.264 terdeteksi alat Sumber: Hasil Analisis, 2014 Berdasarkan tabel 1 maka menunjukkan bahwa konsentrasi besi total sebanding dengan massa adsorben arang aktif yang digunakan. Hal ini membuktikan bahwa semakin banyak massa adsorben yang digunakan maka efisiensi semakin tinggi dalam menyisihkan logam berat. Berdasarkan tabel 1 dilakukan perhitungan isoterm dan dipilih isoterm Freundlich untuk perhitungan kebutuhan massa adsorben di reaktor kontinyu. 1. Kebutuhan massa adsorben ukuran 10 Mesh Berdasarkan perhitungan dan grafik freundlich untuk media 10 mesh didapatkan R sebesar 0,8247 dengan slope 1,4788 dan intercept 0,6333. Sehingga persamaan Y= 1,4788x0,6333. Maka, dari persamaan tersebut dapat dihitung bahwa massa adsorben yang dibutuhkan pada reaktor kontinyu adalah sebagai berikut: K = antilog intercept = antilog (-0,6333) = 0.232648 Nilai K menunjukkan besarnya gaya tarik menarik antara arang aktif sekam padi dengan besi total.
Konsentrasi Fe
2.000 1.500 1.000 0.500 0 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 75
0.000 Jam
Gambar 4. Hasil Penurunan Konsentrasi Fe 20 mesh selama 75 jam Gambar 4. memperlihatkan bahwa hasil terendah konsentrasi besi (Fe) dengan media berukuran 20 mesh terjadi pada 17,5 jam setelah pengadukan. Namun, untuk pengambilan sampel dilakukan setiap 7 jam sekali untuk jaga jaga. Pada ukuran 20 mesh lebih cepat pori-porinya penuh oleh logam berat karena semakin kecil ukuran adsorben maka semakin banyak pori yang terdapat pada adsorben tersebut. Sehingga dengan lebih banyak pori, maka logam berat yang terjerat pun semakin banyak dan semakin cepat. Oleh karena itu pada media ukuran 20 mesh terjadi konsentrasi terendah lebih cepat dibanding ukuran 10 mesh. Semakin kecil ukuran adsorben maka efisiensi penyerapan adsorbatnya semakin besar. Ukuran partikel yang lebih kecil memiliki luas permukaan yang lebih besar untuk memjerap adsorbat. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui ukuran media optimum sebagai bioadsorben penurunan konsentrasi besi, maka untuk media 10 dan 20 mesh dilakukan pengambilan sampel pada 0, 7, 14, 21, 24, 28, 35, 42, 48, 49, 56, 63, 70, 72, 77, 84, 91, 96, 98, 105, 112, 119, dan 120 jam. Pengambilan sampel dilakukan dengan mengambil sampel sebelum regenerasi dan setelah regenerasi.
n=
=
= 0,676224
nilai n antara 1-10 menunjukkan sistem adsorpsi yang menguntungkan (Siregar, 2013: IV-10). Pada hasil perhitungan untuk 10 mesh, nilai n yang didapat kurang dari 1 sehingga sistem adsorpsi ini kurang menguntungkan. *) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 4
Ce rata-rata = 0,335
dibutuhkan pada reaktor kontinyu adalah sebagai berikut: K = antilog intercept = antilog (0,6775) = 4,758828 Nilai K menunjukkan besarnya gaya tarik menarik antara arang aktif sekam padi dengan besi total. Semakin tinggi nilai K maka akan semakin bagus. Dapat diketahui bahwa hasil perhitungan nilai K pada 20 mesh lebih bagus dibanding 10 mesh. Hal ini menjelaskan bahwa semakin kecil ukuran adsorben maka gaya untuk menarik adsorbat akan semakin besar karena semakin banyak pori yang dimiliki oleh adsorben 20 mesh dibanding 10 mesh. Sehingga peluang terjerapnya adsorbat ke dalam pori adsorben akan semakin besar.
