SIDANG HASIL TUGAS AKHIR
Aplikasi Pasangan Elektroda Al – Al untuk Pengolahan Air Bersih dengan Sistem Kontinyu Oleh: Karina Rindang Trapsilasiwi 3306.100.030
Dosen Pembimbing : Abdu Fadli Assomadi, S.Si., MT.
Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010
BAB I PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH RUANG LINGKUP TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN
LATAR BELAKANG Kegiatan Manusia
Kualitas Air Baku Air Minum
Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan Air
Efisiensi Pengolahan
Harga Pengolahan
Jumlah Penduduk
ELEKTROKOAGULASI
Metode Alternatif Pengolahan
RUMUSAN MASALAH • Pengaruh waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem batch. • Pengaruh debit aliran dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu. • Perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektrokoagulasi dengan metode jartest.
RUANG LINGKUP • Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium di laboratorium PDAM Karang Pilang Surabaya menggunakan sistem batch dan dilanjutkan dengan sistem kontinyu. • Sampel yang digunakan adalah sampel effluen prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya yang merupakan air influen proses flash mix PDAM Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria: – Kekeruhan = 100 - 150 NTU – pH =6-8
Lanjutan… • Elektroda yang digunakan adalah plat Alumunium (Al) sebagai anoda dan katoda. • Jarak antar plat 1,5 cm dan tegangan yang digunakan 9 Volt • Variasi yang digunakan pada sistem batch adalah : – Variasi waktu kontak: 30, 40, 60, 120 detik – Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 Ampere.
Lanjutan… • Variasi yang digunakan pada sistem kontinyu adalah : – Variasi debit
• Parameter yang diukur pada sistem batch adalah kekeruhan, warna, pH, dan konduktivitas. • Parameter yang diukur pada sistem kontinyu adalah kekeruhan warna, pH, dan konduktivitas
TUJUAN PENELITIAN • Menentukan pengaruh waktu kontak dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem batch. • Menentukan pengaruh debit aliran dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu. • Menganalisa perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektokoagulasi dengan metode jartest.
MANFAAT PENELITIAN Memberikan alternatif pengganti bahan kimia (alum) pada pengolahan air minum PDAM.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ELEKTROKIMIA ELEKTROKOAGULASI Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi Logam Yang Digunakan Reaksi Yang Terjadi Pelarutan Logam
ELEKTROKIMIA • Menurut Sawyer et al. (1995), elektrokimia adalah studi mengenai hubungan antara reaksi kimia dengan energi listrik. • Menurut Benefield et al. (1982), ada dua macam sel elektrokimia, yaitu : – Sel Galvani atau Sel Volta – Sel Elektrolisa
ELEKTROKOAGULASI • Definisi Elektrokoagulasi : – Menurut Holt et al. (2004) metode elektrokimia untuk pengolahan air dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen
– Menurut Mollah (2004) proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisik dengan
menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air
Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi
Logam Yang Digunakan •
•
Alumunium merupakan logam yang sering digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrokoagulasi. Ion positif (kation) aluminium yang terlepas (tergantung pada kondisi polutan, pH, dan konsentrasi larutan) secara langsung berinteraksi dengan polutan dan akan terjadi hidrolisa membentuk ion kompleks.
