UNIVERSITAS INDONESIA

UNIVERSITAS INDONESIA

IDENTIFIKASI LAJU REAKSI PENYISIHAN LINEAR ALKYLBENZENE SULFONAT, AMONIA, BESI, DAN MANGAN MELALUI PROSES HIBRIDA OZONASI DAN TEKNOLOGI MEMBRAN

SKRIPSI ARDHIAN SOLICHIN 0806367815

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPOK JUNI 2011

Identifikasi laju..., Ardhian Solichin, FT UI, 2011

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Nama

: Ardhian Solichin

NPM

: 0806367815

Tanda Tangan :

Tanggal

: Juni 2011



KATA PENGANTAR

Bismillahirahmanirrahim Puji syukur saya panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karuniaNya sehingga penyusunan skripsi yang berjudul “Indentifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkylbenzene Sulfonat, Amonia, Besi dan Mangan Melalui Proses Hibrida Ozonasi dan Teknologi Membran” dapat terselesaikan dengan baik. Penyusunan skripsi ini adalah salah satu dari tugas akhir yang harus dilakukan untuk memenuhi persyaratan dalam penyelesaian pendidikan Strata Satu (S1) di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini, saya menguncapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Eva Fathul Karamah, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang begitu sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingannya serta telah mengorbankan waktu dan tenaga dalam penyusunan skripsi ini. 2. Kedua orang tua dan keluarga saya yang telah banyak memberikan support kepada saya. 3. Teman-Teman angkatan 2008, yang banyak membantu dalam menyelesaikan skripsi ini. 4. Serta pihak-pihak lain yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satupersatu dan terutama kepada wiji suryandari atas doa, cinta, dan dukungannya. Semoga Allah memberikan imbalan serta amal baik atas budi luhur Bapak/Ibu tersebut diatas. Saya menyadari bahwa dalam skripsi ini terdapat banyak kekurangan, untuk itu saya sangat membutuhkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhirnya, saya berharap agar dimasa yang akan datang tesis ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.

Depok, Juni 2011 Ardhian Solichin


HALAMAN PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademis Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama

: Ardhian Solichin

NPM

: 0806367815

Program Studi

: Teknik Kimia

Departemen

: Teknik Kimia

Fakultas

: Teknik

Jenis Karya

: Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Nonekslusif (Non-exclisive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

Indentifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkylbenzene Sulfonat, Amonia, Besi dan Mangan Melalui Proses Hibrida Ozonasi dan Teknologi Membran

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Nonekslusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di

: Depok

Pada Tanggal : Juni 2011 Yang menyatakan

(Ardhian Solichin)


ABSTRAK

Nama:

Ardhian Solichin

Judul :

Identifikasi

Laju

Reaksi

Penyisihan

Linear

Alkilbenzene

Sulfonat, Amonia, Besi, dan Mangan Melalui Proses Hibrida Ozonasi dan Teknologi Membran

Salah satu metode pengolahan air konsumsi terhadap pencemaran organik ataupun logam terlarut adalah dengan metode hibrida gabungan ozonasi dan filtrasi dengan membran. Ozonasi digunakan untuk mengurangi fouling pada membran, selain itu juga ozonasi digunakan sebagai pretreatment awal untuk meningkatkan kerja filtrasi membran seperti meningkatkan suhu. Membran digunakan untuk menyaring limbah atau bahan pencemar pada air. Untuk mengetahui besarnya reaksi penyisihan limbah dapat dilihat pada nilai konstanta laju reaksi tersebut. Dari percobaan dilakukan sebanyak 3 tingkat maka nilai konstanta reaksi untuk masing masing limbah adalah 1,59 x 10-9 mol/s, 1,56 x 10-9 mol/s, dan 2,14 x 10-9 mol/s untuk LAS. 1,89 x 10-8 mol/s, 1,19 x 10-12 mol/s, dan 5,07 x 10-8 mol/s untuk Amonia. 3,34 x 10-10 mol/s, 1,67 x 10-10 mol/s, dan 9,71 x 10-9 mol/s untuk mangan. 1,38 x 10-8 mol/s, 2,95 x 10-8 mol/s, 9,43 x 10-7 mol/s untuk besi.

Kata kunci : Ozonasi, fouling, filtrasi membran, hibrida.


DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL

i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

ii

HALAMAN PENGESAHAN

iii

KATA PENGANTAR

iv

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

v

ABSTRAK

vi

DAFTAR ISI

vii

DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR GAMBAR

x

1.

PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Rumusan Masalah

5

1.3 Tujuan Penelitian

5

1.4 Batasan Masalah

5

1.5 Sistematika Penelitian

6

TINJAUAN PUSATAKA

7

2.1 Besi (Fe)

7

2.2 Mangan (Mn)

9

2.3 Amonia (NH3)

10

2.4 Linier Alkil Benzen Sulfonat (LAS)

12

2.5 Kinetika Reaksi Langsung Ozon

14

2.6 Penerapan Kinetika Kimia

15

2.7 Penentuan Model Kinetika Empiris dengan Hukum Pangkat Sederhana

16

METODE PENELITIAN

18

3.1 Diagram Alir Penelitian

18

3.2 Rancangan Penelitian

19

2.

3.

3.2.1 Study Literatur

20

3.2.2 Pengumpulan Data

20

3.2.3.Penentuan Persamaan Kinetika

20


Halaman

4.

3.2.4 Validasi

21

HASIL DAN PEMBAHASAN

22

4.1 Deskripsi Proses

22

4.2 Karakteristik Data

23

4.2.1 Penyisihan Logam Besi (Fe)

24

4.2.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn)

26

4.2.3 Penyisihan Logam Ammonia (NH3)

27

4.2.4

Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat (LAS)

4.3 Penyisihan Amonia, LAS, Besi dan Mangan secara campuran

29 30

4.3.1 Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran

31

4.3.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran

33

4.3.3 Penyisihan Ammonia (NH3) Campuran

35

4.3.4

37

Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat Campuran

4.4 Identifikasi Laju Reaksi Dari Grafik Kinetika Reaksi

39

4.4.1 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe)

40

4.4.2 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn)

41

4.4.3 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Ammonia (NH3)

47

4.4.4 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat

51

4.4.5 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran 55 4.4.6 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran

58

4.4.7 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Ammonia (NH3) Campuran 61 4.4.8 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat Campuran 5. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


63 67

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1

Sifat Fisika Besi

9

Tabel 2.2

Sifat Fisik Mangan

10

Tabel 2.3

Sifat Fisika Amonia

11

Tabel 2.4

Sifat – Sifat Fisika LAS

13

Tabel 4.1

Data penyisihan logam besi

25

Tabel 4.2

Data penyisihan logam mangan (Mn)

26

Tabel 4.3

Data penyisihan ammonia

28

Tabel 4.4

Data penyisihan LAS

29

Tabel 4.5

Data Penyisihan Besi campuran

31

Tabel 4.6

Data Penyisihan Mangan campuran

33

Tabel 4.7

Data Penyisihan Amonia campuran

35

Tabel 4.8

Data Penyisihan LAS campuran

37

Tabel 4.9

Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Logam Besi

Tabel 4.10

Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Logam Mangan (Mn)

Tabel 4.11

58

Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Ammonia

Tabel 4.16

55

Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Mangan

Tabel 4.15

51

Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk logam besi

Tabel 4.14

48

Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan LAS

Tabel 4.13

44

Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Ammonia

Tabel 4.12

40

61

Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk LAS


64

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1

Struktur molekul LAS

13

Gambar 3.1

Diagram alir penelitian

18

Gambar 4.1

Skema Unit pengolahan Air Proses Oksidasi Lanjut (Ozonasi dan Kavitasi hidrodinamik) dan Filtrasi

23

Gambar 4.2

Grafik Persentase Penyisihan Logam Besi

25

Gambar 4.3

Grafik Persentase Penyisihan Mangan

27

Gambar 4.4

Grafik Persentase Penyisihan Ammonia

28

Gambar 4.5

Grafik Persentase Penyisihan LAS

30

Gambar 4.6

Grafik Persentase Penyisihan Besi Campuran

32

Gambar 4.7

Grafik Perbandingan persentase penyisihan logam besi data tunggal dan campuran

32

Gambar 4.8

Grafik Persentase Penyisihan Mangan Campuran

34

Gambar 4.9

Grafik perbandingan persentase penyisihan Mangan data tunggal dan data campuran

34

Gambar 4.10 Grafik Persentese Penyisihan Amonia Campuran

36

Gambar 4.11 Grafik perbandingan persentase penyisihan Amonia pada bahan pencemar tunggal dengan bahan pencemar campuran 36 Gambar 4.12 Grafik Persentese Penyisihan LAS Campuran

38

Gambar 4.13 Grafik perbandingan persentase penyisihan LAS pada pencemar tunggal dan campuran

38

Gambar 4.14 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Logam Besi

41

Gambar 4.15 Hasil linearisasi pada orde (n=3/2) untuk penyisihan logam besi

42

Gambar 4.16 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Mangan Gambar 4.17 Hasil Kinetika reaksi orde (n=0) pada penyisihan Mangan


46 47

Halaman Gambar 4.18 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Ammonia

50

Gambar 4.19 Hasil Linearisasi pada orde (n=5/2) untuk penyisihan Ammonia

50

Gambar 4.20 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan LAS Gambar 4.21 Hasil Linearisasi pada orde 0 untuk penyisihan LAS

53 54

Gambar 4.22 Hasil Linearisasi pada orde (n=1) untuk penyisihan logam besi campuran

57

Gambar 4.23 Hasil Linearisasi pada orde (n=0) untuk penyisihan logam mangan campuran

60

Gambar 4.24 Hasil Linearisasi pada orde nol (n=0) pada penyisihan Ammonia campuran

63

Gambar 4.25 Hasil Linearisasi pada orde 1 (n=1) untuk penyisihan LAS campuran


66

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Setiap mahluk hidup di bumi sangat membutuhkan air untuk keberlangsungan hidupnya, tidak terkecuali bagi manusia. Sekitar 70 % dari berat tubuh manusia terdiri dari air. Kegunaan air bagi tubuh, di antaranya sebagai bahan pembentukan sel, bahan pembawa, pengatur suhu, pelarut, pereaksi, pelumas dan sebagai bantalan/adsorber (Bekti, 2009). Dengan begitu besarnya kegunaan air bagi tubuh tersebut, maka mengkonsumsi air dengan kuantitas yang cukup serta kualitas yang baik diperlukan oleh setiap manusia. Umumnya untuk memenuhi kebutuhan air minum, masyarakat menggunakan air dalam kemasan (termasuk air isi ulang), air dari PDAM maupun air tanah. Namun, karena harga air dalam kemasan yang semakin tinggi serta masih belum dapatnya PDAM melayani seluruh kebutuhan air minum masyarakat, maka sebagian masyarakat masih menggantungkan sumber air minumnya pada air tanah. Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik (2008) DKI Jakarta, persentase banyaknya rumah tangga dan sumber air minum yang digunakan di Jakarta yaitu : air kemasan 49,01 %, ledeng (PDAM) 25,29 %, air tanah (baik dengan sumur pompa, sumur terlindung maupun tidak terlindung) 24,89 %, dan lainnya 0,81 %. (Awaludin, 2007) Air minum yang layak konsumsi harus memenuhi persyaratan fisik, kimia, mikrobiologi dan radioaktif. Namun akibat banyaknya air tanah yang telah tercemar oleh limbah domestik serta limbah industri, menyebabkan air tanah sering kali tidak memenuhi baku mutu untuk air minum terutama jika dilihat dari parameter kimia. Berdasarkan data dari Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (2006) Provinsi DKI Jakarta, pemantauan yang dilakukan pada 75 sumur memperlihatkan bahwa persentase sumur yang sudah melebihi baku mutu air bersih untuk parameter besi dan mangan yaitu masing-masing sebesar 13% dan 43%. Pemantauan lain yang dilakukan oleh BPLHD pada tahun 1996 terhadap 60 sumur dangkal di setiap kota administrasi


Jakarta, menunjukkan bahwa persentase sumur yang melebihi baku mutu air minum untuk parameter amonia dan detergen yaitu masing-masing sebesar 19,67% dan 47,67% (BPPT, n.d 2007). Menurut Keputusan Menteri Kesehatan Nomor 907 Tahun 2002, kandungan maksimum besi yang diperbolehkan untuk air minum adalah sebesar 0,3 mg/L, mangan 0,1 mg/L, amonia 1,5 mg/L, LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonat, sebagai surfaktan pada deterjen) sebesar 0,05 mg/L. Kandungan besi yang berlebih pada air minum dapat menyebabkan efek jangka pendek (akut) bagi yang mengkonsumsinya seperti iritasi terhadap tenggorokan saluran pernafasan dan hidung serta efek jangka panjang (kronis) seperti gangguan pada hati, sistem kardiovaskular, saluran pernafasan atas, pankreas (Iron Metal MSDS, n.d. 2007). Mangan dalam jumlah yang melebihi baku mutu juga dapat menyebabkan iritasi terhadap tenggorokan (akut) dan gangguan pada paru-paru, otak, darah, sistem saraf pusat (kronis) (Manganese MSDS, n.d. 2007). Sedangkan kandungan amonia yang berlebih pada tubuh manusia dapat mengakibatkan mual, muntah dan pingsan (MSDS Anhydrous Ammonia, n.d. 2007). Linear Alkylbenzene Sulfonat dapat menyebabkan kerusakan parah dan permanen pada saluran pencernaan, luka bakar pada saluran pencernaan, muntah, dan diare (MSDS LAS, n.d. 2007). Oleh karena itu, untuk menghindari efek negatif seperti yang dijelaskan diatas, maka sumber air minum yang mengandung bahan kimia (seperti : besi, mangan, amonia dan LAS) perlu diolah terlebih dulu sebelum dikonsumsi oleh manusia. Pada umumnya metode pengolahan air yang digunakan untuk menyisihkan bahan pencemar pada sumber air minum adalah dengan metode kimia, fisika maupun kombinasi dari keduanya. Metode fisika dapat dilakukan dengan cara filtrasi, aerasi, pertukaran ion (ion exchange), flotasi maupun adsorpsi. Sedangkan metode kimia dapat dengan cara klorinasi, ozonasi, koagulasi serta flokulasi. Teknologi membran merupakan salah satu teknologi alternatif dalam pengolahan air limbah. Keunggulan teknologi membran dibandingkan dengan pengolahan konvensional di antaranya adalah energi yang digunakan relatif rendah untuk operasi dan pemeliharaan, peralatannya modular sehingga mudah di-scale up, tidak memerlukan kondisi ekstrem (temperatur dan pH), tidak memerlukan bahan kimia dan tidak menghasilkan limbah tambahan, serta mudah dikombinasikan dengan proses lain


(Budiyono & Buchori, 2007; Wenten, 1996; Fane, n.d). Namun membran juga memiliki kekurangan, yaitu mudah mengalami fouling (penyumbatan) baik di dalam maupun di luar dari pori membran. Terjadinya fouling akan menyebabkan penurunan fluksi permeat dan menurunkan efisiensi ekonomi dari plant pengolahan air. Fouling dapat terjadi karena adanya pertumbuhan biologis oleh bakteri maupun mikroorganisme, adsorpsi organik pada permukaan membran serta endapan material koloid. Fouling yang disebabkan oleh pertumbuhan biologis dapat dicegah dengan penambahan disinfektan, sedangkan fouling yang terjadi akibat material koloid dan senyawa organik dapat dicegah dengan perlakuan awal (pretreatment) (Manis et al., 2006). Salah satu metode perlakuan awal yang biasa digunakan untuk membran adalah dengan ozonasi. Ozonasi merupakan teknologi yang ramah terhadap lingkungan, instalasi pengolahannya tidak membutuhkan tempat yang luas, proses pengolahannya relatif cepat, tidak memerlukan pemakaian bahan kimia lain serta dapat membentuk radikal hidroksida (OH•) yang merupakan oksidator terkuat dalam air hasil dari dekomposisi ozon (Bismo, 1998). Namun ozon memiliki kelarutan dan stabilitas ozon dalam air yang relatif rendah (I. Oyane et al., 2005; Gunten, 2003a). Advanced Oxidation Procecces (AOPs) merupakan pengolahan limbah cair yang memanfaatkan radikal hidroksil yang tebentuk dengan cara oksidasi dengan menggunakan gas ozon yang dikombinasikan dengan proses lain seperti sinar ultraviolet, peroksida, ataupun kavitasi. Pada proses oksidasi lanjut, teknik berikut digunakan seperti: proses berbasis H2O2 (H2O2 + UV, Fenton, photo-Fenton dan proses Fenton lainnya), fotolisis, fotokatalisis, proses berbasis ozon (O3, O3 + UV dan O3 + katalis) (Pera-Titus dkk, 2003). Teknologi oksidasi lanjut berbasis ozon dilakukan karena proses ini bersifat sebagai oksidator. Selain itu, ozon mudah terdekomposisi menjadi senyawa-senyawa yang jauh lebih reaktif yaitu radikal OH dan akan bereaksi dengan senyawa-senyawa lain yang tidak dapat bereaksi dengan ozon. Teknologi oksidasi lanjut berbasis ozon juga efektif digunakan dalam pengolahan air yang mengandung komponen organik yang sulit untuk dihilangkan.


