STUDI KEMAMPUAN LUMPUR ALUM UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI FOSFAT PADA LIMBAH INDUSTRI PUPUK Ririh Asmawati Laboratorium Pengendalian Pencemaran Udara Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS email:
[email protected] Abstrak Lumpur alum pada penelitian ini dipanaskan dengan suhu 105oC selama15 menit (untreated) dan dibakar pada suhu 400oC selama 3 jam (treated). Proses adsorpsi pada penelitian ini dilakukan dengan sistem batch. Waktu kontak, pH, dan dosis optimum lumpur alum untreated dan treated untuk menurunkan konsentrasi fosfat yaitu: 60 menit, pH 3, 52 g/L lumpur alum untreated dan 44 g/L lumpur alum treated. Lumpur alum untreated dan treated mampu menurunkan persen removal fosfat limbah industri pupuk fosfat 91% dan 86%. Isoterm adsorpsi pada percobaan ini mengikuti model Freundlich dengan kapasitas adsorpsi 1,4 mg PO43/ -g dan untuk 1,6 mg PO43-/ g untuk lumpur alum untreated dan treated. Adsorpsi kinetiknya mengikuti model orde dua semu. Kata kunci: adsorpsi, fosfat, industri pupuk, lumpur alum This study showed that the optimum adsorption conditions of artifial wastewater were a dosage alum sludge untreated of 52 g/L and alum sludge treated of 44 g/L, a contact time of 60 minutes, and a pH of 3. Untreated and treated alum sludge can be remove phosphate concentrations from fertilizer factory wastewater with removal percentage 91% and 86% respectively. The best-fit adsorption model of untreated and treated alum were Freundlich model with adsorption capacity 1,4 mg/PO43-g and 1,6 mg/PO43-g, respectively. Kinetic model was pseudo-second order. Key-word: adsorption, alum sludge, fertilizier, phosphate
1
1.
Pendahuluan
1.1
Latar Belakang Lumpur alum merupakan salah satu hasil limbah dari
Instalasi Penjernihan Air yang
menggunakan koagulan aluminium sulfat (Al2SO4) untuk menurunkan kekeruhan air baku. Lumpur alum yang dibuang ke sungai tanpa pengolahan terlebih dahulu menyebabkan pencemaran karena mengandung beberapa zat kimia seperti Al, Fe, Mg dan Ca (Georgantas dan Gigoropoulou, 2005). Beberapa teknik untuk mengolah lumpur alum antara lain asidifikasi, pemisahan dengan membran (Petruzzeli et al., 2000 dalam Georgantas dan Gigoropoulou, 2005). Salah satu limbah yang dihasilkan industri pupuk fosfat adalah fosfat dengan konsentrasi tinggi sehingga memerlukan pengolahan sebelum dibuang ke badan air. Fosfat yang langsung dibuang ke badan air apabila konsentrasinya melebihi baku mutu 0,2 mg/L menyebabkan pencemaran dan mengakibatkan eutrofikasi (Das et al., 2006). Studi yang sudah dilakukan untuk menurunkan konsentrasi fosfat antara lain: kristalisasi, elektrodialisis, osmosa balik (reverse osmosis). Metode tersebut apabila diterapkan memerlukan biaya yang cukup mahal, oleh karena itu digunakan alternatif alami dengan memanfaatkan TNAC (Bhargava, 1993), fly ash (Oguz, 2005), dan red mud (Chang-jun et al., 2007), lumpur alum (Yang et al., 2006). Teknik pengolahan lumpur alum dengan metoda asidifikasi dan pemisahan dengan membran memerlukan
biaya yang mahal sehingga lumpur alum dimanfaatkan sebagai adsorben untuk
menurunkan konsentrasi fosfat (Yang et al., 2006). Lumpur alum mengandung oksida logam Al2O3, SiO2. Oksida logam tersebut akan berinteraksi dengan fosfat pada saat proses adsorpsi. Selain untuk menurunkan konsentrasi fosfat, lumpur alum juga bisa digunakan untuk menurunkan konsentrasi flourida (Sujana et al., 1998), dan timbal (Chu, 1999).
