PENGOLAHAN LIMBAH CAIR RUMAH POTONG HEWAN (RPH) DENGAN METODE FOTOKATALITIK TiO2 : PENGARUH WAKTU KONTAK TERHADAP KUALITAS BOD5, COD DAN pH EFLUEN
RACHMAT MANENDAR
SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pengolahan limbah cair rumah potong hewan (RPH) dengan metode fotokatalitik TiO2 : pengaruh waktu kontak terhadap kualitas BOD5, COD dan pH efluen adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor,
Januari 2010
Rachmat Manendar NRP. B551034054
ABSTRACT
RACHMAT MANENDAR. Processing of Slaughter House Animal (RPH) Liquid Waste With Method of Fotokatalitic TiO2 : Influence of Time Contacted to Quality of BOD 5 , COD And pH Efluent. Under direction of IDWAN SUDIRMAN and ABDUL ZAHID. Slaughter house liquid waste is managed / processed physically, biologically and chemically. One way of processing liquid waste chemically is the photocatalytic method. Photocatalytic heterogen is an oxidation technology and a new method for purifying liquid waste. TiO2 is irradiated using ultraviolet rays (λ, 413 nm) producing an electron hole coupling and forming radical hydroxyl. Radical hydroxyl break down various kinds of organic pollutans, such as herbicids, pesticides, aromatics, alifatics, dyes, biopolymers ( protein, carbohydrate, fat). Photocatalytic reactor activity was tested by 3 reactor units with a flow rate of 50 ml/minute. The process of breaking down liquid slaughter house waste photocatalytically uses reactor flow TiO2- IWGCT through 8 hours of ultraviolet irradiation or the equivalent of 48 minutes contact time between liquid slaughter house waste with the catalyst TiO2. This decrease the COD value from 200 mg/L to 114 mg/L, decrease pH from 6.89 to 6.05 , raise BOD5 from 17,74 mg/l to 62,38 mg/l and raise the electric conductivity rate from 2.09 mS/Cm to 2.38 mS/Cm. It can be concluded that the photocatalytic processing of waste can improve several parameters quality of waste water. This represents a new idea in the process or management of liquid slaughter house waste and hopefully can help in the application of clean production technology. That is, technology that applies an environtmental strategy that is unbroken, integerated and preventive toward process, product and service to increase efficiency. Key words : slaughter liquid house waste, photocatalytic heterogen TiO2, BOD5, COD, pH
RINGKASAN
RACHMAT MANENDAR. Pengolahan Limbah Cair Rumah Potong Hewan (RPH) dengan Metode Fotokatalitik TiO2 : Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Kualitas BOD5,COD dan pH Efluen. Dibimbing oleh IDWAN SUDIRMAN dan ABDUL ZAHID. Limbah cair Rumah Potong Hewan diolah melalui proses fisik, biologis dan kimia. Salah satu cara pengolahan limbah cair melalui proses kimia dalah dengan cara fotokatalitik yaitu pengolahan dengan cara penambahan katalis dan cahaya pada limbah tersebut. Dengan proses fotokatalitik limbah organik akan terdegradasi menjadi CO2 dan H2O sehingga diharapkan dapat mereduksi kandungan Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD) , pH dan daya hantar listrik yang merupakan tolok ukur pencemaran oleh zat-zat organik. Fotokatalitik dibagi menjadi 2 (dua) macam, yaitu fotokatalitik homogen dan fotokatalitik heterogen. Fotokatalitik homogen adalah proses fotokatalitik dengan bantuan zat pengoksidasi seperti ozon dan hidrogen peroksida, sedangkan fotokatalitik heterogen dilakukan dengan bantuan semikonduktor yang diiradiasi dengan sinar UV. Fotokatalitik heterogen adalah teknologi oksidasi yang merupakan suatu metode baru dalam pemurnian air limbah. TiO2 diiradiasi oleh sinar UV (λ, 413 nm) menghasilkan pasangan elektron- hole dan membentuk radikal hidroksil. Radikal hidroksil mendegradasi berbagai macam polutan organik, seperti herbisida, pestisida, aromatik, alifatik, pewarna, biopolimer (protein, karbohidrat, lemak, dll). Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel limbah rumah potong hewan (RPH) Cakung, perak sulfat (Merck, 98%), merkuri sulfat (Merck 98%), ferro amonium sulfat (Merck, 98%), 1.10-fenantrolin(BDH, 98%), ferro sulfat (Merck, 98%),asam sulfamat (Merck, 98%), kalium hydrogen phtalate (Merck, 98%), dan asam sulfat (Merck, 98%). Reaktor fotokatalitik terdiri dari satu buah lampu black light (Gold Star T18, 20 W) dan tujuh belas buah kolom gelas (id. 2 mm, l. 50 cm). Pada bagian dalam dinding setiap kolom tersebut diimobilisasikan lapisan tipis TiO2 ( TiO2 inner wall of a glass column tube, dan disingkat sebagai TiO2 –IWGCT). Beberapa TiO2 –IWGCT disusun melingkar mengelilingi lampu dan dihubungkan dengan selang silikon. Larutan sampel disirkulasi dari reservoir melalui kolom gelas (TiO2 –IWGCT) dengan menggunakan pompa sirkulasi. Sistem yang digunakan dalam reaktor ini adalah sistem imobilisasi, dimana katalis TiO2 dilapiskan pada bagian dalam kolom gelas. Sampel uji atau limbah organik cair dialirkan dari reservoar ke bagian dalam kolom gelas yang sudah disinari dengan lampu UV dan kemudian larutan uji yang ke luar dari kolom gelas ditampung kembali dalam reservoar, proses sirkulasi ini dilakukan secara kontinyu dengan variasi waktu penyinaran.
Pengujian aktivitas reaktor fotokatalitik pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan 3 (tiga) buah unit reaktor dan laju alir 50 mL/menit. Kinerja aktivitas
reaktor fotokatalitik diuji untuk mendegradasi limbah cair rumah potong hewan (RPH),dengan dilakukan pengamatan pengaruh waktu kontak terhadap nilai BOD, COD , pH dan nilai daya hantar listrik. Proses degradasi limbah cair RPH ini dilakukan dalam skala laboratorium, dimana limbah RPH yang digunakan dalam satu kali proses sebanyak 800 mL. Larutan sampel RPH sebanyak 800 mL ditempatkan dalam reservoir, kemudian larutan sampel disirkulasikan melewati unit reaktor. Pengujian ini dilakukan dengan variasi waktu penyinaran selama 0, 2, 4, 6, dan 8 jam untuk setiap sampel. Proses degradasi limbah cair Rumah Potong Hewan secara fotokatalitik menggunakan reaktor alir TiO2-IWGCT selama 8 jam penyinaran atau setara dengan 48,76 menit waktu kontak antara limbah cair RPH dengan katalis TiO2 dapat menurunkan nilai COD dari 200mg/L menjadi 114mg/L, nilai pH dari 6,89 menjadi 6,05 dan menaikan nilai BOD5 dari 17,74 mg/l menjadi 62,38 mg/l , nilai daya hantar listrik dari 2,09 mS/Cm menjadi 2,38mS/Cm. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa proses pengolahan limbah secara fotokatalisis TiO2 dapat meningkatkan beberapa parameter kualitas air buangan. Hal ini merupakan ide baru dalam proses pengolahan limbah cair RPH yang diharapkan dapat membantu penerapan teknologi produksi bersih yaitu teknologi yang menerapkan strategi lingkungan yang berkesinambungan, terintegrasi dan bersifat preventif terhadap proses, produk dan pelayanan untuk meningkatkan efisiensi. Kata kunci : limbah cair Rumah potong hewan, fotokatalitik heterogen TiO2, BOD5, COD, pH