Kekurangan dari proses ini adalah kelarutan dan stabilitasnya ozon di air yang rendah dengan cepat terdekomposisi menjadi oksigen. Pada proses ozonasi, laju reaksi kimia total dipengaruhi oleh kinetika reaksi dan perpindahan massa. Laju perpindahan massa ozon dapat ditingkatkan dengan memperbesar luas permukaan kontak melalui penggunaan gelembung dengan diameter yang lebih kecil tau disebut gelembung mikro. Fenomena kavitasi dapat memaksimalkan kinerja ozon. Hal inilah yang membuat teknologi oksidasi lanjut berbasis ozonasi dan kavitasi merupakan teknologi alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk pengolahan air. Proses pengolahan air minum dengan menggunakan metode hibrida ozonasi – membran telah banyak dilakukan sebelumnya. Antara lain yaitu dengan menggunakan kombinasi proses ozonasi dan membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dari bahan keramik terbukti mampu mengurangi fouling (Sclichter, et al., 2003). Penelitian lainnya juga telah dilakukan dengan ozonasi gelembung mikro untuk menyisihkan logam besi (Fe), Mangan (Mn), Amonia (NH3), dan linear alkilbenzene sulfonat (LAS) (Nofi Rahmawati A.R.S. 2011). Penelitian ini hanya sebatas melakukan penelitian tentang kemampuan proses hibrida ozonasi-membran dalam menyisihkan senyawa polutan dalam air tanpa menjelaskan identifikasi laju reaksi penyisihan tersebut. Oleh karena itu, diperlukan adanya suatu pengembangan aplikasi dari data yang dihasilkan dari penelitian tersebut untuk menggambarkan kinetika reaksi penyisihan yang terjadi, yaitu dengan cara melakukan identifikasi laju reaksi. Identifikasi laju reaksi yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggaplikasikan data yang dihasilkan dari penelitian sebelumnya ke dalam suatu persamaan kinetika empiris. Tujuannya adalah untuk menentukan parameter kinetika seperti konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang terjadi selama proses penyisihan polutan. Dengan cara ini, diharapkan dapat memberikan suatu gambaran mengenai laju reaksi penyisihan polutan dalam air.


1.2

Rumusan Masalah Masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana gambaran

fenomena kinetika berdasarkan identifikasi laju reaksi dalam reaksi penyisihan polutan dalam air yang meliputi penentuan konstanta laju reaksi dan orde reaksi dari suatu model kinetika empiris yang dihasilkan dari pengaplikasian data dari penelitian sebelumnya dengan pendekatan matematis.

1.3

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kinerja unit pengolahan air dengan

Proses Oksidasi Lanjut (ozonasi/kavitasi hidrodinamik) dan filtrasi membran keramik dalam menyisihkan besi, mangan, amonia dan LAS (secara terpisah maupun bersana) berdasarkan pengkajian laju reaksi.

1.4 Batasan Masalah Batasan masalah adalah sebagai berikut : 1. Data yang diperoleh berdasarkan hasil penelitian tesis (Rahmawati, 2011 ) dengan judul Oksidasi Lanjut dan Filtrasi Membran Keramik untuk Penyisihan Besi, Mangan, Amonia dan Linear Alkylbenzene Sulfonate dari Air Tanah. 2. Data berupa nilai penyisihan konsentrasi terhadap waktu dengan bahan polutan yaitu besi, mangan, amonia, dan LAS. Penyisihan dilakukan secara bertingkat tiga (yaitu: retentate hasil filtrasi dimasukkan lagi ke dalam reservoir untuk diproses kembali, recycle terhadap retentate dilakukan 2 kali), baik dengan data penyisihan tunggal maupun campuran. 3. Hasil data yang diperoleh diolah dengan menggunakan persamaan hukum pangkat sederhana berdasarkan variasi orde reaksi yang ditentukan. Orde reaksi yang digunakan yaitu 0, 1/2 , 1 , 3/2 , 2 , dan 5/2.


4. Proses validasi terhadap persamaan yang diperoleh dilakukan dengan metode linearisasi. Persamaan yang paling sesuai dengan kinetika laju reaksi dilihat dari nilai regresi linear ( R2) yang mendekati satu.

1.5

Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada tesis ini adalah sebagai berikut:

BAB 1

PENDAHULUAN Berisikan latar belakang permasalahan, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA Berisikan tentnang teori kinetika umum, teori kinetika ozonasi dan aplikasi kinetika.

BAB 3

METODE PENELITIAN Berisikan tentang metode penelitian

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi hasil yang diperoleh dalam penelitian dan pembahasannya.

BAB 5

KESIMPULAN Berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pembahasan bab ini terbagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu: pembahasan mengenai karaktersistik besi, mangan, amonia, LAS, Kinetika Reaksi Langsung Ozon, Penerapan Kinetika Kimia, dan Penentuan Model Kinetika

2.1 Besi (Fe) Besi adalah salah satu logam berat yang berlimpah pada kerak bumi. Terdapat secara alami di dalam air dalam bentuk terlarut sebagai senyawa ferro atau besi-II (Fe2+); ferri atau besi-III (Fe3+); tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 mm) atau lebih besar, seperti Fe(OH)3; dan tergabung dengan zat organik atau zat padat yang anorganik (seperti tanah liat dan partikel halus terdispersi). Senyawa besi-II dalam air yang sering dijumpai di alam adalah FeO, FeSO4, FeSO4.7H2O, FeCO3, Fe(OH)2, dan FeCl2. Sedangkan senyawa besi-III yang sering dijumpai adalah FePO4, Fe2O3, FeCl3, Fe(OH)3. Kandungan besi pada air juga dapat berasal dari industri, pertambangan, korosi logam dan lain-lain (Lenore et al., 2005; Said, 2003; Lenntech, n.d). Kandungan zat besi pada air permukaan relatif rendah yakni kurang dari 1 mg/L, sedangkan konsentrasi besi pada air tanah bervariasi mulai dari 0,01 mg/L sampai dengan ± 25 mg/L. Pada air tanah yang tidak mengandung oksigen (O2), umumnya besi berada dalam bentuk terlarut (Fe2+), sedangkan pada air sungai yang mengalir dan terjadi aerasi, Fe2+ teroksidasi menjadi Fe3+ yang sulit larut dalam air pada pH 6 sampai 8 (kelarutan hanya di bawah beberapa mg/L), bahkan dapat menjadi ferihidroksida Fe(OH)3, atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa mengendap. Masalah utama yang ditimbulkan akibat adanya kandungan besi yang tinggi pada air adalah mengenai estetika air. Kandungan besi dalam air akan memberikan warna karat pada air, menimbulkan noda berwarna coklat kemerahan pada pipa ledeng, porselin, piring maupun pakaian serta memberikan rasa logam sehingga tidak enak jika dikonsumsi. Ada banyak metode yang dapat digunakan untuk menyisihkan logam besi dalam air. Seperti dengan aerasi, namun penggunaan aerasi sebagai satu-satunya cara untuk oksidasi besi umumnya tidak dianjurkan, karena laju oksidasi besi secara kinetika lambat


dan dipengaruhi oleh pH. Selain itu juga, penggunaan gas klor (Cl2) saat ini dihindari karena dapat berpotensi menghasilkan Trihalometan (THMs), organo-klorida lainnya, atau bahkan dioksin yaitu senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik dan mutagenik akibat adanya reaksi antara senyawa-senyawa organik berhalogen dalam air baku dengan gas klor (Vercellotti, 1988). Potasium permanganat juga telah banyak digunakan untuk mengoksidasi besi dan mangan. Umumnya penggunaan

potasium permanganat diikuti dengan penambahan

bahan kimia yaitu dengan filter manganese green sand (pasir mangan). Namun metode tersebut memiliki kelemahan yaitu biaya bahan kimia yang tinggi dan kerusakan filter ketika pH dibawah 7 (Hoigne' et al, 1985). Hoigné dkk (1985), menggunakan ozon untuk mengoksidasi besi dengan pH larutan awal 7, dimana besi dapat teroksidasi secara sempurna hanya dalam waktu kurang dari 2 menit. Resin pertukaran ion (ion exchanger) dapat digunakan untuk menyisihkan ion-ion logam (senyawa anorganik) dari air minum termasuk besi dan mangan, namun pembentukan oksida logam tidak terlarut dapat menurunkan kinerja resin pertukaran ion (Vaaramaa & Lehto, 2003). Kwang-Ho Choo dkk (2005), melakukan penelitian menggunakan gas klorasi diikuti dengan membran ultrafiltrasi (UF) untuk menyisihkan besi

(1 mg/L) dan

mangan (0,5 mg/L). Hasilnya, penyisihan besi dalam jumlah besar dapat tercapai meskipun tanpa menggunakan gas klor, karena dengan oksigen terlarut saja sudah mampu mengoksidasi ferro (besi terlarut) menjadi ferri (endapan zat besi) yang kemudian akan dihilangkan dengan membran UF. Jumlah penyisihan mangan dapat diabaikan dengan tidak adanya gas klor, tapi dengan penambahan gas klor efisiensi penyisihan mangan meningkat tajam dan mencapai lebih dari 80% (kurang dari 0,1 mg/L) dengan dosis gas klor sekitar 3 mg/L sebagai Cl2. Hasil memperlihatkan bahwa endapan material oleh oksidasi (ferrihidrat) dapat berperan dalam menghilangkan NOM dan kekeruhan dari air dengan cara menyerapnya (sorption). Besi dapat membentuk larutan kompleks dengan zat organik (seperti : jenis asam humic dan asam fulvic) yang terdapat pada air permukaan atau air tanah. Bentuk larutan kompleks tersebut dimungkinkan tidak dapat teroksidasi menjadi bentuk tidak terlarut (insoluble) tanpa menggunakan oksidan kuat (Vaaramaa & Lehto, 2003).


Besi (Fe) adalah logam berwarna putih keperakan, liat dan dapat dibentuk. Fe di 55,85 g.mol-1, nomor atom 26, berat jenis 7.86g.cm-3. Untuk lebih lengkapnya sifat fisika untuk besi dapat dilihat pada Tabel 2.1. dibawah ini :

Tabel 2.1. Sifat Fisika Besi

Sifat Fisika

Nilai

Massa jenis (g/cm3)

7,86

Titik leleh (oC)

1.538

Titik didih (oC)

2.861

Kalor peleburan (kJ/mol)

13,81

Kalor penguapan (kJ/mol)

340

Kapasitas kalor (J/mol K)

25,1

Sumber : Iron. (n.d). http://en.wikipedia.org/wiki/Iron

2.2 Mangan (Mn) Mangan merupakan salah satu logam yang banyak dijumpai di kulit bumi dan sering terdapat bersama besi. Mangan terlarut dalam air tanah dan air permukaan yang miskin oksigen. Mangan bisa membentuk oksida yang tidak larut dan menghasilkan endapan bila terpapar dengan oksigen, sehingga menimbulkan masalah berupa penampilan fisik air yang mengganggu. Mangan digunakan dalam campuran baja, industri pigmen, las, pupuk, pestisida, keramik, elektronik, dan alloy (campuran beberapa logam dan bukan logam, terutama karbon), industri baterai, cat, dan zat tambahan pada makanan. Di alam jarang sekali berada dalam keadaan unsur. Umumnya berada dalam keadaan senyawa dengan berbagai macam tingkat oksidasi atau valensi. Di dalam hubungannya dengan kualitas air yang sering dijumpai adalah senyawa mangan dengan valensi 2, valensi 4, valensi 6. Mangan di dalam senyawa MnCO3, Mn(OH)2 mempunyai valensi dua, zat tersebut relatif sulit larut dalam air, tetapi untuk senyawa Mn seperti garam MnCl2, MnSO4, Mn(NO3)2 mempunyai kelarutan yang besar di dalam air (Lenore et al., 2005; Said, 2003; Crossgrove & Wei Zheng, 2004). Umumnya untuk menyisihkan mangan, metode yang banyak digunakan adalah dengan cara fisik-kimia, dengan mengoksidasi Mn2+ menjadi Mn4+, yang kemudian


terbentuk presipitat/endapan dalam bentuk mangan dioksida (MnO2). Endapan tersebut kemudian dipisahkan dari air dengan penyaringan. Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu–abu keperakan yang merupakan unsur pertama logam golongan VII-B, dengan berat atom 54.94 g.mol-1, nomor atom 25, berat jenis 7,43g.cm-3. Mangan termasuk logam berat dan sangat rapuh tetapi mudah teroksidasi. Sifat fisika dari mangan dapat dilihat pada Tabel 2.2 di bawah ini. Tabel 2.2 Sifat Fisik Mangan

Sifat Fisika

Nilai

Massa Jenis (g/cm3)

7,21

Titik lebur (oK)

1519

Titik didih (oK)

2334

Kalor peleburan (kJ/mol)

12.91

Kalor penguapan (kJ/mol)

221

Kapasitas kalor (J/mol K)

26.32

Sumber : Manganese. (n.d). http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

2.3. Amonia (NH3) Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. "Amonia rumah" atau amonium hidroksida adalah larutan NH3 dalam air. Sifat fisika dari amonia bisa dilihat pada Tabel 2.1 berikut: Tabel 2.3 Sifat Fisika Amonia

Rumus Molekul

NH3


Berat molekul

17,03 gram/g.mol

Titik didih

-33,45 oC

Titik cair normal

-77,7 oC

Temperatur kritis

207,5 oC

Tekanan kritis

111,3 atm

∆Hof

-39,222 kJ/mol

Volume kritis

0,08040 m3/kg.mol

Warna dan sifat

Tidak berwarna dan berbau tajam (khas amonia)

Fase

Cair jenuh (30 oC; 11,5 atm)

Specific gravity

0,817 (-79 oC); 0,617 (15 oC)

Kelarutan dalam air (25 oC)

0,94%

(sumber : Hernawan, D, 2008)

Sedangkan sifat kimia dari senyawa amonia adalah sebagai berikut: 1. Amonia dapat membentuk campuran, mudah terbakar dengan udara pada

nilai ambang batas (16,25% volume). 2. Bahaya ledakan amonia akan semakin meluas apabila kontak dengan

oksigen pada temperatur serta tekanan tinggi di atmosfer. 3. Reaksi oksidasi-reduksi

2NH3 + O2

2NO + 3H2O

(2.1)

N2 + 3H2O

(2.2)

Jika tanpa katalis 2NH3 + O2

3CuO + 2NH3

3Cu + 3H2O + N2

(2.3)

4. Reaksi substitusi

Masuknya ion H+ dalam amonia, yang sering disebut ammonisasi. NH3 + H2O

NH4OH NH4+ + OH-

NH3 + HX NH4+ + X-

(2.4) (2.5)

5. Reaksi ammonolisis

Reaksi amonia dengan senyawa lain dimana amonia bereaksi sebagai gugus NH2.