Reaksi Yang Terjadi Reaksi elektrokimia dengan logam M sebagai anoda sekaligus katoda adalah sebagai berikut : • Pada Anoda : M(s) M(aq)n+ + ne(2.1) 2 H2O(l) 4H+(aq) + O2(g) + 4e(2.2) • Pada Katoda : M(s) (2.3) M(aq)n+ + ne2 H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH(2.4)
Pelarutan Logam Ixtx M r w= nx F Dimana :
w
= berat aluminium yang larut (gram)
I
= kuat arus yang digunakan (Ampere)
t
= waktu kontak (detik)
Mr
= berat molekul aluminium, yaitu 27 gram. Mol
n
= valensi aluminium, yaitu 3
F
= konstanta Faraday, 96500 Coulomb/mol
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Kerangka Penelitian Reaktor Elektrokoagulasi Sistem Batch Sistem Kontinyu
Kerangka Penelitian Ide Penelitian Studi Literatur Persiapan alat dan bahan
Persiapan Bahan :
Persiapan Alat :
• Sampel yang berasal dari effluen proses prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria : Kekeruhan : 100 -150 NTU pH :6-8
• Reaktor dari akrilik 10x10x15cm (Batch) • Reaktor dari kaca (kontinyu) • Elektroda Alumunium • Adaptor dll
A
C
Lanjutan… A
D
Percobaan Pendahuluan (Sistem Batch) : • Variasi waktu kontak : 30; 40; 60; 120 detik • Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 ampere • Tegangan : 9 V, jarak antar elektroda : 1,5 cm • Menggunakan elektroda Alumunium (Al) • Pengadukan dengan Magnetik Stirer (200rpm dan 50rpm) Waktu kontak dan kuat arus yang paling optimum B
Lanjutan… B
D
Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) : Waktu kontak dan kuat arus paling efektif dari percobaan pendahuluan digunakan sebagai acuan untuk menentukan kuat arus dan variasi pada variabel debit yang digunakan di dalam Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) •Variabel debit Menggunakan elektroda Alumunium (Al) Tegangan : 9 V Jarak antar elektroda : 1,5 cm Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran
C
Reaktor Elektrokoagulasi
Efluen prasedimentasi
Gambar Reaktor dengan Sistem Batch
Lanjutan…
Gambar Reaktor dengan Sistem Kontinyu
BAB IV DATA &PEMBAHASAN SISTEM BATCH
Analisa Kekeruhan Analisa Warna Analisa DHL Analisa pH Perbandingan dengan Jartest
SISTEM KONTINYU
Analisa Kekeruhan Analisa Warna Analisa DHL Analisa pH Analisa Efisiensi Arus
ANALISA BIAYA
SISTEM BATCH No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Perlakuan Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 Perlakuan 5 Perlakuan 6 Perlakuan 7 Perlakuan 8 Perlakuan 9 Perlakuan 10 Perlakuan 11 Perlakuan 12 Perlakuan 13 Perlakuan 14 Perlakuan 15 Perlakuan 16
Kombinasi Variasi (Waktu Kontak dan Kuat Arus) 30 detik dan 0,3 Ampere 30 detik dan 0,6 Ampere 30 detik dan 0,9 Ampere 30 detik dan 1,2 Ampere 40 detik dan 0,3 Ampere 40 detik dan 0,6 Ampere 40 detik dan 0,9 Ampere 40 detik dan 1,2 Ampere 60 detik dan 0,3 Ampere 60 detik dan 0,6 Ampere 60 detik dan 0,9 Ampere 60 detik dan 1,2 Ampere 120 detik dan 0,3 Ampere 120 detik dan 0,6 Ampere 120 detik dan 0,9 Ampere 120 detik dan 1,2 Ampere
Analisa Kekeruhan
Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan kekeruhan terbesar yaitu 87%
Analisa Warna
Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan warna terbesar yaitu 59,03%
Analisa DHL
Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan DHL terbesar yaitu 27,60%
Analisa pH
Lanjutan…
Kombinasi variasi kuat arus dan waktu kontak yang digunakan pada masing-masing perlakuan, mengakibatkan terjadinya perubahan nilai pH di dalam air sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan meningkat serta menurun.
Perbandingan dengan Jartest No
1 2
Pengamatan
Kekeruhan % Removal Kekeruhan
3
Warna
4
% Removal Warna
5
DHL
6
% Removal DHL
7
pH
Metode Elektrokoagulasi Sebelum Setelah proses proses 120 NTU 15,6 NTU
Metode Jartest Sebelum proses 105 NTU
87%
2,7035 mg/l Pt-Co
87,60%
1,1076 mg/l Pt-Co
2,7337 mg/l Pt-Co
59,03% 435 µmhos/cm
1,0857 mg/l Pt-Co
60,28%
315 µmhos/cm
446 µmhos/cm
27,60% 7,58
Setelah proses 13 NTU
404 µmhos/cm
9,42% 7,56
7,45
7,25
Lanjutan… Hasil Pengamatan : Waktu pembentukan flok pada proses elektrokoagulasi lebih cepat daripada jartest. Flok dari proses elektrokoagulasi berukuran lebih besar dengan kandungan air yang sedikit dan lebih stabil. Lumpur yang dihasilkan dari proses elektrokoagulasi relatif sedikit, stabil, dan mudah dipisahkan karena berasal dari oksida logam.
Lanjutan… Perhitungan Biaya Pengolahan : 1. Metode Elektrokoagulasi
Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi : = Tarif listrik total + Harga total plat Al = Rp 0,13365/Liter + Rp 0,6/Liter = Rp 0,73365/Liter
2. Metode Jartest
Harga total yang diperlukan untuk metode jartest : = Dosis alum x Harga alum per gram = 0,04 gram/L x Rp 2.700/kg = Rp 0,108/Liter
Lanjutan… Metode jartest masih lebih murah bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi. Namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia. Pada metode elektrokoagulasi, ion Al3+ yang digunakan sebagai koagulan bersifat lebih murni dikarenakan berasal dari logam yang memiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahan kimia. Disamping itu, pada metode pembubuhan bahan kimia berupa alum diperlukan penambahan larutan yang bersifat basa, dikarenakan pH yang dihasilkan dari proses koagulasi tersebut cenderung turun drastis. Sehingga biaya operasional dari penggunaan bahan kimia dapat lebih mahal bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi.