© Hak cipta milik IPB, tahun 2010 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR RUMAH POTONG HEWAN(RPH) DENGAN METODE FOTOKATALITIK TiO2 : PENGARUH WAKTU KONTAK TERHADAP KUALITAS BOD5 , COD DAN pH EFLUEN
RACHMAT MANENDAR
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Kesehatan Masyarakat Veteriner
SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Judul Tesis
: Pengolahan Limbah Cair Rumah Potong Hewan (RPH) dengan metode Fotokatalitik TiO2 : Pengaruh Waktu kontak
Nama NIM
Terhadap Kualitas BOD5, COD dan pH Efluen : Rachmat Manendar : B551034054
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. drh. Idwan Sudirman Ketua
drh. Abdul Zahid, Msi Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Kesehatan Masyarakat Veteriner
Dr.drh. Denny W Lukman, MSi
Tanggal Ujian :
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Lulus :
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Solo pada tanggal 18 September 1962 dari Bapak Kewoesnendar dan Ibu Madinijah. Penulis merupakan anak ke 4 dari 8 bersaudara. Menikah dengan drg. Sri Handayanti dan telah dikaruniai 3 anak putra dan putri : Syauqi Ihsan Rahaditya, Farisa Adlina Ihsani dan Nafla Mufidah Rahmadya. Sekolah Dasar diselesaikan di SD Sumbangsih XXXIX Jakarta, sedangkan Sekolah Lanjutan Atas di SMA Negri IV Jakarta. Selanjutnya pada tahun 1987 penulis menyelesaikan studi di Fakultas Peternakan Universitas Jendral Soedirman Purwokerto. Penulis bekerja sebagai staf di Dinas Peternakan dan Kelautan DKI Jakarta. Pada tahun 2004 penulis berkesempatan menempuh studi pada Program Studi Kesehatan Masyarakat Veteriner, Sekolah Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor.
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tesis ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi Magister Sains pada Program Studi Kesehatan Masyarakat Veteriner, Sekolah Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor dengan judul Pengolahan Limbah Cair Rumah Potong Hewan (RPH) dengan Metode Fotokatalitik TiO2 : Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Kualitas BOD5, COD dan pH Efluen. Terimakasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr.drh. Idwan Sudirman selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak drh. Abdul Zahid, MSi selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak memberi saran. Disamping itu penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ir. Hedi Surahman MSi beserta staf Laboratorium Kimia Fakultas MIPA Universitas Indonesia yang telah membantu dalam penyelesaian tesis ini. Ungkapan terimakasih juga disampaikan kepada istri, anak-anak tercinta serta seluruh keluarga atas segala do’a, kasih sayang dan dorongannya. Semoga tesis ini dapat bermanfaat . Bogor,
Januari 2010
Rachmat Manendar
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pengolahan limbah cair rumah potong hewan (RPH) dengan metode fotokatalitik TiO2 : pengaruh waktu kontak terhadap kualitas BOD5, COD dan pH efluen adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor,
Januari 2010
Rachmat Manendar NRP. B551034054
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. drh. Denny W Lukman, MSi