HgCl2 + 2NH3

Hg(NH2)Cl + NH4Cl

(2.6)

Amonia dapat menjadi limbah organik yang beracun dan berbahaya. Amonia yang terlarut dalam lingkungan perairan merupakan masalah besar karena dapat membahayakan kesehatan manusia dan merusak lingkungan. Berdasarkan data Lembaga Kajian Ekologi dan Konservasi Lahan Basah tahun 2003, delapan sungai di Bekasi telah tercemar oleh limbah amonia. Kandungan amonia di Sungai Blencong - Bekasi mencapai 11,60 mg/L; Sungai Bojong mencapai 19,52 mg/L; dan Sungai Kaliabang Hilir mencapai 59,06 mg/L. Selain itu, didapatkan tambahan data bahwa bahan baku air yang dikelola PT Thames PAM Jaya atau TPJ, yang berasal dari Kali Malang, tercemar amonia berkadar tinggi, yakni 1,77 ppm (part per million). Sedangkan berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan R.I Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010, konsentrasi amonia yang diperbolehkan berada dalam air bersih adalah sebesar 1,5 mg/L. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Amonia juga dapat menyebabkan timbulnya gejala gangguan patologis yaitu gangguan terhadap organ-organ dalam seperti hati, ginjal dan menimbulkan komplikasi. 2.4. Linier Alkil Benzen Sulfonat (LAS) Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai ujung berbeda yaitu bagian hidrofil dan hidrofob. Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan. Secara garis besar, terdapat empat kategori surfaktan yaitu anionik, kationik, ionik dan amfoterik. Linear Alkil benzen Sulfonat (LAS) merupakan salah satu surfaktan dalam bentuk anionik. Senyawa LAS dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Struktur molekul LAS


Untuk sifat-sifat fisika dari LAS, dapat dilihat Tabel 2.2 berikut ini: Tabel 2.4. Sifat-sifat Fisika LAS

Rumus Molekul

C12H25C6H4SO3Na

Berat Molekul

348 gram/g.mol

Titik Didih

637 oC

Titik Leleh

277 oC

Densitas

1198,4 kg/m3

Wujud dan Warna

Cair dan bening

Kapasitas Panas

0,6 kcal/kg.K

Viskositas

23,87 cp

(sumber : www.chemicalland21.com)

Sedangkan sifat-sifat kimia dari LAS adalah sebagai berikut sangat larut dalam air dan bersifat sebagai surfaktan yang menimbulkan busa. LAS merupakan campuran kompleks homolog yang berbeda panjang rantai alkil (C10 - C13) dan isomer posisi fenil 2 sampai 5-fenil, yang masing-masing memiliki sebuah cincin aromatik tersulfonasi pada posisi para dan melekat pada sebuah rantai alkil linier pada posisi manapun dengan pengecualian dari terminal satu (1-fenil). LAS merupakan surfaktan sintetis karena biaya yang relatif rendah, memiliki kinerja yang baik dan mudah terdegradasi/ramah lingkungan karena memiliki rantai lurus. LAS digunakan sebagai deterjen rumah tangga, seperti deterjen serbuk, serbuk laundry (deterjen serbuk laundry), cairan laundry (deterjen cair), produk pencuci peralatan rumah tangga dan pembersih. Selain itu, LAS juga digunakan dalam industri tekstil dan fiber, bahan kimia, dan pertanian (HERA, 2009). Menurut Asosiasi Pengusaha Deterjen Indonesia (APEDI), surfaktan anionik yang digunakan di Indonesia saat ini adalah alkil benzen sulfonat rantai bercabang (ABS) sebesar 40% dan alkil benzen sulfonat rantai lurus (LAS) sebesar 60%, dengan produksi deterjen Indonesia rata-rata per tahun sebesar 380 ribu ton. Sedangkan tingkat konsumsinya, menurut hasil survey yang dilakukan oleh Pusat Audit Teknologi di wilayah Jabotabek pada tahun 2002, per kapita rata-rata sebesar 8,232 kg (http://buletin.melsa.net.id/news/46deterjen.html).


LAS pada kondisi aerob (cukup oksigen dan mikroorganisme) mudah terurai. Tetapi, LAS tidak dapat terurai pada kondisi anaerob (tidak terdapat udara), sehingga jika badan air memang sudah menghitam seperti kondisi sungai Jakarta, akan terjadi kondisi anaerobik yang tidak memungkinkan LAS terurai. LAS yang tidak terurai ini memiliki efek sangat toksik bagi organisme (cukup dapat mematikan ikan dalam kadar 3-10 mg/liter) dan bersifat bioakumulatif (tersimpan dalam jaringan) (Sudradjat, 2002). Keberadaan LAS umumnya sebagai deterjen rumah tangga dapat memberikan dampak jika kontak dengan kulit baik secara langsung maupun tidak langsung, terhirup dan tertelan dari sisa pencucian yang terakumulasi di peralatan makan dan minum. Paparannya diperkirakan 4 μg/kg berat badan/hari. Pada beberapa percobaan yang dilakukan terhadap tikus, LAS dengan konsentrasi 500 – 2480 mg/kg berat badan dapat bersifat racun akut. LAS juga bersifat racun akut pada konsentrasi 9,1 mg/L untuk alga, pada konsentrasi 4,1 mg/L untuk invertebrata, dan pada konsentrasi 3,5 mg/L untuk ikan (HERA, 2009). 2.5. Kinetika Reaksi Langsung Ozon Reaksi ozonasi pada air masih berhubungan dengan reaksi gas-cair pada komponen gas (ozon) dari fase gas (oksigen dan udara) ke fase air, dimana reaksi disimulasikan dengan zat kimia (polutan) yang menghambur. Kinetika ozone ini dapat menentukan konstanta rata-rata reaksi dan koefesiensi transfer massa. Pada kenyataannya kesetimbangan kimia, hukum kinetik empiris dan penetapannya dapat dilakukan dengan cara eksperimen. Salah satu hal dari hasil eksperimen ozon yakni reaksi homogenasi ozon, dimana ozone dan beberapa senyawa dapat tersuspensi dalam air dan bercampur dengan masing-masing konsentrasi mereka. Hukum kinetika memperlihatkan reaksi kimia rata-rata pada konsentrasi tertentu pada reaksi irrevesible, dapat dilihat contoh sebagai berikut: zO3O3

+

z BB

zpP

(2.7)

dimana zO3, zB dan zp adalah koefesien dari ozone B dan P. Reaksi ozon dibawa oleh satu reaktan (B atau O3) yang berlebih sehigga proses tersebut menunjukan nilai order reaksi (n). Sebagai contoh, jika diasumsikan B berlebih, lalu sisa konsentrasinya konstan pada waktu tertentu dimana kadar ozone berkurang.


Reaksi ozon pada proses heterogen ataupun homogen memiliki kelebihan dan kekurangan. Seperti contohnya pada proses homogen, tidak memiliki masalah pada transfer massa

dan konstanta rata-rata dari data waktu konsentrasi. Tetapi sangat

disayangkan, perbandingan antara transfer massa dan kecepatan reaksi kimia terjadi sangat cepat pada reaksi ozone, sehingga dibutuhkan peralatan yang mahal untuk menganalisanya seperti septrophotometer (Beltran, J, Fernando. 2005)

2.6. Penerapan Kinetika Kimia Adapun beberapa tujuan penerapan model kinetika kimia pada proses hibrida adalah sebagai berikut: a) Menentukan kecepatan reaksi dan koefesien transfer massa dalam sebuah

ruang lingkup laboratrium standar/kecil (small content). b) Membuat model matematika dari sistem kinetika yakni kesetimbangan

massa. c) Memecahkan masalah dengan sistem model matematika kinetik yang

dapat terjadi pada reaktor. d) Untuk

mengaplikasikan konstruksi model pada skala besar dan

membandingkan hasil komputerisasi dengan hasil eksperimen nyata. (Beltran, J, Fernando. 2005). 2.7. Penentuan Model Kinetika Empiris dengan Hukum Pangkat Sederhana Salah satu metode untuk menentukan model kinetika empiris adalah dengan Hukum Pangkat Sederhana (Simple Power Law). Tujuannya adalah untuk menentukan nilai konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang kemudian akan dievaluasi dengan data percobaan. Reaksi ozonasi senyawa polutan dapat dituliskan secara sederhana sebagai berikut: A + Oz P

(2.8)

dengan A adalah polutan, Oz adalah ozon, dan P adalah produk. Dengan Hukum Pangkat Sederhana, hubungan laju reaksi penyisihan polutan A dengan konsentrasi reaktan dapat di rumuskan sebagai berikut:  rA  

dC A n  k .C Am C Oz dt


(2.9)

Dengan menggunakan pseudo-nth order pada ozon, maka hubungan tersebut dapat dirubah menjadi (Beltrán, Fernando J., 1955):  rA  

dC A  k '.C Am dt

(2.10)

Dimana k’ = k.COzn. Dari persamaan 13, kita dapat mendapatkan orde reaksi untuk polutan A, m. Solusi persamaannya dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: Untuk m = 1

ln

CA  k '.t C A0

(2.11)

Untuk m ≠ 1

C 1Am  C 1A0m  m  1.k '.t

(2.12)

Solusi persamaan (2.10) dan (2.11) dapat diperoleh dengan memplot grafik ln

CA t C A0

dengan slope –k’untuk nilai m = 1. Sedangkan untuk m ≠ 1, dapat diselesaikan dengan memplot grafik ( C1Am  C1A0m ) vs t dengan slope (m – 1)k’.

Dengan cara ini, nilai k’ dan m akan diperoleh. Selanjutnya untuk menentukan orde reaksi ozon, n, dan nilai konstanta laju reaksi, k, dapat dicari dengan cara berikut:

ln k '  ln(k )  n. ln COZ 

(2.13)

Dengan memplot grafik ln (k’) vs ln (COZ) dengan slope n makan nilai k dapat diperoleh.


BAB III METODE PENELITIAN

3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

Mulai

Studi Literatur Teori kinetika, kinetika ozon dalam air dan menentukan persamaan kinetika Pengumpulan Data Data konsentrasi beberapa polutan seperti Besi, Mangan, Penentuan Persamaan Kinetika

LAS, dan Amonia

metode grafik untuk berbagai variasi nilai orde reaksi

Validasi

Menetukan grafik yang memiliki nilai laju reaksi mendekati 1 (r = 1) Selesai

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian


3.2 RANCANGAN PENELITIAN Rancangan penelitian dibagi menjadi 4 tahap utama yaitu : 1. Studi Literatur 2. Pengumpulan Data 3. Penentuan Persamaan Kinetika 4. Validasi

3.2.1 Study Literatur Studi literatur meliputi teori kinetika, kinetika ozon dalam air dan juga menentukan persamaan kinetika. Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan materimateri yang diperlukan dalam penelitian ini. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mencari materi-materi yang dibutuhkan dari berbagai sumber yang ada, baik dari internet maupun dari buku - buku dan jurnal - jurnal yang ada perpustakaan.

3.2.2 Pengumpulan Data Data yang digunakan adalah konsentrasi beberapa polutan di dalam air. Polutan tersebut adalah Besi, Mangan, Amonia dan LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonate ). Data kinetika yang digunakan pada penelitian ini adalah data percobaan dari penelitian sebelumnya yang belum ada pembahasan tentang kinetika reaksi yang terjadi. Data kinetika yang dipakai adalah data hasil penelitian skripsi Nofi Rahmawati A.R.S. (2010).

3.2.3. Penentuan Persamaan Kinetika Metode untuk menentukan persamaan kinetika pada penelitian ini adalah dengan menerapkan Hukum Pangkat Sederhana (Simple Power Law). Tujuannya adalah untuk menentukan nilai konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang kemudian akan dievaluasi dengan data percobaan.


Reaksi ozonasi senyawa polutan dapat dituliskan secara sederhana sebagai berikut: A + Oz  P dengan A adalah polutan, Oz adalah ozon, dan P adalah produk. Dengan Hukum Pangkat Sederhana, hubungan laju reaksi penyisihan polutan A dengan konsentrasi reaktan dapat di rumuskan sebagai berikut:  rA  

dC A n  k .C Am C Oz dt

(3.1)

Dengan menggunakan pseudo-nth order pada ozon, maka hubungan tersebut dapat dirubah menjadi (Beltrán, Fernando J., 1955):  rA  


(3.2)

Dimana k’ = k.COzn. Dari persamaan 2, kita dapat mendapatkan orde reaksi untuk polutan A, m. Solusi persamaannya dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: Untuk m = 1

ln

CA  k '.t C A0

(3.3)

Untuk m ≠ 1

C 1Am  C 1A0m  m  1.k '.t Solusi persamaan (2.3) dan (2.4) dapat diperoleh dengan memplot grafik ln

(3.4) CA vs t C A0

dengan slope –k’untuk nilai m = 1. Sedangkan untuk m ≠ 1, dapat diselesaikan dengan memplot grafik ( C1Am  C1A0m ) vs t dengan slope (m – 1)k’. dengan cara ini, nilai k’ dan m akan diperoleh.


Selanjutnya untuk menentukan orde reaksi ozon, n, dan nilai konstanta laju reaksi, k, dapat dicari dengan cara berikut:

ln k '  ln(k )  n. ln COZ 

(3.5)

Dengan memplot grafik ln (k’) vs ln (COZ) dengan slope n makan nilai k dapat diperoleh.

