SEMINAR TUGAS AKHIR APLIKASI ELEKTROKOAGULASI PASANGAN ELEKTRODA BESI UNTUK PENGOLAHAN AIR DENGAN SISTEM KONTINYU Oleh : Andri Lukismanto (3306 100 063) Dosen Pembimbing : Abdu Fadli Assomadi S.Si MT
Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1 2010
Surabaya, 12 Juli 2010
LATAR BELAKANG
Air Sungai Kepadatan Penduduk Alternatif
Elektrokoagulasi
Koagulan 2
TUJUAN DAN MANFAAT Tujuan dari Penelitian ini adalah : 1. Menentukan waktu kontak dan kuat arus Sistem Batch 2. Menentukan waktu kontak dan kuat arus Sistem Kontinyu 3. Analisa biaya dan Perhitungan elektroda yang terlarut Manfaat Penelitian adalah Elektrokoagulasi sebagai Alternatif pengganti koagulan kimiawi 3
DASAR TEORI ELEKTRO ELEKTROLISA (adalah proses untuk mengubah energi listrik menjadi energi kimia membangkitkan reaksi redoks KOAGULASI KOAGULASI (suatu proses destabilisasi dan penggabungan dari partikel-partikel koloid dan halus yang tersuspensi dengan menggunakan bahan koagulan). (Kusnaedi, 1995) 4
DASAR TEORI Mekanisme 1 Anoda: 4 Fe 4 Fe 2+ + 8 eChemical 4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+ Katoda : 8 H+ + 8e- 4 H2 Reaksi Keseluruhan : 4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 4 H2 Mekanisme 2 Anoda : Fe Fe2+ + 2 eChemical Fe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2 Katoda : 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OHReaksi Keseluruhan : Fe + 2 H2O + O2 Fe(OH)2 + H2 Suasana basa
Suasana asam
5
DASAR TEORI Hukum Faraday I: “massa zat yang dihasilkan di elektroda selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan banyaknya mol elektron (kuantitas kelistrikan) yang diberikan ke elektroda”
w = e.I.t = gek.I.t = = Ar.I.t F n. F w = massa zat yang diendapkan (g). e = tetapan = (gek : F) I = kuat arus listrik (A). gek = massa ekivalen zat (gek). t = waktu (dt). n = valensi ion. Ar = massa atom relatif. F = bilangan faraday = 96 500 C
6
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan kuat arus terbaik
Percobaan Pendahuluan Percobaan Kontinyu Variasi yang digunakan : Arus : 0,3 A ; 0,6 A ; 0,9 A ; 1,2 A Waktu : 30 ; 40 ; 60 ; 120 detik
-pH -Kekeruhan -DHL -Warna 7
ANALISA DAN PEMBAHASAN Diberi aliran listrik
Fenomena yang Terjadi: aliran listrik dimatikan
- Timbulnya gelembung pada daerah antara dua elektroda besi, gelembung tersebut adalah gas H2 - Adanya buih warna putih yang keluar dari elektroda besi tepatnya pada anoda, itu adalah wujud dari Fe(H2O)3(OH)3 dari hasil reaksi - Gelembung gas H2 yang terdapat disekitar elektroda mulai hilang dikarenakan sudah tidak adanya aliran listrik - Terbentuk lapisan berwarna kecoklatan yang merupakan flok,dimana flok tersebut mengapung yang diakibatkan adanya gas H2 dan mengendap pada reaktor. - Warna air sampel menjadi lebih kuning dan bening
8
ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa kekeruhan pada percobaan pendahuluan Penurunan kekeruhan terbesar
9
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Mengapa ??? • Secara keseluruhan dengan peningkatan kuat arus dan waktu kontak maka semakin besar dosis koagulan yang ditambahkan maka akan semakin banyak ion – ion aquometalik Fe(OH)3 yang mendestabilisasi koloid sehingga semakin banyak flok yang terbentuk dan akhirnya terjadi pengendapan, hal ini menyebabkan persentase penurunan semakin meningkat (Karamah, 2005)
10
ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa pH pada percobaan pendahuluan
Analisa pH