Kapasitas adsorpsi = q = = 0,232648 x ( = 0,046167 mg/gram Kapasitas adsorpsi untuk mengetahui seberapa besar besi total yang mampu dijerap oleh setiap gram arang aktif sekam padi. Dari hasil perhitungan, untuk media arang sekam padi 10 mesh mampu menyerap besi total sebanyak 0,046 gram setiap gramnya. Massa adsorben yang dibutuhkan =
= = 25,99232 gram/L Dari hasil perhitungan, untuk mencapai konsentrasi besi 0,3 mg/L pada air, maka dibutuhkan 25,99 gram arang aktif sekam padi setiap liter air sumur artifisial dengan konsentrasi awal 1,5 mg/L. Maka, dengan debit reaktor kontinyu 10 mL/menit, massa yang dibutuhkan = 0,01 L/menit x 25,99232 gram/L x 60 menit x 7 jam = 109,1677 gram/7jam ≈ 110 gram/7 jam. Untuk sebuah reaktor dengan waktu sampling 7 jam, maka dibutuhkan massa adsorben sebesar 110 gram/7jam. Hal ini bisa disebabkan karena Freundlich menjelaskan bahwa arang aktif sekam padi dapat menyerap dengan dual layer, sehingga massa adsorben yang dibutuhkan lebih banyak. Hal ini akan berbeda bila hasil yang didapatkan adalah persamaan BET, karena BET bersifat multilayer sehingga massa adsorben yang dibutuhkan akan lebih sedikit. 2. Kebutuhan massa adsorben ukuran 20 mesh Berdasarkan perhitungan dan grafik freundlich untuk media 20 mesh didapatkan R sebesar 0,9426 dengan slope 4,1599 dan intercept 0,6775. Sehingga persamaan Y= 4,1599x + 0,6775. Maka, dari persamaan tersebut dapat dihitung bahwa massa adsorben yang
n=
=
= 0,24039
nilai n antara 1-10 menunjukkan sistem adsorpsi yang menguntungkan (Siregar, 2013: IV-10). Pada hasil perhitungan untuk 10 mesh, nilai n yang didapat kurang dari 1 sehingga sistem adsorpsi ini kurang menguntungkan. Ce rata-rata = 0,315 Kapasitas adsorpsi = q = = 4,758828 x ( = 0,038951 mg/gram Kapasitas adsorpsi untuk mengetahui seberapa besar besi total yang mampu dijerap oleh setiap gram arang aktif sekam padi. Dari hasil perhitungan, untuk media arang sekam padi 20 mesh mampu menyerap besi total sebanyak 0,0389 gram setiap gramnya. Massa adsorben yang dibutuhkan =
= = 30,80769 gram/L Dari hasil perhitungan, untuk mencapai konsentrasi besi 0,3 mg/L pada air, maka dibutuhkan 30,80769 gram arang aktif sekam padi setiap liter air sumur artifisial dengan konsentrasi awal 1,5 mg/L.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 5
Maka, dengan debit reaktor kontinyu 10 mL/menit, massa yang dibutuhkan = 0,01 L/menit x 30,80769 gram/L x 60 menit x 7 jam = 129,3923 gram/7jam ≈ 130 gram/7 jam. Untuk sebuah reaktor dengan waktu sampling 7 jam, maka dibutuhkan massa adsorben sebesar 130 gram/7jam. Hal ini bisa disebabkan karena Freundlich menjelaskan bahwa arang aktif sekam padi dapat menyerap dengan dual layer, sehingga massa adsorben yang dibutuhkan lebih banyak. Hal ini akan berbeda bila hasil yang didapatkan adalah persamaan BET, karena BET bersifat multilayer sehingga massa adsorben yang dibutuhkan akan lebih sedikit.
KONSENTRASI Fe
2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 -0.500 0
KONSENTRASI Fe
14 21 28 35 42 49 56 63 Jam
Gambar 6. Media 10 mesh dengan regenerasi 2 menit Sumber: hasil analisa, 2014 Pada grafik dapat dilihat bahwa dengan waktu regenerasi 2 menit, dapat mempertahankan arang aktif sekam padi selama 63 jam dengan konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah 1,676 mg/L.