3.2.4 Validasi Validasi dalam metode grafik ini adalah memilih grafik yang memiliki nilai laju reaksi kinetik nya adalah mendekati atau sama dengan satu ( r = 1). Setelah mendapatkan persamaan kinetika, langkah berikutnya adalah menguji persamaan kinetika tersebut dengan data kinetika. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan persamaan kinetika yang sesuai dengan data kinetika yang ada. Pengujian dilakukan dengan cara melihat nilai regresi linier (R2) dari grafik yang diperoleh dalam penentuan orde reaksi pada polutan (m). Pada penelitian ini, Persamaan kinetika dikatakan benar atau yang terbaik apabila nilai R2 mendekati 1 yang mengindikasikan persamaan kinetika tersebut cocok untuk menjadi persamaan kinetika reaksi penyisihan dengan proses hibrida ozonasi-membran.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Deskripsi Proses Pengolahan air pada penelitian kali ini diawali dengan Proses Oksidasi Lanjut/AOP (ozonasi dan kavitasi hidrodinamik) yang kemudian dilanjutkan dengan proses filtrasi (membran) untuk memisahkan padatan hasil oksidasi. Membran yang digunakan setelah Proses Oksidasi Lanjut harus stabil secara kimia, mekanis dan suhu akibat dari pengaruh yang akan ditimbulkan dari penggunaan kavitasi hidrodinamik dan ozonasi pada tahap awal. Membran dengan bahan penyusun polimer tidak memiliki ketentuan seperti yang diharapkan di atas. Oleh sebab itu dalam penelitian kali ini akan digunakan membran dengan bahan penyusun dari keramik yang memiliki stabilitas secara kimia, mekanis dan suhu yang baik. Tahap awal penyisihan pencemar dalam air (besi, mangan, amonia dan LAS) akan dilakukan dengan Proses Oksidasi Lanjut (gabungan ozonasi dan kavitasi hidrodinamik) kemudian dilanjutkan dengan proses filtrasi membran keramik. Pengolahan air dengan Proses Oksidasi Lanjut dan filtrasi membran keramik ini, dilakukan secara bertingkat tiga (yaitu: retentate hasil filtrasi dimasukkan lagi ke dalam reservoir untuk diproses kembali, recycle terhadap retentate dilakukan 2 kali). Membran keramik berfungsi untuk menyaring padatan tidak terlarut hasil dari Proses Oksidasi Lanjut. Kondisi optimal dalam kinerja membran pada umumnya dinyatakan oleh besarnya permeabilitas dan selektivitas membran. Permeabilitas dilihat dari laju alir volumetrik, sedangkan selektivitas berdasarkan pada pengukuran laju permeasi relatif dari komponen yang berbeda. Adapun gambar skema proses pada proses ozonasi dan membran dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut ini.


Air Umpan

Membran

Flowmeter Injektor 3 way valve Pompa

Tangki Umpan

Ozonator

Tangki Permeat Tangki Retentate

Gambar 4.1 Skema Unit pengolahan Air Proses Oksidasi Lanjut (Ozonasi dan Kavitasi hidrodinamik) dan Filtrasi (Rahmawati,2011)

4.2

Karakteristik Data Data yang diperoleh pada proses hibrida ozonasi dan membran adalah berupa data

hubungan antara konsentrasi dan waktu untuk setiap tingkatan proses. Data-data inilah yang akan digunakan untuk mendapatkan nilai laju reaksi dalam bentuk konstanta dan orde reaksi. Adapun nilai perubahan konsentrasi terhadap waktu ditentukan berdasarkan tingkatan orde reaksi seperti yang tertera sebagai berikut: Orde reaksi 0 (n = 0) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu Orde reaksi 1/2 (n = 1/2) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu( ) Orde reaksi 1 (n = 1) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu

Orde reaksi 3/2 (n = 3/2) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu ( )


Orde reaksi 2 (n = 2) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu Orde reaksi 5/2 (n = 5/2) nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu ( ). Selanjutnya nilai persamaan kinetika diaplikasikan ke dalam suatu grafik linearisasi dengan menggunakan persamaan yang bertujuan untuk mendapatkan nilai regresi linear (R2). Nilai regresi linear (R2) didalam grafik menunjukan kesamaan antara persamaan kinetika dengan kinerja proses hibrida ozonasi dan membran. Semakin besar nilai R2 atau maksimal mendekati 1 maka proses hibrida tersebut dapat dikatakan memiliki kesamaan dengan persamaan kinetika. Nilai regresi linear inilah yang akan menentukan nilai orde reksi tersebut. Dalam hal ini orde suatu reaksi adalah jumlah semua eksponen (dari konsentrasi dalam persamaan laju. Orde reaksi juga menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi reaktan (pereaksi) terhadap laju reaksi. Persamaan kinetika tersebut yang selanjutnya dijadikan acuan dalam menentukan nilai tetapan laju reaksi (k). Nilai k adalah tetapan laju yang bersifat spesifik untuk reaksi tertentu dan temperatur tertentu, ditentukan dari percobaan.

4.2.1

Penyisihan Logam Besi (Fe) Penyisihan logam besi ini dilakukan dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi

membran keramik bertingkat 3 (retentate hasil filtrasi dimasukkan kembali ke dalam reservoir untuk diproses kembali, recycle terhadap retentate dilakukan 2 kali). Berikut data penyisihan konsentrasi logam besi yang diperoleh dalam percobaan:

Tabel 4.1 Data penyisihan logam besi


Tingkat

1

2

3

Waktu

Konsentrasi Besi

(menit)

(mg/L)

0

4,67

10

0,59

20

0,34

30

0,08

10

0,19

20

0,04

30

0,03

0

4,135

10

0,06

20

0,07

30

0,03

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan logam besi terhadap waktu yang

penurunan konsentrasi besi (%)

diperoleh dari data di atas. 100,00

99,53 98,39

99,30 98,39

99,54

99,77

98,21

98,00 96,00 94,00

Tingkat 1 Tingkat 2

92,83

92,60

Tingkat 3

92,00 90,00 88,00 10

20 Waktu Penyisinan (menit)

30

Gambar 4.2 Grafik Persentase Penyisihan Logam Besi Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa penyisihan logam besi dengan proses oksidasi lanjut ozonasi dan filtrasi membran keramik berjalan sangat baik dengan persentase penyisihan total sebesar 99,77 %.


Persen penyisihan tiap tahap memiliki nilai yang berbeda. Hal ini juga dapat dilihat pada grafik. Pada tingkat 1 untuk 10 menit pertama memiliki nilai sebesar 92,60% dan pada menit selanjutnya mengalami kenaikan persen. Begitu juga dengan tingkat 2 dan 3 akan semakin besar nilai persen penyisihan seiring dengan bertambah waktu. Persen penyisihan logam besi untuk setiap tahap masih berada pada nilai lebih dari 90%, artinya proses berjalan baik. %. Dimana konsentrasi awal besi pada tingkat satu sebesar 4,46 mg/L dan konsentrasi besi pada akhir pengolahan (tingkat tiga, menit ke-30) sebesar < 0,01 mg/L.

4.2.2

Penyisihan Logam Mangan (Mn) Unsur pencemar air berikutnya dalam percobaan adalah Mangan (Mn),

Seperti halnya pada penyisihan logam besi, penyisihan mangan-pun dilakukan dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi membran keramik bertingkat 3. Berikut data penyisihan Mangan (Mn) yang diperoleh dalam percobaan: Tabel 4.2 Data penyisihan Mangan (Mn) Tingkat 1

2

3

Waktu

Konsentrasi mangan

(menit)

(mg/L)

0

4,96

10

4,65

20

4,28

30

4,29

0

4,73

10

4,55

20

4,17

30

4,08

0

4,62

10

4,33

20

4,01

30

3,66

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan logam mangan yang diperoleh dari percobaan.


penurunan konsentrasi Mangan(%)

25,00 20,78 20,00 Tingkat 1 13,71 13,20 11,84

15,00

13,51 13,74

Tingkat 3

10,00 6,28

6,25 5,00

Tingkat 2

3,81

10

20

30

Waktu Penyisinan (menit)

Gambar 4.3 Grafik Persentase Penyisihan Mangan

Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa persen penyisihan logam mangan total hanya sebesar 20,78 % pada tingkat 3. Pada percobaan penyisihan logam mangan (Mn) dilakukan secara 3 tingkat dengan variasi waktu yang sama. Dari grafik juga dapat dilihat bahwa persen penyisihan logam Mangan berada pada nilai di bawah 50%. Misalkan pada tahap 1 untuk menit 10 hanya sebesar 6,25 % dan untuk menit 20 sebesar 13,71%. Tingkat 3 merupakan proses yang paling baik untuk penyisihan logam Mangan karena mempunyai nilai persen penyisihan yang paling besar yaitu sebesar 20,78%.

4.2.3

Penyisihan Ammonia (NH3) Pada kali ini, akan dilakukan penyisihan amonia dengan konsentrasi awal rata-

rata pada tiga kali tingkatan yakni 58,68 mg/. Setiap tahap akan menghasilkan data penurunan konsentrasi mangan terhadap waktu. Berikut merupakan data penyisihan konsentrasi terhadap waktu untuk logam mangan


Tabel 4.3 Data penyisihan ammonia Tingkat

Waktu (menit) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

1

2

3

Konsentrasi ammonia (mg/L) 58,98 58,78 58,81 58,44 58,84 58,33 57,96 57,54 58,22 57,66 57,53 56,78

Gambar 4.4 memperlihatkan penyisihan amonia sangat kecil. Berikut ini adalah

penurunan konsentrasi Ammonia(%)

grafik persen penyisihan amonia. 3,00 2,47

2,50

2,21 Tingkat 1

2,00

Tingkat 3

1,19 0,87

1,00 0,50

Tingkat 2

1,50

1,50

0,34

0,96

0,92

0,29

10

20

30


Gambar 4.4 Grafik Persentase Penyisihan Ammonia

Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa penurunan konsentrasi amonia begitu kecil. Dari grafik 4.5 diatas didapatkan persen penurunan konsentrasi ammonia terbesar pada


percobaan ke-3 (t = 30 menit) sebesar 2,47% dengan nilai akhir konsentrasi sebesar 56,78 mg/L. Persen penyisihan Amonia memiliki nilai yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan logam besi dan mangan, yaitu di bawah 10%. Pada tahap 1, 2, dan 3 nilai yang kecil ini dapat dikarenakan proses kurang maksimal. Karena untuk jumlah konsentrasi awal adalah sangat besar, sedangkan proses hanya berjalan 2,5 %, berarti proses hanya mampu menghilangkan 1,5 mg/L konsentrasi Amonia. Pada penyisihan amonia memiliki persentase penurunan konsentrasi yang kecil, khusus untuk amonia hal ini karena proses oksidasi NH3 dengan ozonasi berlangsung lambat, sehingga penyisihan amonia berjalan lambat.

4.2.4

Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat (LAS) Penyisihan LAS tetap dilakukan dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi

membran keramik bertingkat 3. Berikut merupakan data penyisihan LAS. Tabel 4.4 Data penyisihan LAS Tingkat 1

2

3

Waktu (menit) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

Konsentrasi LAS (mg/L) 25,77 20,91 21,52 16,21 21,84 16,45 15,65 9,22 18,72 13,17 8,38 5,02

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan LAS yang diperoleh dari percobaan.


penurunan konsentrasi LAS(%)

80,00 69,98 70,00 57,78

60,00 50,00

Tingkat 2

37,10

40,00

Tingkat 3

31,04

30,00 20,00

Tingkat 1

49,88

18,86

21,23

24,68 16,49

10,00 10

20

30


Gambar 4.5 Grafik Persentase Penyisihan LAS Pada gambar 4.5 menunjukan persentase penyisihan LAS pada reaksi ozonasi yang berjalan cukup baik yakni pada percobaan ke-3 sebesar 69,98% pada konsentrasi 5,02 mg/L. Penyisihan LAS berjalan baik dengan diperoleh konsentrasi LAS pada air permeate tingkat tiga menit ke-30 sebesar 5,02 mg/L dengan konsentrasi awal 25,77 mg/L (% penyisihan 80,52%). Proses penyisihan LAS memiliki peningkatan persen yang signifikan, karena semakin waktu bertambah persen juga bertambah. Dari grafik dapat dilihat pada tingkat 3 pada 10 menit pertama adalah sebesar 21,23 % sedangkan pada 20 menit dan 30 menit naik sebesar 48,99 % dan 69,89 %. Proses yang terjadi pada tahap 3 adalah yang paling baik karena retentate pada tingkat sebelumnya akan menambah konsentrasi limbah untuk tingkat selanjutnya.

4.3 Penyisihan Amonia, LAS, Besi dan Mangan secara campuran Dalam suatu kasus dengan campuran berbagai bahan pencemar, dilakukan penyisihan bersama-sama seperti dalam percobaan ini yang melakukan penyisihan terhadap Amonia, LAS, Besi dan Mangan dalam air dengan prinsip ozonasi. Berikut karakterisktik data yang diperoleh dalam penyisihan masing-masing bahan pencemar tersebut: 4.3.1

Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran


Proses dilakukan dengan perlakuan yang sama pada logam pencemar tunggal yaitu sebanyak 3 tingkat. Berikut ini adalah tabel data penyisihan besi campuran. Tabel 4.5 Data Penyisihan Besi campuran Tingkat 1

2

3

Waktu (menit) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

Konsentrasi Besi (mg/L) 4,67 0,59 0,34 0,08 4,38 0,19 0,04 0,03 4,14 0,06 0,07 0,03

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan besi campuran yang diperoleh dari percobaan. Gambar 4.6 menunjukan persentase penyisihan logam besi campuran. Grafik menunjukan total penyisihan besi sebesar 99,27 % pada tingkat 3. Pada tingkat 1 juga memiliki nilai persentase yang besar, yaitu pada menit 10 sebesar 87,37 % dan pada menit 30 nilai persen penyisihan naik menjadi 98,55 %. Begitu juga dengan tingkat 2 mengalami kenaikan persen penyisihan. Kenaikan persen penyisihan pada logam besi campuran memiliki kecendrungan nilai yang sama untuk persen penyisihan data tunggal.


penurunan konsentrasi besi (%)

100,00

99,32 99,09

98,29

98,00

98,31 99,27 98,55

95,66

96,00

Tingkat 1 Tingkat 2

92,72

94,00 92,00 90,00 88,00

87,37

86,00 84,00 82,00 80,00

Waktu Penyisihan (menit) 20 30

10

Gambar 4.6 Grafik Persentase Penyisihan Besi Campuran

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan perbandingan antara logam besi tunggal dengan campuran : 100,00

99,17 98,96

Penurunan konsentrasi (%)

99,00 98,00 97,00

96,76

96,92 96,70

96,00 95,00 94,00

Pencemar tunggal besi 93,86

Pencemar Campuran logam besi

93,00 92,00 91,00 10

20

30

Waktu (menit)

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan persentase penyisihan logam besi data tunggal dan campuran Dari grafik 4.7 menunjukan nilai penyisiham logam besi pada bahan pencemar tunggal memiliki nilai efektifitas lebih baik dibanding dengan bahan pencemar campuran.


Pada menit awal (t=10) penyisihan konsentrasi antara bahan pencemar tunggal dengan bahan pencemar campuran untuk logam besi sangat berbeda. Tetapi setelah menit ke-30, diperoleh nilai persentase yang tidak jauh berbeda. Yaitu untuk pencemar tunggal sebesar 99,17 % dan untuk campuran sebesar 98,96 %. Data yang digunakan pada data tunggal adalah rata rata dari ketiga tingkat proses dan begitu juga dengan data campuran.

4.3.2

Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran Penyisihan Mangan pada bahan pencemar campuran tidak terlalu besar.