beda pH
0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20
beda pH (30 detik) 0.3
0.6
0.9
-0.40 -0.60
1.2
beda pH (40 detik) beda pH (60 detik) beda pH (120 detik)
-0.80 -1.00 kuat arus
pH sampel dapat mempengaruhi kelarutan dari suatu koagulan. Semakin mudah larut suatu koagulan, maka semakin mudah terbentuknya ion aquometalik yang akhirnya semakin cepatnya partikel koloid ternetralisasi membentuk flok 11
ANALISA DAN PEMBAHASAN Mengapa pH turun ??? Pada Anoda: 4 Fe 4 Fe 2+ + 8 e4 Fe 2+ + 10 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 H+ Mengapa pH naik ??? Pada Anoda : Fe Fe2+ + 2 eFe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2 Pada Katoda : 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OHReaksi Keseluruhan : Fe + 2 H2O + O2 Fe(OH)2 + H2 4Fe(OH)2 + O2 + H2O 4 Fe(OH)3 12
ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa warna pada percobaan pendahuluan
30 detik
I (A)
40 detik
60 detik
120 detik
Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) Wrn i Wrn f Eff(%) 0.3
4.09
3.80
7.25
4.48
4.17
6.83
5.04
4.72
6.43
6.52
6.25
4.10
0.6
4.08
3.80
6.97
4.47
4.18
6.50
5.04
4.79
4.82
6.50
2.05 68.52
0.9
3.29
1.65 49.98
3.31
1.61 51.33
3.34
2.53 24.03
6.27
2.05 67.36
1.2
6.70
2.29 65.83
7.39
2.64 64.27
3.28
2.52 23.16
6.68
2.05 69.37
Hasil terbaik yaitu pada kuat arus 1,2 selama 120 detik
13
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Mengapa ??? • Pada proses elektrokoagulasi diatas dapat diketahui bahwa warna mengalami penurunan. Penurunan warna disebabkan oleh proses adsorbsi, dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung pada permukaan zat padat (koagulan) dari proses elektrokoagulasi. Proses adsorbsi disini berfungsi untuk menyisihkan senyawasenyawa aromatik dan senyawa organik terlarut
14
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Kekurangan… .
• Pada analisa warna terdapat kekurangan yaitu analisa warna dilakukan dengan standar PtCo seharusnya dilakukan analisa terhadap warna yang diakibatkan oleh Fe2+ sehingga dapat diketahui hasil warna setelah proses elektrokoagulasi
YFe
= 3,316 YPtCo + 0,0229
15
ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Analisa DHL pada percobaan pendahuluan
30 detik
Arus
40 detik
60 detik
120 detik
DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) DHLo DHLf Eff(%) 0.3
416
404
3
460
414
10
450
404
10
406
392
3
0.6
436
420
4
454
432
5
430
416
3
444
414
7
0.9
442
434
2
436
426
2
448
426
5
442
414
6
1.2
446
432
3
448
420
6
462
420
9
460
406
12
Nilai DHL diperlukan dikarenakan diperlukan pergerakan ion dari katoda ke anoda sehingga proses ini dapat berjalan, penurunan nilai DHL dapat diindikasikan dengan penurunan kuat arus pada saat proses elektrokoagulasi berlangsung 16
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Mengapa ??? • Nilai DHL tinggi pada larutan dengan jumlah zat padat terlarut yang tinggi pula. Pada proses elektrokogulasi, semakin lama waktu operasi sehingga dosis yang dikeluarkan semakin meningkat akan meningkatkan efisiensi penurunan nilai TDS (Karamah, 2006)
17
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Penentuan Kebutuhan Kuat Arus dan Debit yang Digunakan pada Reaktor Kontinyu • Pada Percobaan Pendahuluan 1,2 Ampere ; 60 detik • Pada reaktor kontinyu, volume ruangan elektrokoagulasi sebesar 25 liter. Sehingga dibutuhkan arus sebesar : 25 x 1,2 Ampere = 30 Ampere Jadi dibutuhkan arus 30 A dengan debit 25 liter / menit.
