Jurnal Sains dan Teknologi ISSN: 2085-1227
Lingkungan
Volume 1, Nomor 2, Juni 2009, Halaman 107-116
Kinetika AdsorpsiProses NOM pada Ail Permukaan dengan Zeolit dan Karbon Aktif
Studi
M. Rangga Jurusan Teknik
Sururi,
Reza EtihHusyaeri Hartarti,
Lingkungan ITENAS, JL. PHH.Mustafa 23, Bandung e-mail:
[email protected]
Abstrak
Natural organic matter (NOW merupakan prekursor produk samping pada pr Adsorpsi menpakan alternative proses pengolahan pendahuluan air baku. untuk media karbon dunkinetika zeolit aktif terhadap Penelitian ini ditujukan untukadsorpsimengetahui efektifitas sorpsi terbesar dalam penyisihan NOM sehingga diketahuimana yang media memiliki menyisihkan melaluiNOM kinetika adsorpsi.
Pada proses adsorpsi dengan karbon dun zeolit aktif pada NOM dalam air permukaan, model kinetik m ~ d edengan kinetika l orde I , karena memilikiqe nilai orde 2 dianggapbaik jika dibandingkan lebih (jumlah adsorbat yang teradsorpsi setimbangj pada sebesar waktu 0,29 mg/gr untuk karbon aktij dun sebesar 0,34 mg/gr. Media 0,336 mg/gr untuk zeolit.qe tersebut Nilailebih mendekatiqe experiment nilai zeolit pada percobaanmenyerap bahan ini dapatorganik c.:ami dalam air permukaan Lbih baik dengan dibandingkan dengan karbon aktif;adsorben karena polar yang zeolit sifar memiliki merupakan hidrofilik.
Kata kunci: Adsorpsi,
setimbang,
zeolit
karbon
aktif;
1. Pendahuluan Air baku dalam proses
pengolahan minum dapat berasal air
dan air angkasa. Namun pada
dari permukcx, air air tanah, mata air
umumnya untuk penyediaan
skala air kota, minum sumber air
yang digunakan berasal dari air permukaan dan mata
air,
baku
sedangkan untuk sistem individual
Fissanya digunakan air tanah. Umumnya
tanah, mata air
dan airair permukaan mengandung bahan organik, baik bahan organik
alami (Natural organic matter, NOM) ataupun bahan
organikberasal dari yang pc:;cemaran akibat
keg;?tan anthropogenic. NOM secara garis besar dapat dibap ~ e n j a ddua i yaitu: Particulat organic carbon (POC),
dengan ukuran diatas 0.45 pm, biasanya
organic carbon (DOC). DOC
dari kurang 10% NOM; dan Dissolved
merupakan bagian dari NOM yang sangat mempengaruhi kualitas air.
DOC sebagian Lzsar (80%) terdiri dari mareri hidrophobik ;an hidrophilik (Shon et al., 2006). Huinus merupakan
yangmateri terkandungm pada hampir
setiap dalam sumber air. Humus dapat
dihasikan secara alami dari proses dekomposisi tumbuhan (Anirldhac, 2008). Bahan zrganik merup~kanprekursor produk samping pada
proses desinfeksi - i r minum. Bahan
organik ber1,alogen ketika bereaksi dengan klor dapat menghasilkan Triha!:)mct;tn dengarr bentuk
108 M. Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri
CHx9 dimana x dapat
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
berupa C1, Br atau I, senyawa ini bersifat karsinogenik sehingga dapat
inerugikan kesehatan (Roosmini, 1991). Jika kita menggunakan ozon sebagai desinfektan aka1 membentuk produk sainping berupa adanya
maka reaksi antara akibat ozon dengan NOM
organik bahan dengan berat inolekul rendah, serta dengan
brom ionakan terbentuk produk samping berupa
halogen bahan yang dapat menimbulkan
gangguan terhadap kesehatan (USEPA, 1999). Skema reaksi
peinbentukan produk samping dengan
ozon dapat dilihat pada Gambar 1. Organic Precursors
Organic
Dari
pembentukan samping desinfeksi produkdengan ozon (USEPA, 1999)
uraian di atas maka sebelum dilakukan proses
untuk menyisihkan bahan
,Brorninaki Organic DB?s
pK, = 8.7 @ 25'~
Gambar 1. Skema
Aldehydes and
* Oxidized Organics
desinfeksi maka diperlukan proses pendahuluan
organik alami yang terkandung
sehingga dalam dapatairmeminimasi
peinbentukan produk sainping desinfeksi. Salah satu teknik yang memungkinkan untuk menyisihkan
organikbahan dalam air adalah dengan
menggunakan teknil: adsorpsi. Adsorpsi adalah peristiwa menempelnya sustu zat pada permukaan zat
lain
ketidakseimbangan karena gaya-gaya pada
permukaan. Adsorpsi merupakan suatu proses
peinisahan dimana komponen dari fase larutan berpindah ke permukaan fase padatan (Metcalf & Edy, 1991).