Penyisihan mangan campuran juga dilakukan sebanyak 3 tingkat dengan proses ozonasi dan filtrasi. Berikut ini adalah data penyisihan logam mangan campuran. Tabel 4.6 Data Penyisihan Mangan campuran Tingkat 1

2

3

Waktu

Konsentrasi mangan

(menit)

(mg/L)

0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

5,43 5,28 5,14 4,72 5,14 4,91 4,45 4,21 5,00 4,55 4,33 4,26

Gambar 4.8 menunjukan nilai persentase penyisihan logam mangan campuran. Nilai persentase total penyisihan mangan dari grafik adalah sebesar 14, 80 % untuk tingkat 3. Nilai persentase ini juga tidak terlalu memiliki perbedaan besar dengan mangan tunggal. Hal ini dikarenakan jumlah konsentrasi awal mangan tidak terlalu besar, yaitu hanya 5,43 mg/L sehingga retentate untuk tingkat selanjutnya tidak menambah konsentrasi.


penurunan konsentrasi Mangan (%)

20,00

18,09

18,00 14,80 13,40

16,00 13,42

13,08

14,00 12,00

Tingkat 2

9,00

10,00

Tingkat 1

Tingkat 3

8,00 5,34

6,00

4,47

2,76

4,00 2,00 -

1

2

3


Gambar 4.8 Grafik Persentase Penyisihan Mangan Campuran

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan perbandingan antara logam mangan tunggal dengan campuran : 18,00

16,01


16,00 14,00

15,19

12,92

12,00

10,60

10,00 8,00 6,00

Pencemar tunggal mangan Pencemar Campuran mangan

5,44

4,00 2,00

0,92

10

20

30

Waktu (menit)

Gambar 4.9 Grafik perbandingan persentase penyisihan Mangan data tunggal dan data campuran


Dilihat pada grafik 4.9 persentase penyisihan mangan rata-rata pada menit ke-30 sebesar 15,19%, lebih rendah dibandingkan dengan bahan pencemar tunggal mangan. Sedangkan pada menit sebelumnya nilai persen yang diperoleh sangat kecil yaitu di bawah 15 %. Data yang digunakan pada grafik perbandingan di atas adalah berupa nilai rata rata konsentrasi awal pada ketiga tingkat.

4.3.3

Penyisihan Amonia (NH3) Campuran

Konsentrasi amonia pada limbah cukup besar. Proses penyisihan amonia juga dilakukan dalam 3 tingkat. Berikut adalah data konsentrasi amonia pada proses penyisihan: Tabel 4.7 Data Penyisihan Amonia campuran Tingkat 1

2

3

Waktu (menit) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

Konsentrasi ammonia (mg/L) 60,22 59,88 59,45 58,96 59,86 59,25 59,34 58,86 59,49 59,04 58,67 58,48

Berikut di bawah ini adalah grafik persen penyisihan untuk amonia campuran. Dapat dilihat bahwa persen penyisihan amonia memiliki nilai sangat kecil. Dari gambar 4.10 menunjukan nilai persen total penyisihan hanya sebesar 2,09 %. Hal ini dikarenakan reaksi oksidasi yang terjadi antara amonia dengan ozon berjalan lambat sehingga penyisihan amonia kecil.


penurunan konsentrasi ammonia (%)

2,50 2,09 2,00 1,70

1,67 1,50

1,38

1,28

Tingkat 2 Tingkat 3

1,02 0,87

1,00

Tingkat 1

0,76

0,56 0,50 1

2

3


Gambar 4.10 Grafik Persentese Penyisihan Amonia Campuran

Berikut ini adalah grafik persentase perbandingan penurunan konsentrasi amonia tunggal dan amonia campuran : 2,00

1,87 1,82


1,80 1,60 1,40

1,18

1,20

0,99

1,00

0,80

Pencemar tunggal ammonia Pencemar Campuran ammonia

0,72

0,60 0,40 0,20

0,19

10

20

30

Waktu (menit)

Gambar 4.11 Grafik perbandingan persentase penyisihan Amonia pada bahan pencemar tunggal dengan bahan pencemar campuran


Dari gambar 2.11 ditunjukan bahwa total penyisihan amonia campuran adalah sebesar 1,82 % sedangkan untuk penyisihan amonia data tunggal adalah sebesar 1,87 %. Sedikitnya nilai penyisihan ammonia pada bahan pencemar campuran dapat juga disebabkan oleh tingkat keasaman larutan (pH). pH awal dalam percobaan sebesar 7, sehingga amonia dalam bentuk kation (NH4+) yang lebih dominan dibandingkan dengan amonia dalam bentuk molekul (NH3) dalam larutan tersebut (Said, 2003).

4.3.4

Penyisihan Linear AlkilBenzene Sulfonat Campuran

Proses penyisihan LAS campuran juga sama perlakuannya yaitu dengan 3 tingkat. Berikut ini adalah data penyisihan konsentrasi dari LAS. Tabel 4.8 Data Penyisihan LAS campuran Tingkat 1

2

3

Waktu (menit) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

Konsentrasi LAS (mg/L) 25,17 20,52 14,44 10,89 22,56 16,43 12,33 9,98 16,01 11,38 6,02 5,01

Persen penyisihan LAS dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Persen pernyisihan LAS campuran memiliki nilai yang baik pada tingkat 3 yaitu sebesar 68,71 % dan sebagai nilai penyisihan total juga. Gambar 4.10 menunjukan juga bahwa terjadi peningkatan nilai nilai persentase dari setiap tingkat. Nilai tertinggi yaitu pada tingkat 3 dan terendah pada tingkat 1, hal ini dikarenakana retentate akan menambah jumlah konsentrasi ke tingkat selanjutnya.


penurunan konsentrasi LAS (%)

80,00 68,71 62,40

70,00 56,73

60,00 50,00

55,76

Tingkat 1

45,35

42,63

Tingkat 2

40,00

Tingkat 3

20,00

28,92

27,17

30,00 18,47

10,00 1

2

3


Gambar 4.12 Grafik Persentase Penyisihan LAS Campuran Berikut grafik perbandingan penyisihan LAS antara bahan pencemar campuran (besi, mangan, amonia dan LAS) dengan bahan pencemar tunggal LAS. Persentase penurunan nilai LAS campuran memiliki kecendrungan naik dari tahap satu ke tahap selanjutnya : 70,00 Penurunan konsentrasi (%)

60,40 60,00

54,95 50,12

50,00 40,00 30,35 30,00

23,71

Pencemar tunggal LAS

20,00 10,00

Pencemar Campuran LAS 6,16

10

20

30

Waktu (menit)

Gambar 4.13 Grafik perbandingan persentase penyisihan LAS pada pencemar tunggal dan campuran


Saat bahan pencemar (besi, mangan, amonia dan LAS) di campur, penyisihan untuk LAS tidak jauh berbeda ketika bahan pencemar tersebut sebagai bahan pencemar tunggal pada unit pengolahan air. Hal ini dapat dilihat pada grafik bahwa nilai persentase total untuk pencemar LAS tunggal adalah sebesar 54,95 %, sedangkan pada persen penyisihan LAS campuran adalah 60,40 %. Hal ini dikarenakan radikal hidroksida cukup efektif dalam penyisihan LAS.

4.4 Identifikasi Laju Reaksi Dari Grafik Kinetika Reaksi Bahan pencemar yang dianalisa persamaan kinetiknya pada penelitian ini adalah logam besi, logam mangan, amonia, dan LAS. Penentuan persamaan kinetika untuk limbah tersebut dilakukan dengan proses ozonasi dan filtrasi membran. Data yang diperoleh berupa persentase penurunan konsentrasi yang kemudian dari data tersebut ditentukan persamaan kinetikanya yang sesuai dengan menggunakan persamaan kinetika untuk ozon dan membran pangkat sederhana yaitu  rA  


(4.1)

Konstanta laju reaksi ( k ) merupakan nilai yang menyatakan perbandingan dengan laju reaksi. Nilai k yang semakin besar artinya laju reaksi tersebut makin besar juga. Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Orde reaksi juga menyatakan ketergantungan laju reaksi terhadap konsentrasi senyawa. Nilai k dipengaruhi oleh orde reaksi ( n ). Persamaan kinetika yang sudah diperoleh dengan menggunakan persamaan diatas dengan variasi orde, selanjutnya divalidasi dengan cara melihat nilai regresi linearnya. Semakin besar nilai regresi linear atau mendekati 1, maka persamaan kinetika tersebut cocok untuk data yang tersedia. Berikut ini adalah data tetapan laju reaksi beserta grafik persamaan kinetika dari beberapa limbah data tunggal :

4.4.1

Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe)


Dari data penyisihan logam besi kemudian diolah secara sistematis berdasarkan rumus nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu yang berkaitan dengan tingkatan orde reaksi, sehingga diperoleh hasil kinetika reaksi sebagai berikut: Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Logam Besi

Orde Reaksi (n) 1 0 0,6464 1/2 0,7309 1 0,8649 3/2 0,8933 2 0,7913 5/2 0,701

Regresi linear (R2) Tingkat 2 3 0,6093 0,6038 0,6515 0,6301 0,7875 0,751 0,9347 0,9374 0,8222 0,9624 0,7249 0,885

1 3,92 x 10-8 8,21 x 10-9 3,61 x 10-8 1,38 x 10-8 1,10 x 10-7 1,98 x 10-7

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 2 3 -8 3,88 x 10 3,82 x 10-8 8,68 x 10-9 8,85 x 10-9 4,82 x 10-8 5,5 x 10-8 2,95 x 10-8 1,4 x 10-7 4,46 x 10-7 9,43 x 10-7 1,58 x 10-6 4,72 x 10-6

Tabel 4.9 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada logam besi. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi mengalami fluktuatif, dan nilai regresi yang paling mendekati 1 adalah pada orde reaksi 3/2 yaitu sebesar 0,8933. Pada tingkat 1 persamaan tidak dapat dibuat menjadi linear karena berdasarkan trial dari orde reaksi nilai regresi hanya maksimal pada orde 3/2 dan untuk orde selanjutnya nilai regresi semakin menurun. Sedangkan untuk konstanta pada tingkat 1 yang memiliki nilai konstanta pada orde 3/2 sebesar 1,38 x 10-8 mol/s. Pada tingkat 2 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling mendekati satu adalah pada orde 3/2 dengan nilai 0,9374. Pada tingkat 2 nilai regresi sudah lebih mendekati 1 dibandingkan dengan pada tingkat sebelumnya, artinya persamaan lebih linear pada tingkat 2 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,95 x 10-8 mol/s. Sedangkan untuk tingkat 3 nilai regresi yang mendekati linear adalah pada orde 2 dengan nilai sebesar 0,9624 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,43 x 10-7 mol/s. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 3 adalah yang paling besar. Hal ini dapat dianalisa dari proses, artinya proses berjalan paling baik pada tingkat 3. Proses dikatakan paling baik dengan dibuktikan dari persen penyisihan logam besi pada tingkat 3 sebesar 99,77 %.


Nilai konstanta laju reaksi pada tiap tahap menunjukan perbedaan yang signifikan antara konstanta pada tingkat 2 dan tingkat 3. Hal ini dapat dianalisa berdasarkan pada proses keseluruhan yang terjadi. Nilai konstanta pada penyisihan logam besi dengan nilai yang kecil, artinya dapat dikatakan bahwa nilai ini disebabkan oleh proses penyisihan yang kurang baik. Salah satunya dapat disebabkan oleh proses filtrasi membran. Reaksi penyisihan logam oleh ozonasi dapat terjadi dalam reaksi oksidasi dan pengendapan. Reaksi pengendapan logam dapat menyumbat membran sehingga mengurangi kinerja proses filtrasi membran. Adapun reaksi ozonasi logam besi adalah : 2 Fe2+ + O3(aq) + 5 H2O →

2 Fe(OH)3(s) + O2(aq) + 4 H+

(4.2)

Sedangkan Nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar dapat disebabkan oleh analisa pH. Semakin besar konsentrasi awal maka kebutuhan akan radikal hidroksil juga akan semakin besar, semakin besar produksi radikal hidroksil maka nilai pH juga akan bertambah, semakin besar nilai pH maka reaksi oksidasi juga akan semakin besar. Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu pada penyisihan logam besi. 7,8

pH

7,6 7,4

tingkat 1

7,2

tingkat 2 tingkat 3

7 0

10

20

30

waktu (menit)

Gambar 4.14 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Logam Besi

Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan dipilih adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 3 dengan nilai regresi sebesar 0,9624 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,43 x 10-7 mol/s. Setiap tingkat memiliki perbedaan nilai konstanta laju


reaksi. Semakin besar tingkat maka nilai konstanta akan semakin besar. Tingkat 3 memiliki nilai konstanta yang paling besar, hal ini dapat disebabkan oleh persen penyisihan konsentrasi pada tingkat 3 yang paling besar adalah 99,77 %. Semakin besar selisih penyisihan konsentrasi, maka konstanta akan juga semakin besar karena laju reaksi juga akan semakin besar. Maka dapat ditentukan persamaan laju reaksi untuk penyisihan logam besi dari data yang yang dipilih adalah  rA  

dC A  9,43 x 10 -7.C A2 dt

(4.3)

Berikut ini adalah grafik hasil linearisasi untuk persamaan laju reaksi yang mendekati 1 atau paling linear. 120,0000

CA^(-1) - CA0^(-1)

100,0000 y = 1,4931x - 2,9261 R² = 0,8222

80,0000 60,0000

y = 3,1596x - 1,7369 R² = 0,9624

40,0000 20,0000

y = 0,3692x - 1,0426 R² = 0,7913

0

5

(20,0000)

10

15

20

25

30

35

40

45

t - t0 tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3

Gambar 4.15 Hasil linearisasi pada orde (n=3/2) untuk penyisihan logam besi

Persamaan kinetika yang tepat untuk logam besi adalah pada orde 3/2. Orde reaksi menyatakan ketergantungan nilai laju reaksi terhadap nilai perubahan konsentrasi. Dari persamaan 4.1 dapat dilihat bahwa nilai laju reaksi sangat tergantung dari gradien konsentrasi dan konstanta laju reaksi yang dipengaruhi oleh orde reaksi. Semakin besar nilai perubahan/gradien konsentrasi dan orde reaksi maka nilai laju reaksi semakin besar


dengan faktor pengali dari konstanta. Pada penyisihan logam besi dapat dilihat besarnya persen penyisihan menunjukan nilai laju reaksi yang semakin besar juga. Penyisihan konsentrasi terlarut logam besi dari menit awal sebesar 4.135 mg/L menjadi 0,03 mg/L menunjukan gradien penurunan konsentrasi yang besar. Maka semakin besar nilai perubahan konsentrai dengan pangkat orde reaksi yang besar juga pada orde 2, maka dapat dikatakan bahwa laju reaksi penyisihan logam besi adalah besar. Secara matematis dapat dikatakan bahwa untuk menghasilkan persamaan yang linear maka dibutuhkan sebuah gradien konsentrasi yang besar. Orde yang semakin besar akan membuat laju reaksi semakin besar juga. Analisa sifat fisik limbah terhadap nilai orde yang besar pada penyisihan logam besi yaitu pada n = 2 menunjukan bahwa logam besi Fe2+ sangat mudah teroksidasi membentuk Fe3+ di dalam air maupun oksigen yang masuk karena pertukaran dengan udara sekitar, maka jumlah Fe2+ yang teroksidasi juga meningkat, selain itu juga dengan adanya kavitasi pada proses oksidasi lanjut maka dapat meningkatkan konsentrasi radikal hidroksida yang cukup efektif untuk menyisihkan logam besi (Gunten, 2003). 4.4.2