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL …………………………………….……………………… iii DAFTAR BAGAN …………………………………………….…………….. iv DAFTAR GAMBAR ………………………………..……………………….. v DAFTAR GRAFIK …….………………………...…………………………... vi PENDAHULUAN…………………………………………................................1 Latar Belakang …………………………………………………………......1 Perumusan Masalah ……………………………………………………… 4 Tujuan Penelitian ………………………………………………………… 4 Manfaat Penelitian ……………………………………………………….. 4 Hipotesis …………………………………………………………………. 5 TINJAUAN PUSTAKA ……………………………………………………… 6 BAHAN DAN METODE …………………………………………………….14 Bahan Penelitian ………………………………………………………… 14 1. Bahan …………………………………………………………………. 14 Metode penelitian ……………………………………………………….. 14 1. Penyiapan Reaktor Fotokatalitik ……………………………………… 14 2. Pengujian Aktifitas Reaktor Fotokatalitik ………………….................. 15 3. Uji Aktifitas untuk Penentuan Pengaruh Waktu Radiasi……................ 16 4. Penentuan Nilai BOD5 ………………………………… …………….. 16 5. Penentuan Nilai COD ………………………………………………….16 6. Penentuan Nilai pH dan Daya Hantar Listrik ………………………….17 HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………….. ……… 18 Pengolahan Limbah Cair RPH Cakung ………………………………….. 18 Proses Fotokatalitik untuk Pengolahan Limbah Cair Organik …… …….. 18 Reaktor Fotokatalitik TiO2 – IWGCT …………………………..................19 Pengujian Aktifitas Reaktor Fotokatalitik TiO2 – IWCGT ……………… 22 Pengaruh Waktu Penyinaran Terhadap Nilai BOD5 Limbah Cair RPH ………………………………………………………………... 23 Pengaruh Waktu Penyinaran Terhadap Nilai COD Limbah Cair RPH ………………………………………………………………… 24 Hubungan antara waktu penyinaran dan waktu kontak reaktor TiO2-IWCGT……………………………………………………………. .25 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap nilai BOD5 Limbah Cair RPH …………………………………………….…………………………26 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap nilai COD Limbah Cair RPH …………………………………………………………………….. ..26 Analisis Perbandingan BOD5 dengan COD ……………………………... 28
Halaman Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Nilai pH dan Daya Hantar Listrik Limbah Cair RPH ………………………………………………. …29 Prospek Fotokatalitik sebagai Pengolah Limbah Cair RPH………………..31 SIMPULAN DAN SARAN ……………………….…………………….........35 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………... 36 LAMPIRAN …………………………………………………………………. 39
ii
DAFTAR TABEL Halaman 1. Pengembangan Reaktor Fotokatalitik System Imobilisasi .………………. 13 2. Hubungan Antara Waktu Penyinaran dan Waktu Kontak Reaktor TiO2 – IWGCT …………………………………………………………….. 25 3. Perbandingan BOD5 / COD ……..………………………………………… 29
DAFTAR BAGAN Halaman 1. Skema Diagram Alir dari Limbah Cair dan Limbah Padat
……………. 3
2. Skema Diagram Alir Pengolahan Limbah Cair RPH Secara Fotokatalisis ……………………………………………….……………… 34
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Tahapan Mekanisme Fotokatalitik ………………………………………… 8 2. Tahapan Reaksi Katalitik Heterogen ……………………………………… 11 3. Proses Fotokatalitik dalam Sistem (a) Suspensi dan (b) Imobilisasi ……… 11 4. Skematik Reaktor Fotokatalitik TiO2 – IWGCT………….………………... 15 5. Mekanisme Fotokatalitik Fotokatalitik pada Bagian Dalam Kolom Gelas ………………………………………………………………………. 19 6. Profil Konsentrasi dan Intensitas UV Dalam Sistem Imobilisasi Ti Sinar UV Berasal dari Bagian Luar Penyangga ……………….………….. 21 7. Skematik Proses Degradasi Fotokatalitik Polutan Organik Pada Permukaan Katalis TiO2 …………………..………………………………. 28 8. Spektrum Sinar Matahari Yang Sampai ke Bumi …………………………. 32
DAFTAR GRAFIK Halaman 1. Hubungan Antara Waktu Penyinaran dan Nilai BOD5 ……………………. 23 2. Hubungan Antara Waktu Penyinaran dan Nilai COD …………………….. 23 3. Hubungan Waktu Kontak Terhadap Kenaikan BOD5 ………..…………... 25 4. Hubungan Waktu Kontak dengan Penurunan COD. ………….……………27 5. Perubahan Nilai pH Larutan Selama Waktu Kontak ……………………… 30 6. Perubahan Nilai Konduktivitas Selama Waktu kontak ……..…………….. 31