Peilelitian ini ditujukan unnll men get ah^; kinetika adsorpsi media
karbon aktif dan zeolit terhadap
penyisihan NOM . Sedangkan tujuannya adalah untuk mengetahui media mana yang memiliki efektifitas sorpsi terbesar dalam meuyisihkan NOM melalui
2. Metodologi
Langkah pengerjaan dala~npenelitian ini adalah:
kinetika adsorpsi.
Volume 1Nomor
Juni 2009 2
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan 109
a. Tinjauan Pustaka Pada
tahap
ini
studi pustaka ini dijadikan
dilakukan
identifikasi
bermanfaat acuan
sebagai
dalam
literatur
dan
dasar-dasar
menganalisa
jurnal
serta dalamdapat
data
hasil
melaks
penelitian.
b. Persiapan Penelitian
Sainpel
air
on site
dilakukan
permukaan. Pemeriksaan digunakan ini adalah'air dalam penelitian
yang
kekeruhan
terhadap
dan
Media
yang
paraineter
(Dissolved kandungan Oxygen), pH, oksigen
suhu.
digunakan
dalam
Bahan media yang akan di,ounakan
disaring
Ukuraninimasing-masing yaitu karbon
penelitian
digunakan sebcsai 1,68 mm-2,33 mm merupakan
media yang
Sampel
yangukuran tersedia di pasaran.
terlebih dahuiu agar
ukuran
homogtn. Setelah itu dilaicukan pencucian menggunaka~la~iladeslalu dengan suhu 105'~. Pemanasan
dilakukan
pori-pori
lebih
dalam
media
benar-benar media
dipanaskan
dalam
untuk kadar air dalam menghilangkan media
sehingga
terbentuk maksimaldan kinerja (Viariawan, 2004).
media
c. Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan yang
di Air Laboratorium Teknik Lingkungan Itenas. Adapun
digunakan
alat
dan
ini pada adalah: penelitian
Alat -
Labu
erlenmeyerml
300
- Pemutar (shaker)
i
- Timbangan e
~
Bahan -
Media
karbon
-
Media
zeolit
-
Air
-
ditimbang ~ainpelsebanyak rpm). Sebelum mengetahui
ukuran (1,68 mrn-+d sedang mm)
aquades
Setelah dilakukan ,
aktif (1,68ukuran inm-2,38 mm)sedang
pengukuran bahan organik kanaungan pada 30 seberat gram diinasukkan kedalam
labu
sampel,
erlenmeyer ml yang sudah terisi300
300 erlenrneyel ml. tersebut Labu kzmudian ditempatkan penelitian inti dilakukan nilai adsorbat jumlah yang
teriebih teradsorpsi
yangkemudian sudah
dahulu pada
air
shake.^diatas (:. = 105 dilakukanuntuk_ waktu
pen
setiinbang
-
Jurnal Sains dan
110 M.Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri
Teknologi Lingkungan
orgailik bahan dilakukail dalam rentang waktu selaina 1 jam, 3 jam, 6 jam,
Pengukuran kandungan 24 jam, dan 48 jam.