Identifikasi laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn) Data penyisihan logam Mangan selanjutnya ditentukan nilai tetapan laju

reaksi dengan menggunakan persamaan regresi dari grafik. Proses penyisihan logam mangan juga dilakukan dengan 3 tingkat. Berikut ini adalah hasil perhitungan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi :

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Mangan (Mn) Regresi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,8892 0,9509 0,9982 ½ 0,8898 0,9511 0,9965

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 1 2 3 7,22 x 10-9 7,07 x 10-9 9,71 x10-9 1,70 x 10-9 1,70 x 10-9 2,40 x 10-9


1 3/2 2 5/2

0,8903 0,8906 0,8907 0,8907

0,9514 0,9516 0,9517 0,9517

0,9942 0,9913 0,9878 0,9838

1,57 x 10-9 1,82 x 10-10 3,34 x 10-10 1,21 x 10-10

1,61 x 10-9 1,97 x 10-10 1,67 x 10-10 1,37 x 10-10

2,37 x 10-9 2,88 x 10-10 2,82 x 10-10 2,12 x 10-10

Tabel 4.10 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada logam mangan. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 2 dengan nilai regresi sebesar 0,8907. Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1. Persamaan untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan dibutuhkan orde yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk persamaan yang linear. Sedangkan persen penyisihan untuk logam mangan adalah nilai persen yang kecil. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 3,34 x 10-10 mol/s pada orde 2. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 2 yaitu sebesar 0,9517. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,67 x 10-10 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,9982 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,71 x 10-9 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan dipilih adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 3 dengan nilai regresi sebesar 0,9982 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,71 x 10-9 mol/s. Sehingga persamaan laju reaksi untuk penyisihan mangan adalah  rA  

dC A  9,71 x 10 -9.C A0 dt

(4.4)

Setiap tingkat pada penyisihan logam mangan memiliki nilai konstanta laju reaksi yang berbeda beda. Nilai konstanta mengalami fluktuatif dari tingkat 1 ke tingkat 3. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan dengan tingkat 2, perbedaan ini dapat dianalisa berdasarkan proses yang terjadi. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 merupakan nilai


yang kecil. Bila dianalisa dari proses penyisihan logam mangan maka nilai konstanta yang kecil ini dapat disebabkan oleh persen penyisihan mangan yang kecil juga pada tingkat 1 dengan total penyisihan 13,51 %. Karena semakin besar penyisihan atau selisih konsentrasi penyisihan awal dan akhir, maka nilai konstanta akan semakin besar juga karena laju reaksi semakin besar. Selain itu juga dapat disebabkan oleh proses penyisihan oleh ozonasi dan filtrasi. Sama halnya seperti logam besi, mangan juga akan membentuk endapan pada saat bereaksi dengan radikal hidroksida sehingga endapan tersebut akan menghambat proses penyaringan oleh membran. Adapun reaksi antara logam mangan dengan ozon adalah sebagai berikut : Mn2+ + O3(aq) + H2O

→ MnO2(s) + O2(aq) + 2 H+

(4.5)

Sedangkan nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 2 menurun dibandingkan pada tingkat 1. Semakin besar laju reaksi maka konstanta akan semakin besar. Laju reaksi dapat dipengaruhi oleh selisih konsentrasi. Berdasarkan data persen penyisihan logam mangan dapat dilihat bahwa penyisihan total pada tingkat 2 hanya sebesar 13.74 %. Sama halnya seperti pada tingkat 1, bahwa nilai konstanta tidak menunjukan nilai yang signifikan bahkan kecendrungan menurun. Kecenderungan ini dapat disebabkan oleh sifat fisik dari mangan. Berdasarkan persamaan 4.4 dapat dilihat bahwa mangan akan membentuk endapan apabila bereaksi dengan ozon dan endapan ini akan terus bertambah pada tingkat selanjutnya sehingga akan menurunkan kinerja penyaringan membran yang dapat menurunkan persen penyisihan. Dengan menurunnya proses penyisihan maka nilai laju reaksi akan menurun juga sehingga nilai konstanta akan ikut menurun juga. Analisa lain yang dapat mempengaruhi nilai konstanta laju reaksi dari proses adalah berdasarkan pH. Semakin besar nilai pH maka reaksi oksidasi yang terjadi juga akan semakin baik. Tetapi pada proses penyisihan mangan nilai pH tidak mengalami kenaikan. Kenaikan nilai pH dapat disebabkan oleh produksi radikal hidroksida, dan produksi radikal hidroksida ditentukan oleh jumlah konsentrasi terlarut dari polutan. Sedangkan konsentrasi mangan hanya sebesar 4,96 mg/L. Sehingga menyebabkan nilai pH untuk penyisihan mangan tidak mengalami perubahan signifikan.


Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk penyisihan mangan. 7,4

pH

7,2 7

tingkat 1

6,8

tingkat 2 tingkat 3

6,6 0

10

20

30

waktu (menit)

Gambar 4.16 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Mangan

Sedangkan pada tingkat 3 persamaan yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde reaksi 0. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak mengubah laju reaksi. Berikut ini adalah grafik hasil linearisasi untuk persamaan yang paling linear

0,2000 CA - CA0

(0,2000)

0

5

y10 = -0,032x +15 0,015 R² = 0,9982

20

y = -0,0233x + 0,002 R² = 0,9509

(0,4000) (0,6000) (0,8000)

25

y = -0,0238x - 0,058 R² = 0,8892

(1,0000)

t - t0 tingkat 1

tingkat 3

tingkat 2


30

Gambar 4.17 Hasil Kinetika reaksi orde (n=0) pada penyisihan Mangan

Persamaan yang paling linear untuk penyisihan logam mangan adalah pada orde 0. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak mengubah laju reaksi. Dari persamaan 4.1 dapat dilihat bahwa nilai laju reaksi sangat tergantung dari gradien konsentrasi dan konstanta laju reaksi yang dipengaruhi oleh orde reaksi. Semakin besar nilai perubahan/gradien konsentrasi dan orde reaksi maka nilai laju reaksi semakin besar dengan faktor pengali dari konstanta. Penyisihan logam mangan total hanya memiliki nilai sebesar 20,78 %, dan gradien konsentrasi untuk penyisihan mangan adalah dari 4,96 mg/L menjadi 3,66 mg/L. Sehingga laju reaksi penyisihan mangan adalah kecil dengan konstanta yang kecil juga.

4.4.3

Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Amonia (NH3)

Tabel berikut adalah hasil perhitungan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan ammonia berdasarkan data dari penyisihan amonia. Penyisihan amonia dilakukan dengan 3 tingkat sama halnya seperti pada penyisihan mangan dan besi.

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan Ammonia

Orde Reaksi (n) 1 0 0,8236 1/2 0,8234 1 0,8232 3/2 0,8229 2 0,8227 5/2 0,8225

Regresi linear (R2) Tingkat 2 3 0,9392 0,9958 0,996 0,9387 0,9961 0,9383 0,9963 0,9379 0,9965 0,9375 0,9966 0,937

1 1,89 x 10-8 5,94 x 10-10 3,56 x 10-10 2,97 x 10-11 7,13 x 10-12 5,94 x 10-13

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 2 3 -8 5,29 x 10 5,07 x 10-8 1,72 x 10-9 1,66 x 10-9 8,32 x 10-10 9,51 x 10-10 2,97 x 10-11 2,97 x 10-11 1,19 x 10-11 1,19 x 10-11 1,19 x 10-12 1,78 x 10-12

Tabel 4.11 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan amonia. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang


paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,8236. Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1. Persamaan untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan dibutuhkan orde yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk persamaan yang linear. Sedangkan persen penyisihan untuk amonia adalah nilai persen yang kecil. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,89 x 10-8 mol/s. pada orde 0. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 5/2 yaitu sebesar 0,9966. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,19 x 10-12 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,9958 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 5,07 x 10-8 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 2 dengan nilai regresi sebesar 0,9966 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,19 x 10-12 mol/s.

Maka persamaan untuk kinetika laju reaksi penyisihan amonia adalah  rA  

dC A  1,19 x 10 -12..C A5 / 2 dt

(4.6)

Setiap tingkat memiliki nilai konstanta yang berbeda beda. Tingkat 1 memiliki nilai konstanta yang lebih besar daripada tingkat 2, tetapi tingkat 2 memiliki nilai konstanta yang lebih kecil daripada tingkat 3. Perbedaan nilai konstanta ini dapat disebabkan karena beberapa faktor, antara lain yaitu dari laju reaksi yang terjadi. Karena semakin besar laju reaksi maka nilai konstanta akan semakin besar begitu juga sebaliknya. Laju reaksi ditentukan oleh nilai gradien penyisihan konsentrasi dengan pangkat orde reaksi. Semakin besar nilai gradien konsentrasi penyisihan amonia maka laju reaksi juga akan semakin besar. Berdasarkan persen penyisihan amonia dapat dilihat bahwa penyisihan tingkat 1 hanya sebesar 0,92 %, untuk tingkat 2 sebesar 2,21 % dan untuk tingkat 3 sebesar 2,47 %. Maka dengan nilai


persen penyisihan yang kecil diperoleh juga nilai konstanta laju reaksi yang kecil juga. Analisa terhadap proses dapat juga menyebabkan variasi nilai konstanta laju reaksi, yaitu dari proses ozonasi dan membran. Ada keterkaitan antara nilai gradien konsentrasi penyisihan amonia dengan proses yang terjadi. Penyisihan amonia dari air dapat dilakukan dengan ozon. Ketersediaan ozon sebanding lurus dengan jumlah polutan. Konsentrasi amonia terlarut berada dalam jumlah besar yaitu 58,78 mg/L. Produksi ozon atau radikal OH yang terbatas menyebabkan penyisihan amonia tidak maksimal yang menyebabkan gradien konsentrasi penyisihan menjadi kecil sehingga konstanta laju reaksi dapat berubah untuk tiap tingkat. Faktor lain yang mempengaruhi perubahan nilai konstanta laju reaksi untuk tiap tingkat adalah sifat fisik dari amonia. Amonia bereaksi sangat lambat dengan ozon, sehingga penyisihan tidak maksimal. Faktor lainnya yang dapat mempengaruhi perubahan konstanta laju reaksi adalah nilai pH. Reaksi oksidasi antara ozon dengan amonia akan efektif pada pH di bawah normal (pH<7). Karena ketika larutan yang mengandung amonia memiliki pH 7, maka dalam larutan tersebut amonia dalam bentuk kation (NH4+) yang lebih dominan dibandingkan dengan amonia dalam bentuk molekul (NH3) (Said, 2003). Sedangkan ozon maupun OH• lebih mudah mengoksidasi NH3 dibandingkan dengan NH4+ . Tetapi pada grafik perubahan pH di bawah ini dapat dilihat bahwa selama proses berlangsung kondisi pH dominan berada di atas pH normal. Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk proses

pH

penyisihan amonia. 7,4 7,3 7,2 7,1 7 6,9 6,8

tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3 0

10

20

30

waktu (menit)

Gambar 4.18 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Amonia


Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan amonia untuk persamaan yang paling linear

0,0200

CA^0.5 - CA0^0.5

(0,0200)

0

10

20

30

(0,0400)

40 y = -0,001x + 0,0007 R² = 0,8234 y = -0,0029x - 0,0003 R² = 0,9387

(0,0600)

y = -0,0028x - 0,002 R² = 0,996

(0,0800) (0,1000) tingkat 1

t - t0 tingkat 2

tingkat 3

Gambar 4.19 Hasil Linearisasi pada orde (n=5/2) untuk penyisihan Ammonia

Gambar 4.19 menunjukan grafik linearisasi untuk penyisihan amonia. Persamaan yang paling linear berada pada tingkat 2 yaitu sebesar 0,9966. Nilai konstanta laju reaksi untuk tingkat 2 memiliki nilai yang sangat kecil yaitu sebesar 1,19 x 10-12 mol/s. Laju reaksi penyisihan pada tingkat 2 berjalan lambat. Orde reaksi sebagai angka yang menyatakan ketergantungan laju reaksi terhadap nilai perubahan konsentrasi. Walaupun nilai orde reaksi pada tingkat 2 memiliki nilai yang besar yaitu 5/2 dan gradien penyisihan konsentrasi dari 58,84 mg/L menjadi 57,54 mg/L, tetapi karena nilai konstanta laju reaksi kecil, maka laju reaksi berjalan lambat. Orde reaksi penyisihan amonia berada pada nilai 5/2, artinya bahwa untuk menghasilkan persamaan yang linear dibutuhkan pangkat yang besar, karena perubahan konsentrasi penyisihan amonia sangat kecil.

4.4.4 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat (LAS)


Dari data persen penyisihan LAS, dapat ditentukan nilai regresi linearnya beserta nilai tetapan laju reaksi dengan cara menggunakan grafik linearitas dengan persamaan kinetika pangkat sederhana. Berikut ini adalah tabel nilai regresi dari penyisihan LAS : Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data Penyisihan LAS Regresi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,8892 0,9509 0,9982 1/2 0,8546 0,8197 0,9921 1 0,849 0,8078 0,9764 3/2 0,8411 0,7904 0,949 2 0,8314 0,7692 0,9126 5/2 0,8200 0,7465 0,8711

1 1,59 x 10-9 1,03 x 10-9 9,10 x 10-10 5,35 x 10-11 4,69 x 10-11 6,69 x 10-12

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 2 3 1,56 x 10-9 2,14 x 10-9 1,59 x 10-9 2,10 x 10-9 1,67 x 10-9 2,72 x 10-9 1,10 x 10-10 2,28 x 10-10 1,20 x 10-10 3,08 x 10-10 2,68 x 10-11 8,03 x 10-11

Tabel 4.12 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan organik LAS. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,8892. Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1. Persamaan untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan dibutuhkan orde yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk persamaan yang linear. Sedangkan persen penyisihan untuk LAS adalah nilai persen yang cukup besar. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,59 x 10-9 mol/s pada orde 0. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 0 yaitu sebesar 0,9509. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,56 x 10-9 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,9982 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,14 x 10-9 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati


1) pada tingkat 3 dengan nilai regresi sebesar 0,9982 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,14 x 10-9 mol/sec. Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan LAS adalah

 rA  

dC A  2,14 x 10 -9.C A0 dt

(4.7)

Nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan LAS untuk tiap tingkat juga mengalami fluktuatif atau perbedaan. Seperti dapat dilihat bahwa nilai konstanta laju reaksi untuk tingkat 1 lebih besar dari tingkat 2, tetapi konstanta laju reaksi untuk tingkat 2 lebih kecil dari tingkat 3. Nilai konstanta laju reaksi dapat dipengaruhi oleh dari nilai data penyisihan ataupun juga dari selama proses berlangsung. Data penyisihan konsentrasi menyatakan besarnya laju reaksi, semakin besar nilai gradien konsentrasi maka laju reaksi semakin besar dengan pangkat orde yang besar juga. Dari data persen penyisihan LAS dapat dilihat bahwa pada tingkat 1 penyisihan total sebesar 37,10 %, untuk penyisihan pada tingkat 2 sebesar 57,78% dan untuk penyisihan pada tingkat 3 adalah 69,98 %. Proses yang terjadi selama proses penyisihan LAS dapat mempengaruhi perbedaan nilai konstanta laju reaksi untuk tiap tingkat. Pada tingkat 1 nilai konstanta lebih besar dari tingkat 2 yaitu 2,59 x 10-9 mol/s dan tingkat 2 sebesar 1,03 x 10-9 mol/s. Pada saat tingkat 1 nilai konstanta laju reaksi lebih besar dapat dianalisa dari proses ozonasi maupun filtrasi. Reaksi ozon dengan LAS berjalan baik. Jika dikaitkan dengan penyisihan LAS, maka kondisi pH akan mempengaruhi proses ozonasi karena nilai pH merupakan variabel penting dalam dekomposisi ozon. pada pH larutan antara 4 – 9 maka akan terjadi reaksi antara LAS dengan ozon yaitu reaksi langsung dan tidak langsung dengan ozon. (Said.2003). Reaksi oksidasi langsung oleh ozon dalam air merupakan reaksi molekul ozon dengan ikatan tak jenuh dan akan memicu terjadinya pemecahan ikatan sedangkan reaksi tidak langsung yaitu dengan memanfaatkan hidroksil radikal yang merupakan hasil dekomposisi dari ozon. Dari grafik perubahan pH terhadap waktu untuk penyisihan LAS dapat dilihat bahwa selama proses terjadi perubahan pH tidak terlalu signifikan. Tetapi kondisi pH masih berada di bawah kondisi yang optimal. Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk penyisihan LAS.