Percobaan Kontinyu Hasil Percobaan 10 Mesh Hasil percobaan untuk kolom reaktor 10 mesh dapat dilihat pada gambar 5 untuk waktu regenerasi 1 menit, gambar 6 untuk waktu regenerasi 2 menit, dan gambar 7 untuk regenerasi 3 menit.
KONSENTRASI Fe
2.000 1.500 1.000 0.500 0.000
-0.500
2.000
0
14
28
42
56
70
84
98 112
Jam
Gambar 4.7 Media 10 mesh dengan regenerasi 3 menit Sumber: hasil analisa, 2014 Pada grafik 7 dapat dilihat bahwa dengan waktu regenerasi 3 menit, dapat mempertahankan arang aktif sekam padi selama 112 jam dengan konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah 1,820 mg/L.
1.500 1.000 0.500 0.000 0
7
7 14 21 28 35 42 49 56 63 Jam
Gambar 5 Media 10 mesh dengan regenerasi 1 menit Sumber: hasil analisa, 2014 Pada grafik dapat dilihat bahwa dengan waktu regenerasi 1 menit, dapat mempertahankan arang aktif sekam padi selama 63 jam dengan konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah 1,501 mg/L.
Hasil Percobaan 20 Mesh Hasil percobaan untuk kolom reaktor 20 mesh dapat dilihat pada gambar 8 untuk waktu regenerasi 1 menit, gambar 9 untuk waktu regenerasi 2 menit, dan gambar 10 untuk regenerasi 3 menit.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 6
KONSENTRASI Fe
2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 -7
7
21
35
49
63
77
91
105
Jam
Sumber: hasil analisa, 2014 Pada gambar 10 dapat dilihat bahwa dengan waktu regenerasi 3 menit, dapat mempertahankan arang aktif sekam padi selama 112 jam dengan konsentrasi jenuh setelah regenerasi adalah 1,567 mg/L.
KONSENTRASI Fe
KONSENTRASI Fe
Pembahasan Kontinyu a. Waktu aliran regenerasi Gambar 8 Media 20 mesh dengan Berdasarkan hasil percobaan kontinyu, regenerasi 1 menit maka regenerasi dengan aquades mampu Sumber: hasil analisa, 2014 memperlama umur pakai adsorben. Hal ini Pada gambar 8 dapat dilihat bahwa dengan sesuai dengan hasil penelitian yang waktu regenerasi 1 menit, dapat menyatakan aquades merupakan agen terbaik mempertahankan arang aktif sekam padi dalam regenerasi adsorben penjerap logam selama 105 jam dengan konsentrasi jenuh besi (Rohaniah, 2011: 13). Hasil terbaik setelah regenerasi adalah 1,862 mg/L. dengan variasi waktu alir didapatkan waktu alir dengan 3 menit adalah yang terbaik pada 2.000 ukuran 10 mesh maupun 20 mesh. Karena 1.500 dengan waktu alir yang semakin lama, maka 1.000 arang aktif sekam padi juga akan semakin 0.500 lama umur pakainya dalam adsorpsi 0.000 konsentrasi besi (Fe) baik itu untuk ukuran 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98105 media 10 maupun 20 mesh. -0.500 Selain karena waktu aliran regenerasi, Jam kehasil regenerasi juga dipengaruhi oleh Gambar 4.9 Media 20 mesh dengan besarnya tekanan yang diberikan pada saat regenerasi 2 menit regenerasi, dalam hal ini adalah tekanan Sumber: hasil analisa, 2014 aquadest yang keluar ketika pembukaan keran. Pada gambar 9 dapat dilihat bahwa dengan Semakin besar tekanan yang diberikan (pada waktu regenerasi 2 menit, dapat saat membuka keran aquadest) maka akan mempertahankan arang aktif sekam padi semakin banyak Fe2+ yang terlepas dari pori selama 105 jam dengan konsentrasi jenuh adsorben sehingga hasil outlet setelah setelah regenerasi adalah 1,441 mg/L. regenerasi pada jam-jam tertentu mengalami penurunan. Hal