Pengukuran organik dilakukan bahan dengan metode titrasi permanganometri.
d. Analisa Data
Data
hasil
penelitian ini dianalisa
menggunakan dengan kinetika adsorpsi untuk melihat
(kecepatan) adsorpsi yang terjadi. Banyak model kinetika yang telah dapat menggambarkan reaksi orde dari sistein adsorpsi berdasarkan solusi konsentrasi kinetika ini
2 jenis yang ada
dua (Bulut, Ozacar,
biasa
dandari adsorben. kapasitas Persamaan
yaitu digunakan kinetika orde reaksi satu dan kinetika orde reaksi
sengil, dan2008). Dalain
studi
ini, yang dicari lebih sesuai mana untuk data
penelitian adsorpsi yang didapat. Reaksi orde satu Reaksi orde satu
yang kecepatannya suatu reaksi bergantung hanyalah pada salah satu
adalah
zat yang berealchi. Atau sebanding dengan salah satu pangkat reaktmnya. Persamaan orde reaksi m u dalam s sebagai berikut (Bulut, Ozacar, dun Sengil, 2008):
satu dinyatakan
Setelah diintegrasikan
dan
diaplikasikan saat terjadinya penyisihan adsorbat pada oleh adsorben
waktu (t) = 0 sampai t = t dan besamya penyisihan pada saat t = 0 (qo) sampai q = qt,
yaitu dari
maka persainaan
diatas
Untuk mendapatkan nilai kl dalam harm diubah
menjadi bentuk persamaan
menjadi:
menganalisis data kinetika nantinya maka persamaan (2-6) linear,
yaitu:
q,
= jumlah
adsorbat yang teradsorpsi pada waktu equilibrium (mg/gr)
q,
= jumlah
adsorbat yang
kl
= laju
t
= wabtu
adsorpsi (lljam) (jam)
teradsorpsi t waktu (mglgr) pada
laju
Volume 1Nomor 2 Juni 2009
Jurnal Sains dan
Keinudian
plotgrafik kedalam ln(q,-qt) terhadap t sehingga terjadi
titiknya
yang
dapat
g a r i ~lurus (y = mx + b) sehingga .
-
Teknologi Lingkungan 111
hubungan
linear
digainbarkan sebagai garis trendline nya untuk mendapatkan
persam
slope, nilai gradien dan interceptnya dapat diketahui.
Reaksi orde dua Reaksi orde dua adalah
suatu yang reaksi kelajuannya berbanding
dengan lurus hasil kali
konsentrasi
dua
reaktannya langsung atau berbanding .dengan kuadrat konsentrasi salah satu
reaktannya.
yang terjadi Jika adsorpsi mekanisme
adalah orde dua reaksi dimana
kecepatan
adsorpsi yang terjadi
berbanding lurus dengan dua konsentrasi
pengikutnyapengikut
berpangkat dua. Laju
kinetika adsorpsi reaksi orde dua dapat dinyatakan dalam persamaan
berikut (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):
Hasil integrasi persanlaan d i ~ t a sdiaplikasikan setelah terjadinya ikatan maka persamaan tersebut menjadi (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):
Dengan bentuk persainaan linearnya(Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):
dengan: kZ
= kesetimbangan
laju adsorpsi reaksi
dua orde (gfmg jam)
t
=waktu(jam)
q,
= jumlah
adsorbat yang
teradsorpsi
qt
= jumlah
adsorbat yang
teradsorpsi t waktu (mglgr) pada
I
Persamaan (6) diatas
juga
equilibrium pada (mglgr) waktu
dapat efektifitas menyatakan penyisihan adsorbat oleh
persamaan (6) dapat diaplikasikan dengan data penelitian yang ada maka
adsorben. Jika grafik dari t/q,
terhadap t akan membentuk sebuah garis lurus yang linear yang menipakan garis trendline dari titik-titik ycng ada,
garis dari tersebut dapat diketahui
(y = mx + b) yans merupzkan nilai slope dan gradienny?.