8,2

pH

8,1 8 tingkat 1

7,9 7,8

tingkat 2

7,7

tingkat 3

0

10

20

30

waktu (menit)

Gambar 4.20 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan LAS

Sedangkan pada tingkat 2 nilai konstanta laju reaksi memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan tingkat 1 yaitu sebesar 1,56 x 10-9 mol/s. Nilai konstanta laju reaksi yang lebih kecil dapat dikarenakan pada proses tingkat 2 kurang optimal. Hal ini dapat dianalisa dari tahapan proses penyaringan. Nilai konstanta laju reaksi yang kecil juga akan menyebabkan laju reaksi berjalan lambat. Laju reaksi dapat dikarenakan oleh proses yang kurang optimal. Filtrasi dapat menyebabkan penurunan konstanta dan laju reaksi. Hal ini dapat terjadi karena membran mikrofiltrasi tidak mampu menyisihkan ion natrium dan sulfat yang merupakan hasil oksidasi gugus sulfonat dengan radikal hidroksida serta ion-ion lainnya yang mungkin ada pada air limbah sehingga dapat lolos dari membran. sehingga penyisihan LAS tidak optimal dan laju reaksi akan berpengaruh. Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta laju reaksi naik menjadi 2,14 x 10 -9 mol/s. Perbedaan nilai laju reaksi dari tingkat 2 ke tingkat 3 dapat dikarenakan pada saat tingkat 3 gradien penyisihan konsentrasi lebih lebih besar dari 18,75 mg/L menjadi 5,02 mg/L, sehingga nilai laju reaksi dan konstanta laju reaksi akan ikut berpengaruh. Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat yang paling linear


2,0000 -

CA - CA0

(2,0000) 0 (4,0000) (6,0000)

5

10

15

20

25

30

y = -0,3647x - 0,727 R² = 0,8246

(8,0000)

y = -0,2807x - 0,457 R² = 0,8577

(10,0000)

y = -0,3989x + 0,086 R² = 0,9954

(12,0000) (14,0000)

t - t0

tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3

Gambar 4.21 Hasil Linearisasi pada orde 0 untuk penyisihan LAS Persamaan yang dapat dijadikan paling linear ada pada orde reaksi 0. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak mengubah laju reaksi. Orde reaksi menyatakan ketergantungan nilai laju reaksi terhadap perubahan konsentrasi. Untuk menghasilkan nilai laju reaksi maka dibutuhkan gradien konsentrasi yang besar, sehingga persamaan menjadi linear, dan nilai orde reaksi akan menentukan besarnya nilai laju reaksi. Akan tetapi karena gradien penyisihan pencemar organik LAS sudah besar, maka tidak dibutuhkan nilai orde reaksi yang besar untuk menghasilkan laju reaksi yang besar. 4.4.5

Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran Data penyisihan campuran besi dengan pencemar lainnya selanjutnya

ditentukan nilai regresi linear dan nilai tetapan laju reaksi berdasarkan grafik. Berikut ini adalah data yang dihasilkan dengan grafik linearitas : Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk logam besi Regrensi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,6915 0,6295 0,6059 ½ 0,8144 0,7089 0,631

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 1 2 3 4,18 x 10-8 3,94 x 10-8 3,67 x 10-8 8,68 x 10-9 8,95 x 10-9 8,3 x 10-9


1 3/2 2 5/2

0,9545 0,919 0,7843 0,692

0,87 0,9627 0,9506 0,9282

0,7124 0,8255 0,8505 0,7987

3,80 x 10-8 1,44 x 10-8 1,14 x 10-7 2,02 x 10-7

4,93 x 10-8 2,78 x 10-8 3,55 x 10-7 1,03 x 10-6

4,36 x 10-8 2,32 x 10-8 2,89 x 10-7 8,40 x 10-7

Tabel 4.13 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan logam besi campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 1 dengan nilai regresi sebesar 0,9545. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 3,80 x 10 8

mol/sec pada orde 1. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear

dihasilkan pada saat orde reaksi 3/2 yaitu sebesar 0,9627. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,78 x 10-8 mol/sec. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 2 dengan nilai regresi sebesar 0,8505 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,89 x 10-7 mol/sec. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 1 dengan nilai regresi sebesar 0,9545 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 3,80 x 10-8 mol/sec. Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan logam besi campuran adalah

 rA  

dC A  3,80 x 10 -8.C 1A dt

(4.7)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan logam besi campuran pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada penyisihan besi tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 besi campuran memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data besi tunggal. Pada besi tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,38 x 10-8 mol/sec sedangkan pada data besi campuran sebesar 3,80 x 10-8 mol/sec . Nilai orde reaksi juga berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data besi tunggal linear tercapai pada orde 3/2 sedangkan pada besi campuran pada orde reaksi 1. Untuk tingkat 2


pada data besi campuran memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih kecil dibandingkan dengan data besi tunggal. Nilai konstanta untuk besi tunggal sebesar 2,95 x 10-8 mol/sec dan untuk data besi campuran sebesar 2,78 x 10-8 mol/sec dengan orde reaksi 2 untuk data tunggal dan 3/2 untuk data campuran. Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta jauh bebeda dengan nilai konstanta data besi tunggal sebesar 9,43 x 10-7 mol/sec dan data besi campuran sebesar 2,89 x 10-7 mol/sec.Perbedaan nilai konstanta pada penyisihan logam besi antara campuran dan tunggal dapat terjadi karena pada data campuran ketika logam besi dicampurkan bersama dengan pencemar lainnya maka sifat fisik ataupun proses akan berpengaruh. Persen penyisihan logam besi campuran sebesar 99,17 %, sedangkan untuk data tunggal sebesar 98,96 %. Perbedaan ini dapat menyebabkan nilai konstanta akan berbeda juga. Ketika besi dicampurkan ke dalam bahan pencemar maka jumlah radikal hidroksida juga akan bertambah yang menyebabkan pH reaksi menjadi naik. Oksidasi besi berjalan optimal dengan pH yang tinggi, dan juga oksidasi besi lebih cepat terjadi ketika dicampur dengan logam lain. Hal ini yang menyebabkan nilai konstanta laju reaksi penyisihan besi campuran lebih besar dibandingkan dengan data besi tunggal untuk tingkat 1. Pada tingkat selanjutnya perbedaan nilai ditunjukan signifikan pada tingkat 3. Pada data besi tunggal memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar dibandingkan dengan data besi campuran. Perbedaan ini dapat disebabkan gradien konsentrasi penyisihan data tunggal lebih besar dibandingkan dengan data campuran. Untuk orde reaksi sama sama memiliki nilai orde reaksi yang tinggi, karena penyisihan yang besar maka orde reaksi juga besar untuk persamaan menjadi linear. Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan logam besi campuran

-

ln Ca - ln Ca0

(1,0000)

0

5

10

15

(4,0000)

y = -0,1462x - 1,1158 R² = 0,7124

(5,0000) (6,0000)

25

y = -0,1275x - 0,2761 R² = 0,9545

(2,0000) (3,0000)

20

y = -0,1651x - 0,728 R² = 0,87 t - t0 tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3 Identifikasi laju..., Ardhian Solichin, FT UI, 2011

30

Gambar 4.22 Hasil Linearisasi pada orde (n=1) untuk penyisihan logam besi campuran

4.4.6

Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran

Berikut ini adalah data nilai regresi dan tetapan laju reaksi dari logam mangan campuran. Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Mangan Regrensi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,9199 0,9811 0,891 1/2 0,9147 0,981 0,8965 1 0,9094 0,9806 0,9019 3/2 0,9094 0,9806 0,9019 2 0,8986 0,9793 0,9124 5/2 0,8931 0,9783 0,9174

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 1 2 3 6,89 x 10-9 1,07 x 10-8 7,40 x 10-9 7,58 x 10-10 1,14 x 10-9 8,65 x 10-10 1,37 x 10-9 2,12 x 10-9 1,61 x 10-9 6,98 x 10-10 1,06 x 10-9 8,19 x 10-10 -10 -10 2,73 x 10 4,55 x 10 3,64 x 10-10 2,71 x 10-7 7,58 x 10-10 4,55 x 10-10

Tabel 4.14 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan logam mangan campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,9199. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 6,89 x 10-9 mol/s. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 0 yaitu sebesar 0,9811. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,07 x 10-8 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 3/2 dengan nilai regresi sebesar 0,9174 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 8,19 x 10-10 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 2 dengan nilai regresi sebesar 0,9811 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,07 x 10-8 mol/s.


Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan logam mangan campuran adalah

 rA  

dC A  1,07 x 10 -8.C A0 dt

(4.8)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan logam mangan campuran pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada penyisihan mangan tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 mangan campuran memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data mangan tunggal. Pada mangan tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 3,34 x 10-10 mol/s sedangkan pada data mangan campuran sebesar 6,89 x 10-9 mol/s. Nilai orde reaksi juga berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data mangan tunggal linear tercapai pada orde 2 sedangkan pada mangan campuran pada orde reaksi 0. Untuk tingkat 2 pada data mangan campuran memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar dibandingkan dengan data mangan tunggal. Nilai konstanta untuk mangan tunggal sebesar 1,67 x 10-10 mol/s dan untuk data mangan campuran sebesar 1,07 x 10-8 mol/s dengan orde reaksi 2 untuk data tunggal dan 0 untuk data campuran. Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta berbeda dengan nilai konstanta data mangan tunggal sebesar 2,71 x10-9 mol/s dan data mangan campuran sebesar 8,19 x 10-10 mol/s. Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada data mangan tunggal maupun data mangan campuran dapat terjadi karena beberapa hal. Antara lain dari sifat fisik dan kimia dari mangan akan berbeda ketika mangan dicampur dengan pencemar lain. Pada tingkat 1 penyisihan tunggal memiliki nilai yang kecil dibandingkan dengan data mangan campuran, karena pada saat campuran mangan dengan pencemar lain maka proses oksidasi mangan lebih cepat terjadi dibandingkan dengan data tunggal. Hal lain dapat menyebabkan perbedaan nilai konstanta laju reaksi antara data tunggal dengan data campuran adalah dari gradien penyisihan konsentrasi mangan campuran lebih besar dibandingkan dengan data mangan tunggal, sehingga menyebabkan laju reaksi campuran menjadi lebih besar dan konstanta laju reaksi juga akan besar. Berbeda pada tingkat 3, pada data tunggal nilai jauh dibawah nilai data campuran. Perbedaan ini sangat jauh dan


dapat disebabkan oleh proses yang lebih maksimal pada penyisihan logam mangan data campuran. Orde reaksi pada data tunggal yang menunjukan persamaan yang paling linear terjadi pada tingkat orde 0, sedangkan nilai orde reaksi yang menunjukan persamaan paling linear terjadi pada orde reaksi 0 juga. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak mengubah laju reaksi. Secara data matematis dapat dikatakan bahwa mangan tidak memiliki nilai laju reaksi yang besar terhadap ozon sehingga untuk membuat persamaan menjadi linear tidak dibutuhkan nilai orde reaksi yang tinggi. Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan logam mangan campuran

Ca - Ca0

0,2000 -

(0,2000)

0

5

10

15

20

30

y = -0,0227x + 0,053 R² = 0,9199

(0,4000) (0,6000)

25

y = -0,0244x - 0,099 R² = 0,891

(0,8000) y = -0,0325x + 0,025 R² = 0,9811

(1,0000) (1,2000) tingkat 1 Linear (tingkat 1)

t - t0 tingkat 2 Linear (tingkat 2)

tingkat 3 Linear (tingkat 3)

Gambar 4.23 Hasil Linearisasi pada orde (n=0) untuk penyisihan logam mangan campuran

4.4.7

Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Amonia (NH3) Campuran


Data penyisihan dari Amonia selanjutnya ditentukan nilai dari tetapan laju reaksi beserta nilai regresi dengan menggunakan persamaan grafik linearitas. Berikut ini adalah data yang dihasilkan : Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Ammonia Regrensi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,9936 0,8330 0,9708 1/2 0,9934 0,8332 0,9711 1 0,9932 0,8334 0,9715 3/2 0,9929 0,8336 0,9718 2 0,9926 0,8337 0,9722 5/2 0,9924 0,8339 0,9725

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 1 2 3 5,00 x 10-8 3,46 x 10-8 4,04 x 10-8 1,66 x 10-9 1,13 x 10-9 1,31 x 10-9 -10 -10 8,32 x 10 5,94 x 10 7,13 x 10-10 0,00 1,78 x 10-11 2,38 x 10-11 1,19 x 10-11 9,51 x 10-12 1,19 x 10-11 0,00 1,19 x 10-12 1,19 x 10-12