ini sesuai dengan hasil 2.000 penelitian Ekky Karlina dan Karlina yang meneliti kombinasi DAF dengan ultrafiltrasi 1.500 pada pemisahan air berlumut dengan variasi tekanan. Pada penelitian tersebut menunjukkan 1.000 bahwa variasi tekanan tertinggi memiliki nilai 0.500 pemisahan paling tinggi. Sejalan dengan penelitian tersebut, kemungkinan pada saat 0.000 membuka keran air aquadest terlalu besar 0 14 28 42 56 70 84 98 112 Jam kesehingga tekanan yang dihasilkan juga lebih Gambar 10 Media 20 mesh dengan besar yang mengakibatkan Fe2+ terlepas dari regenerasi 3 menit *) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 7
Pada penelitian ini, Fe2+ yang berada dalam air berupa ion ferro terhidrat. Berdasarkan pernyataan Chang, Raymond 2004: 91 yang menyebutkan bahwa hidrasi merupakan proses di mana sebuah ion dikelilingi oleh molekul-molekul air yang tersusun dalam kedaan tertentu. Sehingga, dapat menjelaskan bahwa Fe2+ dalam air artifisial menjadi ion terhidrat (Fe(H20))2+ sehingga yang terjerap dalam pori adsorben adalah ion ferro terhidrat. Karena adsorpsi dalam penelitian ini menitik beratkan menggunakan ukuran pori dalam adsorben, maka apabila ion ferro terhidrat lebih besar atau lebih kecil dibanding ukuran pori akan lolos dan tidak terjerap. Namun, apabila ukuran ion ferro terhidrat tersebut sama dengan ukuran pori maka akan masuk dalam pori. Bertahannya ion ferro terhidrat dalam pori tergantung muatan yang ada pada ion tersebut. Pada adsorben, karena setelah aktivasi hanya mengandung ikatan karbon yang disekelilingi oleh elektron tipis dari karbon tersebut. Sehingga ion ferro terhidrat dapat terjerap bertahan lama karena adanya elektron tipis dari ikatan karbon. Interaksi ion ferro terhidrat dengan elektron tipis termasuk dalam interaksi vander waals yang lemah sehingga dapat dilepaskan dengan adanya backwash aquades sebagai regenerasi arang aktif sekam padi. Ikatan vander waals merupakan ikatan molekul yang tidak bermuatan, sehingga semakin netral suatu molekul akan semakin kuat ikatan vander waals. Untuk mengoptimalkan adsorpsi yang mengutamakan ukuran pori bisa dilakukan dengan aktivasi dan setelah itu dilakukan ukuran media. Pada saat arang direndam aktivator, maka akan terbuang ter dan pengotor dari permukaan adsorben. Hal ini dikarenakan yang tertinggal adalah gugus karboksil setelah di aktivasi. Pernyataan ini sesuai dengan pernyataan dari Safrianti, dkk. 2012 yang menyebutkan bahwa kapasitas dan
pori semakin banyak. Sehingga ada beberapa data yang setelah kenaikan kembali mengalami penurunan (fluktuasi) namun, secara kecenderungan semakin berjalannya waktu, maka Fe2+ akan menempel pada pori dan susah untuk di backwash dan kemampuan adsorpsi berkurang karena adsorben mengalami jenuh. Hal ini sesuai dengan pernyataan Emelda (2013) seiring dengan bertambahnya waktu, laju transfer massa logam ke adsorben semakin kecil. Hal ini disebabkan driving force-nya kecil. Selain itu juga karena kemampuan adsorben dalam menyerap adsorban semakin berkurang. Sesuai dengan pernyataan tersebut, pada penelitian ini terjadi kenaikan konsentrasi hasil outlet karena pori dalam adsorben sudah terisi Fe2+ sehingga tidak mampu menyerap lebih banyak seperti pada jam-jam awal sehingga adsorben jenuh.