q, dan k2dari nilai
persamaan garis lurus
atau
1 1 2 M. Rangga Sururi; Etih
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
Hartarti; Reza Husyaeri
-
3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Karakteristik sampel a i r Karakteristik
air pennukaan sainpel yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Karakteristik Air S a m ~ e l
1 6,32 1
26,2
55
1
5,2 dan 4,8
1
67,15
Dari tabel diatas dapat dilihat sampel air memiliki kandungan organik awal sebesar 67,15 mg/L. Pada
penelitian
ini yang parameter mempengaruhi proses lain adsorpsi seperti pH, kekeruhan
dan
suhu dibiarkan p;da kondisi alartli dan tidak dikondisikan.
3.2. Kinetika adsorpsi bakan o~ganikpada samnel air Untuk menentukan mekanisme
laju adsorpsi dan suatu media maka dibutuhkan suatu pendekatan kinetika (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008). Pada penelitian
dengan menggunakan model yang dibahas yaitu
kinetika orde satu dan kinetika reaksi reaksi orde dua. Bnrdasarkan hasil
dengan
percobaan didapatkan nilai
experiment yang merupakan nilai qe
untuk
aktif
da,l zeolitkarbon
kinetikaini
penyisihan adsorbat per adsorben
pada kes~timbangan kondisi sebesar 0,34 mg/gr.
1 I
3.2.1. Adsorps; bahan orgraik dengan media karbon aktif a. Reaksi orde satu adsorpsi bahan organik dengan media karbon aktif Penentuan
ordereaksi satu
linier
kinetika
media
karbon
dilakukan dengan regresi linier menggunakan persamaan
I
3.
Regresi
6.
Regresi
kereaksi satu pada proses orde penyisihan bahan organik dengan menggunakan aktifpada Gainbar danat 2. dilihat
Dari Gainbar 2 diatas dapat dilihat bahwa persamaan garis yang didapatkan dari linearisasi adalah y = - 0 , 0 2 4 ~+ 1,869 dengan R* = 0,975. Dari persamaan garis tersebut dapat diketahui nilai kl yaitu 0,024 Vinenit dan nilai qe dari b. Reaksi orde
persamaan tersebut (qe teoritis) sebesar 0,15 mg/gr.
adscrpsi dua behan organik dengan media karbon aktif
Penentuan reaksi orde clua dilabukan dengan regresi linier menggunakan persamaan linier untuk kineti~areaksi media
karbon aktif dapat dilihat
dua ordepada proses penyisihan bahan organik dengan menggunakan Gambal pada 3.
Volume 1Nomor 2 Juni 2009
Jurnal Sains dan
-1,oo
--
-
4.4
-c 6
2.00
+
Series1 -Linear (Serlesl)
-i,9+*+
c
-2,SO -
-3,OO
-
y = 4,024~ 1,869 R' = 0,975
-1.50
--%
Teknologi Lingkungan 113
-
v -3,04
-3,50 1
Gambar 2. Kurva In (q,-q,) terhadap pada media t karbon aktif
R2= 0,992
Serlesl
Gambar 3. Kurva tlq, terhadap pada media t karbon aktif Dari
Gambar
+ 4,592
dengan R~ = 0,992.
slopenya adalah
garis berdasarkan linearisasi hasil adalah y = 3 , 3 7 5 ~ dilihat bahwa persamaan
3 dapat Dari
garis persamaan tersebut dapat
dengan 3,375 nilai tlrtercepmya adalah
4,592.
diketahui
nilai
Sehingga = llq, dan b
= nilai
l1(k2~2) artinya nilai k2 sebesar 2,48 gr/(mg jam), dan qe dari persamaan tersebut (qe teoritis)sebesar 0,29 mglgr.