25 liter/meni t Q 1, 66 liter / menit 30 Ampere 2 Ampere 18
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Semakin lama waktu proses elektrokoagulasi maka pembetukan H2 dan OH- semakin banyak sehingga semakin banyak pula jumlah kompleks yang mengikat polutan dan jumlah gas hidrogen. Dengan demikian jumlah polutan dalam larutan akan semakin berkurang (Putero. S.H. dkk, 2008). Oleh karena itu berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh besar kuat arus yang dibutuhkan untuk percobaan kontinyu sebesar 2A dengan debit yaitu 1,66 dm3/liter sehingga dilakukan variasi debit yaitu sebesar 1,66 l/menit ; 1,5 l/menit ; 1,25
l/menit ; 1 l/menit dan 0,75 l/menit 19
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa Kekeruhan pada percobaan Kontinyu
20
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu)
Mengapa ??? •
•
Berdasarkan hukum Faraday I diketahui bahwa jika semakin besar waktu yang digunakan untuk proses elektrolisis maka total muatan yang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini menyebabkan massa zat yang dihasilkan di elektroda juga semakin besar. Semakin besar massa zat yang dihasilkan di elektroda menyebabkan penurunan konsentrasi koloid menjadi semakin besar. Jadi efisiensi penurunan kekeruhan terbesar pada percobaan kali ini berada pada debit operasional sebesar 0,75 liter / menit yaitu sebesar 64 %
21
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa pH pada percobaan Kontinyu
debit (liter/menit) 1.66 1.5 1.25 1 0.75
pHo
pHf
d pH
7.6 7.6 7.62 7.6 7.85
7.4 7.3 7.22 7.3 7.62
-0.2 -0.3 -0.4 -0.3 -0.23
22
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa warna pada percobaan Kontinyu debit (liter/menit) 1.66 1.5 1.25 1 0.75
warna (mg/l PtCo)o 7.692 6.291 3.9975 4.0124 4.0938
warna (mg/l PtCo)t 4.6017 2.9935 1.3643 1.5249 2.6732
Eff (%) 40.175507 52.41615 65.871169 61.995315 34.701256
Jadi, penurunan warna terbesar berada pada debit operasional sebesar 1,25 liter / menit yaitu sebesar 65,87% untuk standar PtCo 23
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa DHL pada percobaan Kontinyu debit (liter/menit) 1.66 1.5 1.25 1 0.75
DHL
DHL
Eff (%)
440 350 372 430 480
426 340 340 370 400
3.1818182 2.8571429 8.6021505 13.953488 16.666667
Pada percobaan diatas dapat dilihat bahwa penurunan Daya Hantar Listrik terbesar saat debit aliran air mencapai 0,75 Liter / menit 24
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa Berat Besi Berdasarkan dari kondisi yang optimal maka didapatkan debit air yang digunakan adalah sebesar 0,75 liter / menit, dengan volume reaktor sebesar 196 L maka waktu operasional adalah selama t = V = 196 Liter = 4,4, jam Q 0,75 L/menit Apabila tanpa diperhitungkan densitas bahan, menggunakan hukum Faraday . Arus yang mengalir pada setiap rangkaian paralel sebesar 2 A, berat atom Besi = 56 , n (jumlah ekivalen elektron yang terlibat) = 3, maka jumlah masa yang teroksidasi atau terlarut sebesar:
Ixtxa 2Ax(4,4x3600)x56 m 6,128 gr nxF 3x96500 25
ANALISA DAN PEMBAHASAN (sistem kontinyu) Hasil Analisa Biaya elektrokoaguasi
Koagunan Kimia
P = V.I.h/1000 P = 9 x 2 x 4,4/1000 = 0,0792 KWh Biaya listrik = Rp 1200 x 0,0792 = Rp 95 Biaya besi = 0,006128 kg x Rp. 15.000 = Rp 45,96 Jadi total biaya yang dikeluarkan sebesar Rp 95 + Rp 45,96 = 140,96 tiap 196 L FeCl3 (kg) = 40 mg / liter. x 196 Liter = 0,007840 kg Jadi biaya yang diperlukan adalah sebesar Biaya (Rp) = 0,007840 kg x Rp.25.000,00 = Rp. 196.,00
26
Kesimpulan dan Saran • KESIMPULAN 1. Percobaan Pendahuluan Penurunan Kekeruhan 68,75% 1,2 A selama 60 det Penurunan Warna 69,37% 1,2 A selama 120 det 2. Percobaan Lanjutan Penurunan Kekeruhan 64% 0,75 Liter/menit Penurunan Warna 65,87% 1,25 Liter/menit 3. Analisa Biaya dan Berat Elektroda Terlarut Proses elektrokoagulasi 28% lebih murah dibanding bahan kimia Berat besi yang terlarut sebesar 6,128 gr tiap 196 liter air yang terolah 27
Kesimpulan dan Saran • Saran 1. 2. 3. 4.
Diperlukan analisa kadar besi (Fe) setelah operasi Diperlukan pengolahan lanjutan mereduksi warna kuning Pembersihan pada koloid yang terapung Analisa untuk tingkat kekeruhan lebih besar
28
TERIMA KASIH & Mohon Maaf
29