b. Ukuran media Pada proses adsorpsi, ukuran pori sangat berpengaruh karena pori merupakan tempat menjerap adsorbate. Proses pembentukan pori dimulai dari proses karbonasi. Karbonasi dilakukan dengan menguapkan senyawasenyawa yang ada pada karbon sehingga akan terbentuk struktur pori awal. Energi panas yang terjadi saat karbonasi akan menguraikan molekul komplek karbon menjadi karbon (Subadra, 2005). Namun proses karbonasi menghasilkan sisa pengotor berupa ter, hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Untuk memperluas pori setelah karbonasi, dilakukan aktivasi agar pengotor berupa ter dan senyawa organik dapat luruh, sehingga yang tertinggal hanyalah ikatan karbon yang merupakan tempat menjerap adsorbate. Sejalan dengan Subadra (2005) yang menyatakan bahwa proses perendaman dengan aktivator dilakukan untuk mengurangi kadar tar, sehingga semakin pekat aktivator yang digunakan maka akan seakin berkurang kadar tar dalam karbon, akibatnya pori-pori yang terdapat pada karbon semakin besar sehingga luas permukaan karbon semakin bertambah. *) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 8
efisiensi adsorpsi dari adsorben dapat ditingkatkan dengan aktivasi. Aktivasi bertujuan untuk melarutkan mineral yang terdapat pada sampel seperti kalsium dan fosfor. Gugus fungsi seperti –OH dan –COOH dapat bertambah sehingga akan lebih banyak logam yang akan diadsorpi oleh adsorben. Sehingga, dengan menghilangnya pengotor dan ter yang menyelimuti permukaan adsorben maka yang tertinggal hanya karbon dengan awan elektron tipis dan mengakibatkan adsorben bermuatan negatif dan mampu menjerap kation (Fe(H20))2+. Setelah proses aktivasi, maka dilakukan netralisasi dan pengeringan arang aktif. Pada netralisasi terjadi kenaikan pH asam ke netral yang akan mengakibatkan arang aktif terdeprotonisasi dan terjadi penurunan muatan positif. Sejalan dengan pendapat menurut Saleh 2011, semakin meningkatnya pH, maka gugus fungsi mengalami deprotonasi dan terjadi penurunan muatan positif. Sehingga semakin bermuatan negatif, maka gaya tolak antara permukaan dengan anion menjadi lebih besar dibanding gaya tariknya. Cara mengoptimalkan adsorben menjerap adsorbate secara fisika yang kedua adalah dengan pengayakan ukuran media adsorben. Semakin ukuran media kecil, maka pori yang dimiliki semakin besar dan kemampuan adsorpsi juga bertambah. Dalam penelitian ini, dilakukan variasi beda ukuran media arang aktif yaitu 10 mesh dan 20 mesh. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa lebih bagus yang 20 mesh karena ukuran pori yang dimiliki semakin banyak, sehingga ion ion ferro terhidrat yang terjerap akan semakin banyak. Hal ini sejalan dengan pernyataan Rahmadani, 2008 bahwa ukuran partikel yang lebih kecil memiliki luas permukaan yang lebih besar untuk menjerap adsorbat. Sehingga kapasitas adsorpsi 20 mesh lebih bagus dari 10 mesh karena memiliki luas permukaan yang lebih besar.
KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan terhadap variabel penelitian didapatkan kesimpulkan bahwa: a. Ukuran media berpengaruh terhadap penurunan konsentrasi besi (Fe) dalam proses adsorpsi. Semakin kecil ukuran media arang aktif sekam padi yang digunakan maka akan semakin besar efisiensi penurunan yang didapatkan. Penelitian ini mendapatkan ukuran media optimum adalah 20 mesh. b. Waktu aliran regenerasi menggunakan aquadest berpengaruh terhadap umur pakai arang aktif sekam padi dalam penurunan konsentrasi besi (Fe), semakin lama waktu aliran regenerasi maka akan semakin lama pula waktu jenuh dari arang aktif sekam padi tersebut. Penelitian ini mendapatkan waktu aliran regenerasi optimum adalah 3 menit. DAFTAR PUSTAKA Addyrachmat.2011.Adsorpsi(online).http://add yrachmat.wordpress.com/2011/10/09/ad sorpsi. Alaerts, G. dan Sri Sumestri Santika. 1984. Metoda Penelitian Air. Usaha Nasional: Surabaya. Alamsyah, Sujana. 2007. Merakit Sendiri Alat Penjernih Air untuk Rumah Tangga, cetakan kelima. Kawan Pustaka: Jakarta. Anonim, 2014. Adsorpsi (online). http://id.wikipedia.org/wiki/Adsorpsi 15 April 2014 diunduh pada tanggal 27 April 2014. Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar konsepkonsep inti edisi ketiga jilid 1. Penerbit Erlangga: Jakarta. Danarto, YC. dan Samun T. 2008. Pengaruh Aktivasi Karbon dari Sekam Padi Pada Proses Adsorpsi Logam Cr (VI). Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS:Surakarta
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 9
DR, Aliya. Mengenal Teknik Penjernihan Air. Aneka Ilmu: Semarang. Emelda, Lisanti, dkk. 2013. Pemanfaatan Zeolit Alam Teraktivasi untuk Adsorpsi Logam Krom (Cr3+). Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol 7 No. 4 halaman 166-172. Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung: Lampung. Fatriani. 2009. Laporan Hail Penelitian Pengaruh Konsentrasi dan Lama Perendaman Arang Aktif Tempurung Kelapa Terhadap Kadar Fe dan pH Air Gambut. Penelitian%20Arang%20Aktif.pdf Hediana, Fitri Shima. 2011. Optimasi Proses Regenerasi Extracellular Polymeric Substances-Kalsium Alginat Dengan Cara Fisika-Kimia. Laporan Tugas Akhir. Universitas Diponegoro: Semarang. Ipha, Beta, dan Ambar. 2012. Adsorpsi (online). http://kimia08.wordpress.com/2012/05/ 13/adsorpsi/ edisi 13 May 2012 diunduh pada tanggal 27 April 2014. Jasman. 2011. Uji Coba Arang Sekam Padi Sebagai Media Filtrasi dalam Menurunkan Kadar Fe Pada Air Sumur Bor di Asrama Jurusan Kesehatan Lingkungan Manado. Penelitian 58-1411-SM.pdf. Joko, Tri. 2010. Unit Produksi dalam Sistem Penyediaan Air Minum. Graha Ilmu: Yogyakarta. K. Aji, B. dan Kurniawan, F. 2012. Pemanfaatan Serbuk Biji Salak (Salacca zalacca) sebagai Adsorben Cr(VI) dengan Metode Batch dan Kolom. Jurnal Sains Pomits Vol. 1 No. 1. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS): Surabaya. Kamus Besar Bahasa Indonesia Karina, Ekky dan Karlina N. Kombinasi Dissolved Air Flotation dengan Ultrafiltrasi pada Pemisahan Air