3.2.2. Adsorpsi bahan
1
a. Reaksi
I
Penentuan reaksi hasil kondisi pada
organik
satu orde adsorpsi bahan
percobaan
orde
satu
zeolit dengan organik
dengan
dilakukan
dengan
media
Zeolit
regresi 3, berdasarkan linier
m
qc yang melupakan nilai didapatkan nilaipenyisihan adsorbat per adsorbpv paaa
kesetimbangan 0,34 mglgr. Regresi sebesar 4. Gambar
media
untuk liniermendapatkan nihi k
dapat
dilihat
-
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
114 M. Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri
-1,oo -
-
y = - 0 , 0 7 7 ~ 1,367 R' = 0,932
Series1
C
-Linear
-4.00
(Seriesl)
-5.37
-6.00
t (jam) I
Gambar 4. Kurva In (q,-q,) terhadap Dari -
Gambar 4 dapat
1,367
dan
dengan R2 = 0,932.
media
bahwagaris persamaan berdasarkan Dari
hasil
garis persamaan tersebut dapat
laj media u adsorpi
regresi
zeolit
nilai0,077 Vmin
kons~ntrasi terhadaporganik.
orde
linier
dua
untuk
zeolit regresi 6, perhitungan persamaan
dilakukan linier menggunakan dengan mendapatkan
nilai
k
+
dilihat
p
Seriesl
-Linear
(Seriesl)
I
I
Gambar 5. Kurva t/qt terhadap pada media t Gambar dapat di!ihat5 bahwa
dengan R2 = 0,978. 2,975 Gzngan nilai
dapat
y = 2,978x+ 7,693 R' = 0,978
100.M)
Dari interceptnya
+ b) krhadap persamaan sehingga nilai k2 dapat teoritis) sebesd 0,336 mglgr.
i
linearisasi = -0,077~
diketahuikl yaitu
Reaksi orde dua adsorpsi bahan organik dengan media
Penentuan reaksi
Dari
zeolit
qe persamsan dari tersebut (qe te0ritis)sebeser 0,25 mglgr. Besaran nilai kl menyatakan
besarnya
b.
dilihat
t pada
persamaan garis hasil tersebut persamaan dapat
zeolit
linearisasi diketahui
=
2 , 9adalah: 7 8 ~+ 7,693,
nilai
slope
7,693. Jikaadalahdilihat bentuk dari persamaan garis lurus (y = inx model reaKsi o rkinctika d ~dua maka nilai m = llq, dan dan
diketahui yaitu sebesar 1,15 gr/(mg jam), dan qe
dari
=
bl/(kzq?)
persamaan terszbut (qe
y dan -
Volume 1Nomor 2 Juni 2009
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
3.3. Perbandingan Model
Berdasarkan
Kinetika Adsorpsi Masing-masing Media
penelitian
diaplikasikan
yang
dilakukan garis lurus dari
kedua terhadap persamaan
pendekatan untuk mengetahui reaksi
satu orde dan
kinetika
kapasitas
kinetika
Untuk mengetahui komparasi hasil model
laju
persamaan yang
Masing-masing dilakukan
adsorpsinya
deng
dua.
padacocok penelitian untuk kinetikaditerapkanyang
regresi
yang
untuk proses adsorpsi bahan organik kinetika
orde
didapat data-data
adsorpsi.
dan
reaksi
inodel
parameter
115
didapatkan
pada alami air pada
sebelum
permukaan. Tabel 2
orde
satu
ini
dan
maka
ditentukan
merupakan orde
kompar
dua.
Tabel 2. Kom~arasi~arameterkinetika ~ a d setiau a adsorben
0.34 0.34
Ksrbon Aktif Zeolit Berdasarkan tabel 2,
di
baik aide 1 dan orde
antara
kedua
mendekati qe experiment adalah
0,29 mglgr untuk karbon aktif Pada Tabel 2
dapat
peubah
tingkat sailgat hubungan h a t . Namun jika
qe experiment (0,34 mglgr) dan ql hasil
mglgr dan untuk0,336
pada
dilihat
orde
nilai
memiliki hidrofilik,sifat dibandingkan (Viariawan,
regre
kesetimb
2 maka 2
komparasi adsorpsi antara kapasitas ke-2 media,
nilai
masing-masing
maka pada zeolit
dalampermukaan air dengan
dibandingkan dengan karbon aktif. Kondisi tersebut terjadi
hidropfobik
terikat
yang
zeolit.