2
1.2
Rumusan Masalah 1. Bagaimana kondisi optimum penurunan konsentrasi fosfat dengan penambahan adsorben lumpur alum? 2. Berapa besar kemampuan adsorben lumpur alum dalam menurunkan konsentrasi fosfat? 3. Model isoterm adsorpsi dan kinetika apakah yang sesuai dengan penelitian yang dilakukan?
1.3
Tujuan Penelitian 1. Menentukan dosis lumpur alum, pH, dan waktu kontak optimum yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi fosfat. 2. Menentukan kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi fosfat pada limbah industri pupuk secara batch. 3. Menentukan model isoterm adsorpsi dan kinetik adsorpsi
1.4
Landasan Teori
Lumpur alum mampu menurunkan orthophosphate 15-70% (Brown et al. 1995 dalam Galarneau dan Gehr, 1997). Pemanfaatan lumpur alum selain untuk menurunkan konsentrasi fosfat pada air limbah sintetis, air limbah domestik dan air limbah industri (Galarneau dan Gehr, 1997) juga dapat digunakan untuk mengurangi konsentrasi flourida (Sujana et al., 1998), dan Pb (Chu, 1999). Klasifikasi fosfat berdasarkan sifat fisis yaitu fosfat terlarut, fosfat tersuspensi, dan fosfat total. Berdasarkan ikatan kimia, senyawa fosfat dibedakan dalam beberapa klasifikasi yaitu: orthophosphate, condensed phosphate (piro, metha, dan polyphosphate lainnya), dan organic phosphate (AWWA, 1990). Ortofosfat banyak dijumpai pada air buangan yang telah tercemari pupuk. Contoh orthophosphate PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4 (Metcalf dan Eddy, 1991). Polifosfat berasal dari air buangan penduduk dan industri yang menggunakan detergen mengandung fosfat. Fosfat organik terdapat dalam air buangan penduduk (tinja) dan sisa makanan. Penyisian fosfat bisa dilakukan secara biologis, kimia, fisik (kristalisasi, elektrodialisis, osmosa balik), dan adsorpsi. Adsorpsi adalah terserapnya atau terikatnya suatu substansi (adsorbat) 3
pada permukaan yang dapat menyerap (adsorben). Adsorpsi dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: adsorpsi fisik, kimia, pertukaran. Adsopsi fisik terjadi karena adanya gaya Van der Walls dan reaksinya berlangsung secara bolak-balik. Adsopsi kimia terjadi antara adsorbat dengan adsorben yang larut dan reaksinya berlangsung tidak secara bolak-balik. Adsorpsi pertukaran adalah adsorpsi yang terjadi karena gaya tarik-menarik antara adsorbat dan permukaan adsorben. Adsorben yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi fosfat yaitu: layered double hydroxides (LDHs), lantanum dan aluminium, EMHS (Electrocoagulated Metal Hydroxides Sludge), furnace slag, red mud, Iron OxideTailings, Basic Oxigen Furnace Slag, Hydrotalcite Coir Pith, lumpur alum. Isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mengetahui interaksi antara larutan dengan adsorben dan kemampuan optimum yang dapat dicapai oleh adsorben. Isoterm adsorpsi yang sering digunakan yaitu isoter Freundlich dan Langmuir. Model kinetik digunakan untuk menjelaskan mekanisme adsorpsi yang tergantung pada karakteristik fisik atau kimia dari adsorben. Adsorpsi kinetik penting untuk mengambarkan effisiensi adsorpsi (Krishnan dan Haridas, 2008). Model Kinetik digunakan yaitu orde satu semu dan orde dua semu. 2.
Metodologi
A.
Prosedur
2.1
Analisis Karakteristik Lumpur Alum Analisis XRF untuk menentukan komposisi unsur dari suatu bahan padatan maupun cairan.