Berlumut. Jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro: Semarang. Masduqi, A. (2011, Mei 3). Materi Kuliah Proses Pengelolaan Air Minum. Diunduh 14 Desember 2014. http://oc.its.ac.id/detilmateri. Nurhasni, Hendrawati, dan Nubzah Saniyyah. 2010. Penyerapan Ion Logam Cd dan Cr Dalam Air Limbah Menggunakan Sekam Padi. Program Studi Kimia FST UIN Syarif Hidayatullah:Jakarta Nurliani. 2008. Pemanfaatan Arang Aktif Sekam Padi dengan Aktivator Natrium Karbonat (Na2CO3) 5% untuk Mengurangi Kadar Besi (Fe) Dalam Air Ledeng. Penelitian ipi96089.pdf. Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru: Kalimantan. Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia (PERMENKES) Nomor 416 tahun 1990 tentang standar kualitas air bersih dan air minum. Rahmadani, Ika. 2008. Penurunan Kadar Kromium Total Hasil Reduksi Kromium (VI) Limbah Cair Industri Pelapisan Logam Krom Menggunakan Adsorban Arang Aktif Dari Sabut Kelapa. Laporan Tugas Akhir. Universitas Diponegoro:Semarang. Rahmahida, Nia Anisti, dkk. 2012. Proses Pengolahan Logam Berat Khrom pada Limbah Cair Penyamakan Kulit dengan EPS Terimobilisasi. Jurnal Tugas Akhir. Universitas Diponegoro: Semarang. Reynolds, T.D. 1982. Unit Operations and Processes in Enviromental Engineering. Wadsworth, Inc: California. Rohaniah, dkk. Studi Regenerasi Adsorben Kulit Jagung (Zea mays L.) Untuk Menyisihkan Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Dari Air Tanah.Artikel Ilmiah Penelitian Dosen Muda. Universitas Andalas: Padang.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 10
Safrianti, Iin, dkk. 2012. Adsorpsi Timbal (II) oleh Selulosa Limbah Jerami Padi Teraktivasi Asam Nitrat: Pengaruh pH dan Waktu Kontak. ISSN 2302-1077. Universitas Tanjungpura: Kalimantan Barat. Saleh, Noormaisyah. 2011. Karakteristik dan Pengaruh Ion Ca2+ pada Adsorpsi Ion Bikromat oleh Humin. Jurnal Penelitian Sains Volume 14 Nomer 2 (C) April 2011. STIKES Universitas Muhammadiyah: Sumatera Selatan. Siahaan, Setriyani, dkk. 2013. Penentuan Optimum Suhu dan Waktu Karbonisasi pada Pembuatan Arang dari Sekam Padi. Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara: Medan Sitanggang, Crismasly. 2010. Pemanfaatan Arang Sekam Padi sebagai Adsorben untuk Menurunkan Kadar Besi dalam Air Sumur. Penelitian skripsi. USU: Medan. Subadra, I., Bambang Setiaji dan Iqmal Tahir. 2005. Activated Carbon Production From Coconut Shell With (Nh4)HCO3 Activator As An Adsorbent In Virgin Coconut Oil Purification. Physical Chemistry Laboratory, Department of Chemistry Gadjah Mada University: Yogyakarta Sudrajat dan Pari. 2011. Arang Aktif: Teknologi Pengolahan dan Masa Depannya, cetakan pertama. Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan: Jakarta. Suharjana. 2006. Pemanfaatan Tempurung Kelapa sebagai Bahan Baku Arang Aktif dan Aplikasinya untuk penjernihan Air Sumur di Desa Belor Kecamatan Ngaringan Kabupaten Grobogan. Penelitian 3094-6707-1-PB.pdf. Undip: Semarang.
Sutrisno, Totok. 2010. Teknologi Penyediaan Air Bersih, cetakan ketujuh. Rineka Cipta: Jakarta. Syauqiah, Isna, dkk. 2011. Analisis Variasi Waktu dan Kecepatan Pengaduk Pada Proses Adsorpsi Limbah Logam Berat Dengan Arang Aktif. Jurnal INFO TEKNIK, Volume 12 No.1, Juli 2011. Ipi96415.pdf. Tangio, Julhim. S. 2013. Adsorpsi Logam Timbal (Pb) dengan menggunakan Biomassa Enceng Gondok (Eichlorniacrassipes). Jurnal Entropi. Universitas Negeri Gorontalo: Gorontalo. Tatra, Saptari Joan. 2014.Pemanfaatan Karbon Aktif denganAktivator H3PO4 dari Limbah Padat Agar Sebagai Penjerap Pada Limbah Cair Industri Penyamakan Kulit. Skripsi. Institut Pertanian Bogor: Bogor.
*) Mahasiswa Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro **) Dosen Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro 11