percobaan ini dapat menyerap bahan organk alami yang
kinetika
korelasi
dari dan'q2 ordehasil dari 1 orde hasil mock1 kinetika dari
dilihat
0,992 0,978
adsorpsi model dapat kinetika dilihat bahwa model
memiliki nilai R~ diatas 0,95, artinya koefisien
2
orde reaksi tersebut inemiliki
paling
2,48 1,15
0,29 0,336
0,975 0,932
antara peubah bebas dan atauhuhungan derajat
kekuatan antara
0,024 0,077
0,15 0,25
lebih
b
karenainerupakan zeolit adsorben polar dengan aktif yang non karbon poiiir dan
bersifat
2004).
4. Kesimpulan dan Saran K2simpul-n dan
saran
dari
hasil
1. Kinetika pada proses adsorpsi dengan &lamidalam dengan
air
permukaan
R~nilai diatas 0,95.
penelitian media
adalah: karbon zeolit terhadap aktif
dan bahan
dm untuk 2 memiliki model nilai korelasiorde yang senzat 1 hat
or
-
Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan
116 M. Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri
adsorpsi dengan proses
2. Pada
permukaan, kinetika
karbon
model
zeolit
dengan
lebih
yang memiliki
dan
qe hasil nilai
bahan dengan
percobaan,
organik dalam air alami permukaan
baik
dengan
sifat
m254 dalam menentukan
pada
padaini dapat percobaan menyerap bahan dibandingkan hidrofilik.
kandungan
adsorben karbon polar aktif,
.-
lanjutan, dengan melakukan penelitian penelitian
4. Diperlukan
zeolit
jika dibandingkan baik orde lebih
q2 yang lebih mendekati memiliki nilai
1, karena orde
3. Media
2 dianggap kinetika
aktif
dengan zat
memperhatikan
organik metode titrimetri selain ~sbagai mengguna
perbandingan.
Daftar Pustaka
Bulut
Ernrah, O z x a r Mahmut, Sengi1 Ayhan I. (2008). Adsorption Of Malachite Bentonite: Equilibrium And Kinethics Studies And Process Elsevier. 115.234-256. Mesoporous Materials.
Metcalf dan Hill.
Edy.
Green O Design.
(2004). Waste Water Engineering: Treatment And Reuse. Singapore: Mcgraw-
Roosmini Dwina. Magister, Departemen
(1991). Trihdc=letan Pembentukan dalarn Teknik IT3, Bandung. Lingkungan
Dermukaan, Air Senyawa Tesis
Erdei, L.., Kim, Jong-Ho. of natural organic (2006). matter Shon, H kyong., 124. and its effect in water, Journal korean Ind, engineering, chemical, 17, 119-
Constituent (NOM)
T.S. Anirudhan, S. Suchithra, P. S. Rijith. (2008). Amine-modified polyacrylamide-bentonite composite for the adsorption inofaqueous humic acid solutions. Elsevier. 326. 147-1 56. USEPA. (1
a
999). Alte; , d i v e disinfectants and oxidants guidance manual, EPA, 8 15-R-99-014.
Viariawan, Febbi Studi Pemanfaatan A. (2004). Tempurung Kelapa Sawit Sebagai Bahan Dasar Cold Rolling Mill. Bandung: Karbon Aktif Granular Pada Pengolahan Akhir Liw bah Cair Tugas Akhir Teknik Lingkungan ITB. Yuri Ir?.wan'dan Petrus. (2004). Pengolahan Limbah Zat Cair Warna (Disperse Red 17) di Industri Tekstil Melalui Proses Adsorpsi Dengan Zeolit dan Karbon Aktif Sebagai Adsorben. Bandung: Tugas Akhir Teknik Itenas. Kimia