Sinar-X yang dihasilkan elektron dilewatkan melalui suatu kolimator untuk menghasilkan berkas sinar yang kohoren. Berkas sinar tersebut kemudian didifraksikan oleh kisi kristal yang sudah diketahui nilai d-nya. Intensitas sinar-X kemudian diukur untuk setiap unsur pada standar yang telah diketahui konsentrasinya. Analisis SEM dengan Zeiss, SEM digunakan untuk mengetahui morfologi padatan. Elektron ditembakkan ke lintasan yang memiliki kevakuman yang tinggi. 4
Molekul gas akan menangkap elektron sehingga elektron yang terhambur akan mengenai benda uji. Analisis BET untuk menentukan luas permukaan dan volume pori suatu padatan. 2.2
Analisis Kualitas Air Limbah Awal Analisis kualitas air limbah awal bertujuan untuk mengetahui karakteristik limbah awal
sebelum percobaan dan digunakan sebagai acuan pembuatan limbah artificial. Parameter yang dianalisa adalah konsentrasi fosfat dan pH. 2.3
Uji Kelarutan Fosfat Uji kelarutan fosfat dilakukan untuk menentukan pH saat fosfat mulai mengendap. Uji
kelarutan fosfat dilakukan pada pH 5-11dengan konsentrasi awal larutan fosfat 8,59 mg/L. 2.4
Uji Kecepatan Pengadukan Uji kecepatan pengadukan pada penelitian ini dilakukan pada kecepatan 30; 100 dengan
waktu kontak 90 menit dosis lumpur alum 16 g/L dengan konsentrasi awal fosfat 215 mg/L dan 150 rpm dosis lumpur alum 16 g/L dengan konsentrasi awal fosfat 142 g/L. 2.5
Penelitian Adsorpsi pada Limbah Artificial/Buatan Penelitian dilakukan secara batch dengan menggunakan sampel buatan untuk menentukan
nilai dosis lumpur alum, pH, dan waktu kontak optimum. Variasi yang digunakan antara lain : : 5;15;30;45;60;90 menit
1.
Variasi waktu adsorpsi
2.
Variasi dosis antara lain :12;20;28;52g/L lumpur alum
untreated dan 20;28;44;52g/L
lumpur alum treated 3.
Variasi pH antara lain
: pH 3;4,5;6;7
5
2.6
Penelitian Adsorpsi pada Limbah Industri Pupuk Sampel pada penelitian ini menggunakan limbah industri pupuk fosfat. Limbah fosfat dari
industri pupuk dianalisis pada dosis, pH, dan waktu kontak optimum yang didapat dari penelitian yang menggunakan limbah buatan. B.
Bahan Bahan-bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah:
1.
Lumpur Alum, Lumpur alum diambil dari IPAM Ngangel III Surabaya. Pertama, lumpur alum dikeringkan pada oven dengan suhu 105°C sampai kering lalu ditumbuk dengan lumpang dan diayak dengan ayakan 200 mesh. Lumpur alum yang dikeringkan pada suhu 105oC disebut lumpur alum untreated. Kedua, setelah lumpur alum kering dikalsinasi 3 jam dengan suhu 400°C. Lumpur alum tersebut dinamakan lumpur alum treated.
2.
Limbah buatan fosfat, limbah buatan fosfat menggunakan K2HPO4.
3.
Limbah fosfat, Limbah fosfat asli diambil dari limbah industri pupuk fosfat.
C.
Alat
Alat-alat yang digunakan untuk penelitian ini dari laboratorium jurusan Teknik Lingkungan. Peralatan yang harus disiapkan sebelum digunakan dalam penelitian ini adalah : 1.
Orbital shaker, digunakan sebagai alat untuk
pengadukan. Orbital shaker yang digunakan
innova 2000. 2.
Spectrophotometer, digunakan untuk menganalisa
fosfat. Sebelumnya dilakukan kalibrasi
panjang gelombang dan pembuatan kurva kalibrasi untuk untuk penentuan
panjang
gelombang optimum dan menentukan konsentrasi fosfat. 3.
pH meter, digunakan untuk mengukur nilai pH. pH meter yang digunakan Denver dan kalibrasinya dilakukan secara teratur setiap dua minggu sekali dengan buffer pH 4,7,10.
6
4.
Neraca analitik, digunakan untuk menimbang banyaknya lumpur yang akan digunakan dalam percobaan. Neraca analitik yang digunakan Denver Instrument Company AA-200.
7