SISTEM KONTINYU Perhitungan debit dan kuat arus yang digunakan : Qelektrokoagulasi
=
volume td
=
24,5L 120detik
= 0,2 L/detik = 12 L/menit
Kuat arus kontinyu
I kontinyu 5
=
10Ampere = 5
= Ibatch x Qelektrokoagulasi = 0,9 A x 12 L/menit = 10,8 A ≈ 10 A
Qelektrokoagulasi 12 L
5 menit 5
2 Ampere = 2,5 L/menit
Lanjutan… Variasi Perlakuan pada Sistem Kontinyu
No
Perlakuan
Kombinasi Variasi (Kuat Arus dan Debit)
1
Perlakuan 1
2 Ampere dan 2,5 L/menit
2
Perlakuan 2
2 Ampere dan 2 L/menit
3
Perlakuan 3
2 Ampere dan 1,5 L/menit
Analisa Kekeruhan
Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan kekeruhan pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan % perubahan kekeruhan dapat terjadi pada waktu lebih cepat.
Analisa Warna
Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan warna pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan % perubahan warna dapat terjadi pada waktu lebih cepat.
Analisa DHL
Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan DHL pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan % perubahan DHL dapat terjadi pada waktu lebih cepat.
Analisa pH
Kombinasi variasi debit aliran dan waktu pengambilan sampel mengakibatkan terjadinya perubahan nilai pH di dalam air sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan meningkat serta menurun.
Analisa Efisiensi Arus Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit) Berdasarkan hasil penimbangan • Berat awal plat Al (w1) = 2398 gram • Berat akhir plat Al (w2) = 2395,3 gram • Berat plat Al yang melarut (w) = w1 – w2 = 2398 – 2395,7 = 2,3 gram Secara teoritis • w =
IxtxMr nxF
2 Ax14400 det ikx 27 • w= 3 x 96500 • w = 2,686 gram
Lanjutan… Berdasarkan hasil perhitungan berat plat terlarut dengan penimbangan maupun secara teoritis, maka dapat dihitung efisiensi arus yang terjadi, yaitu sebesar : ∆ M exp Φ = x 100 ∆ Mtheo =
2 ,3 2 , 686
= 85,63%
x 100
ANALISA BIAYA Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit)
Tegangan (V) = 9 Volt Kuat arus (I) = 2 Ampere Waktu operasi (t) = 240 menit = 14400 detik Debit aliran (Q) = 2,5 L/menit Volume sampel yang diolah =Qxt
= 600 Liter Daya (P)
=VxI = 9volt x 2Ampere = 18 watt
Lanjutan… Energi listrik yang dibutuhkan (W) untuk 600L sampel =Pxt W
= 0,072 kwh (per 600 liter) Energi listrik yang dibutuhkan (W) per liter W = 0,00012 kwh/liter Tarif listrik total = W x Tarif listrik/kwh = 0,00012 kwh/L x Rp 495,00/kwh = Rp 0,0594/Liter
Lanjutan… Berat plat Al yang melarut
= 2,3 gram (per 600 liter)
Berat plat Al per liter = 0,0038 gram/liter Harga total plat Al
= Rp 0,228/Liter Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi : = Tarif listrik total + Harga total plat Al = Rp 0,0594/Liter + Rp 0,228/Liter = Rp 0,2874/Liter = Rp 287,4/m3
BAB IV KESIMPULAN & SARAN KESIMPULAN SARAN
KESIMPULAN Hasil dari percobaan pendahuluan dengan menggunakan sistem batch didapatkan bahwa waktu kontak selama 120 detik dan kuat arus sebesar 0,9A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 87% dan 59,03%. Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem kontinyu didapatkan bahwa debit aliran sebesar 1,5 L/menit dan kuat arus sebesar 2A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 84,15% dan 52,43%.
Metode jartest lebih murah 7x daripada metode elektrokoagulasi, namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia tersebut.
SARAN Perlu dilakukan analisa lebih lanjut dengan menggunakan variasi kekeruhan sampel pada sistem kontinyu. Perlu dilakukan analisa sisa ion Al3+ yang terdapat pada air hasil pengolahan dan dibandingkan dengan metode jartest.