Tabel 4.15 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan amonia campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar 0,9936. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 5,00 x 10-8 mol/s. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 5/2 yaitu sebesar 0,8339. Pada tingkat 2 persamaan lebih menjauhi linear, karena nilai regresi yang lebih menjauhi 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,19 x 10-12 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 5/2 dengan nilai regresi sebesar 0,9725 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,19 x 10-12 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 1 dengan nilai regresi sebesar 0,9936 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 5,00 x 10-8 mol/s. Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan amoni campuran adalah


 rA  

dC A  5,00 x 10 -8.C A0 dt

(4.9)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan amonia campuran pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada penyisihan amonia tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 amonia campuran memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data amonia tunggal. Pada amonia tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,89 x 10-8 mol/s sedangkan pada data amonia campuran sebesar 5,00 x 10-8 mol/s. Nilai orde reaksi juga berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data amonia tunggal linear tercapai pada orde 0 sedangkan pada amonia campuran pada orde reaksi 0 juga. Untuk tingkat 2 pada data amonia campuran memiliki nilai konstanta laju yang sama dengan data amonia tunggal. Nilai konstanta untuk amonia tunggal sebesar 1,19 x 10-12 mol/s dan untuk data amonia campuran sebesar 1,19 x 10-12 mol/s dengan orde reaksi 5/2 untuk data tunggal dan 5/2 untuk data campuran. Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta data amonia tunggal sebesar 5,07 x 10-8 mol/s dan data amonia campuran sebesar 1,19 x 10-12 mol/s. Perbedaan yang signifikan terjadi pada tingkat 1. Nilai konstanta laju reaksi untuk data tunggal amonia memiliki nilai konstanta yang lebih kecil dibandingkan dengan data campuran. Pada saat amonia tunggal diproses melalui ozonasi maka berdasarkan sifat fisik amonia yang kurang reaktif terhadap radikal OH sehingga proses kurang maksimal. Hal lain berbeda terjadi ketika amonia dicampur bersama dengan pencemar lain dan diproses bersama yang menyebabkan lebih reaktif terhadap radikal OH. Maka ini yang menyebabkan konstanta laju reaksi untuk amonia campuran lebih besar dibandingkan data amonia tunggal. Karena pada dasarnya amonia kurang reaktif terhadap radikal OH ataupun ozon maka untuk tingkat selanjutnya tidak terjadi perubahan nilai konstanta laju reaksi. Orde reaksi yang menunjukan persamaan linear diperoleh pada orde 0 untuk data amonia campuran, sedangkan pada data amonia tunggal terjadi pada orde reaksi tinggi yaitu 5/2. Perbedaan orde reaksi ini dikarenakan perbedaan atau gradien penyisihan konsentrasi untuk amonia campuran lebih besar dibandingkan dengan data amonia tunggal. Sehingga untuk mendapatkan persamaan yang linear


hanya berada pada orde 0 artinya selama proses laju reaksi penyisihan amonia campuran adalah sama. Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan amonia campuran pada data yang paling linear

0,2000 (0,2000)

0

5

10

15

20

25

30

Ca - Ca0

(0,4000) (0,6000)

y = -0,034x - 0,06 R² = 0,9708

y = -0,0291x - 0,096 R² = 0,833

(0,8000) (1,0000) y = -0,0421x + 0,039 R² = 0,9936

(1,2000) (1,4000)

t - t0 tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3

Gambar 4.24 Hasil Linearisasi pada orde nol (n=0) pada penyisihan Ammonia campuran

4.5.8 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzne Sulfonat Campuran Data penyisihan LAS kemudian diaplikasikan ke dalam persamaan kinetika. Data untuk nilai regresi dan konstanta laju reaksi pada data LAS campuran dilakukan untuk 3 tingkat proses. Berikut ini adalah data nilai konstanta dan regresi linear untuk LAS campuran.

Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan pencemar campuran untuk LAS


Regrensi linear (R2) Orde Reaksi Tingkat (n) 1 2 3 0 0,991 0,9607 0,9416 1/2 0,9936 0,9794 0,9543 1 0,9907 0,9923 0,9613 3/2 0,9823 0,9987 0,963 2 0,9687 0,9984 0,9605 5/2 0,9505 0,9918 0,9549

Tetapan Laju Reaksi (k) Tingkat 1 2 3 2,80 x 10-8 2,80 x 10-8 2,57 x 10-8 1,97 x 10-9 1,78 x 10-9 2,08 x 10-9 1,91 x 10-9 1,83 x 10-9 2,76 x 10-9 1,20 x 10-10 1,20 x 10-10 1,20 x 10-10 1,20 x 10-10 1,27 x 10-10 3,28 x 10-10 2,68 x 10-11 2,68 x 10-11 8,70 x 10-11

Tabel 4.16 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada penyisihan LAS campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 1/2 dengan nilai regresi sebesar 0,9936 dengan nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,97 x 10-9 mol/s. Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear dihasilkan pada saat orde reaksi 3/2 yaitu sebesar 0,9987. Pada tingkat 2 persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,20 x 10-10 mol/s. Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 3/2 dengan nilai regresi sebesar 0,963 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,20 x 10-10 mol/s. Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati 1) pada tingkat 2 dengan nilai regresi sebesar 0,9987 dan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,97 x 10-9 mol/s. Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan LAS campuran adalah

 rA  

dC A  1,97 x 10 -9.C A3 / 2 dt

(4.10)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan LAS campuran pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada penyisihan LAS tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 LAS campuran


memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data LAS tunggal. Pada LAS tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,59 x 10-12 mol/s sedangkan pada data LAS campuran sebesar 1,97 x 10-9 mol/s. Nilai orde reaksi juga berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data LAS tunggal linear tercapai pada orde 0 sedangkan pada LAS campuran pada orde reaksi 1/2. Untuk tingkat 2 pada data LAS campuran memiliki nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,20 x 10-10 mol/s, sedangkan pada LAS tunggal nilai konstanta sebesar 1,56 x 10-9 mol/s dengan orde reaksi 0 untuk data tunggal dan 3/2 untuk data campuran. Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta laju reaksi data LAS tunggal sebesar 2,14 x 10 -9 mol/s dan nilai konstanta data LAS campuran sebesar 1,20 x 10-10 mol/s. Pada dasarnya bahan organik seperti LAS adalah reaktif terhadap radikal OH ataupun ozon. Tetapi ketika bahan pencemar LAS dicampurkan dengan bahan pencemar lain maka terjadi hal tambahan yang membuat LAS pada campuran memiliki konstanta laju reaksi yang lebih besar dibandingkan dengan data LAS tunggal. Hal yang membedakan adalah pada dasarnya penyisihan untuk LAS tidak jauh berbeda ketika bahan pencemar tersebut sebagai bahan pencemar tunggal pada unit pengolahan air. Hal tersebut bisa disebabkan karena presipitat besi dan mangan yang terbentuk dari proses oksidasi dapat membantu dalam menyisihkan senyawa organik (seperti LAS), akibat serapan (sorption) dari partikel teroksidasi tersebut. Seperti halnya penelitian yang dilakukan oleh kwang Ho Choo dkk(2005), yang menyimpulkan bahwa endapan material oleh oksidasi (ferrihidrat) dapat berperan dalam menghilangkan NOM (natural organic matter) dan kekeruhan dari air dengan cara menyerapnya. Hal ini yang menjadikan nilai konstanta pada tingkat 1 data campuran lebih besar dibandingkan dengan data tunggal. Tetapi pada tingkat 2 nilai konstanta ini menurun, hal ini dapat disebabkan proses absorbsi oleh endapan logam sudah tidak maksimal lagi, dan pada saat LAS campuran radikal OH akan bereaksi dengan logam besi terlebih dahulu sehingga menyebabkan laju reaksi untuk tingkat 2 menurun yang ditandai dengan menurunnya nilai konstanta laju reaksi. Begitu juga yang terjadi pada tingkat 3 sama halnya yang terjadi pada tingkat 2. Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan LAS campuran


n=1 -

ln Ca - ln Ca0

(1,0000) 0

5

10

15

20

(2,0000) (3,0000)

25

30

y = -0,1275x - 0,2761 R² = 0,9545

y = -0,1462x - 1,1158 R² = 0,7124

(4,0000) (5,0000) (6,0000)

t - t0 tingkat 1 Linear (tingkat 1)

y = -0,1651x - 0,728 R² = 0,87



Gambar 4.25 Hasil Linearisasi pada orde 1 (n=1) untuk penyisihan LAS campuran


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Dari Penelitian mengenai studi kinetika dari reaksi penyisihan Besi (Fe), Mangan (Mn), Amonia (NH3), dan Linear Alkil Benzen Sulfonat (LAS) melalui proses hibrida ozonasi gelembung mikro dan filtrasi membran yang telah dilakukan, dimana studi kinetika tersebut dilakukan dengan pendekatan matematis sederhana menggunakan metode hukum pangkat, dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya: 1. Proses penyisihan limbah secara data tunggal lebih besar dibandingkan dengan penyisihan data campuran. 2.

Dikarenakan ketidaktersediaan data konsentrasi ozon pada air hasil olahan, maka persamaan kinetika hanya dipengaruhi oleh konstanta laju reaksi dari proses gabungan dan konsentrasi polutan.

3. Pada studi kinetika proses penyisihan besi, diketahui bahwa nilai konstanta laju reaksi (k) pada tingkat 1 sebesar 1,38 x 10-8 mol/s, tingkat 2 sebesar 2,95 x 10-8 mol/s, dan tingkat 3 sebesar 9,43 x 10-7 mol/s. 4. Pada studi kinetika proses penyisihan mangan, dihasilkan nilai konstanta laju reaksi (k) pada tingkat 1, tingkat 2, dan tingkat 3 masing-masing sebesar 3,34 x 10-10 mol/s, 1,67 x 10-10 mol/s, dan 9,71 x 10-9 mol/s. 5. Pada studi kinetika proses penyisihan amonia, menjelaskan bahwa konstanta laju reaksi penyisihan amonia pada tingkat 1, tingkat 2, dan tingkat 3 masing-masing hanya sebesar 1,89 x 10-8 mol/s, 1,19 x 10-12 mol/s, dan 5,07 x 10-8 mol/s 6. Pada studi kinetika proses penyisihan linier alkil benzene sulfonat, didapatkan konstanta laju reaksi penyisihan pada tingkat 1, tingkat 2, dan tingkat 3 masing-masing sebesar 1,59 x 10-9 mol/s, 1,56 x 10-9 mol/s, dan 2,14 x 10-9 mol/s. 7. Untuk menghasilkan laju reaksi yang besar, maka syarat utama nya adalah gradien penyisihan konsentrasi harus besar juga.


5.2 Saran Beberapa hal yang penulis sarankan dalam identifikasi laju reaksi ini adalah agar proses antara ozonasi dan filtrasi dipisahkan. Karena hal ini akan terkait dengan informasi kinetika. Sedangkan kinetika pada ozonasi hanya spesifik untuk proses ozonasi saja.


DAFTAR PUSTAKA

Amonia. (n.d). July 5, 2010. http://id.wikipedia.org/wiki/Amonia. Amonia (NH3). (n.d). July 5, 2010. http://www.pupukkaltim.com/img/images//page/MSDS%20Amoniak.pdf Andreozzi, Roberto., At al. (1999). Advance Oxidation Processes (AOP) for water purification and recovery. Awaluddin. N. (2007). Teknologi pengolahan air tanah sebagai sumber air minum pada skala rumah tangga. Seminar ”Peran mahasiswa dalam aplikasi keteknikan menuju globalisasi teknologi” Pekan Apresiasi Mahasiswa LEM-FTSP Universitas Islam Indonesia 2007 Des 17-18 Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) Provinsi DKI Jakarta. (2006). Kualitas air tanah di Provinsi DKI Jakarta. Mei 10, 2010. http://bplhd.jakarta.go.id/NKLD%202006/Buku-I/Docs/3-3212.htm Badan Pusat Statistik (BPS) Jakarta. (2008). Persentase rumah tangga menurut kota dan sumber air minum tahun 2008. Jul 15, 2010. http://medicastrore.com/seminar/102/Pentingnya_Minum_Air_yang_Cukup_setia p_Hari.html Bealtran, Fernando J. (2004). Ozone reaction kinetics for water and wastewater Treatment. Florida : Lewis Publishers. Bealtran, Fernando J., Juan F, Gracia-Araya dan Pedro M. Alvarez. (2000). Sodium dodecylbenzenesulfonate removal from water and wastewater 1. Kinetics of decomposition of ozone. American Chemical Society 2000 Jun 13 Bekti. (2009). Pentingnya minum air yang cukup setiap hari. Jul 15, 2005. http://medicastrore.com/seminar/102/Pentingnya_Minum_Air_yang_Cukup_setia p_Hari.html Bismo, S. (1998). Kinetika dan kinerja produksi ozon pada prototipe ozonator untuk pengolahan limbah cair industri “. Prosiding seminar teknik kimia 1998 Oct 2728. TGP-FT UI Jakarta. Bismo, S., Karamah F. Eva., (2008). Pengaruh dosis koagulan PAC dan surfaktan SLS terhadap kinerja proses pengolahan limbah cair yang mengandung logam besi


(Fe), tembaga (Cu), dan nikel (Ni) dengan flotasi ozon. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia ISBN 978-979-98645-4-9. Budiyono dan Buchori L. (2007). The performance of reverse osmosis membrane in water treatment. Journal Teknik 2007, 29(1), 0852-1697. BPPT. (n.d). Bab 1 Masalah pencemaran air di wilayah DKI Jakarta. Jul 6, 2010. http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirLimbahDomestikDKI/BAB1MAS ALAH.pdf HERA (Human and Environmental Risk Assessment). (2002). Linear Alkylbenzene Sulphonate [Online]. Jul 5, 2010. www.heraproject.com Hoigne', J., Bader, H., Haag, W.R., dan Staehelin, J. (1985). Rate constants of reactions of ozone with organic and inorganic compounds in water - III, Water Research, 19(8), 993 I. Oyane, M. Futura, C. E. Stavarache, K. Hashiba, S. Mukai, M Nakanishi et.al. (2005). Inactivation of cryptosporidium parvum by ultrasonic irradiation. Journal Enviromental science and technology, 39(18), 7294-98 Iron. (n.d). Jun 3, 2010. http://en.wikipedia.org/wiki/Iron Iron Metal MSDS. (n.d). Aug 10, 2010. http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9924400 Iron and manganese. (n.d). Aug 25, 2010. http://www.wrightstrainingsite.com/iron_mangonb.html Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 907/MENKES/SK/VII/2002.(2002).Tentang syarat-syarat dan pengawasan air minum. www.icel.or.id/indekx2.php?option=com_content& do_pdf=1. Kwang-Ho Choo, Haebum Lee, Sang-June Choi. (2005). Iron and manganese removal and membrane fouling during UF in conjunction with prechlorination for drinking water treatment. Journal of Membrane Science, 267, 18–26 Lembaga Kajian Ekologi dan Konservasi Lahan Basah , 2003. Lenore S. Clescerl, Andrew D. Eaton, Eugene W. Rice (2005). Standard Methods for Examination of Water & Wastewater (21st ed.). Washington, DC: American Public Health Association


Linear

alkylbenzene

sulfonic

acid.

(n.d).

Jul

5,

2010.

5,

2010.

http://www.chemicalland21.com/specialtychem/perchem/LAS.htm Linear

Alkylbenzene

Sulfonate

(LAS).

(n.d).

Jul

http://www.scienceinthebox.com/en_UK/pdf/LAS.pdf Manganese

MSDS.

(n.d).

Aug

10,

2010.

http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9924577 Manganese. (n.d). July 5, 2010. http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese Manis Kumar, Samer S Adham, William R Pearce. (2006). Investigation of seawater reverse osmosis fouling and its relationship to pretreatment type, Enviromental Science and Technology, 40, 2037-44 MSDS

Anhydrous

Ammonia.

(n.d).

Aug

10,

2010.

http://www.alliedaviation.com/locations/pipeline/MSDS.pdf MSDS

Linear

Alkylbenzene

Sulfonate.

(n.d).

Aug

10,

2010.

http://www.labchem.net/msds/75441.pdf Ozone properties. (n.d). Mar 8, 2010. http://www.ozoneapplications.com. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 43 Tahun 2008 tentang Air Tanah. (2008). http://hukum.jogjakota.go.id/upload/PP%20No.43-2008.pdf Pusat

Audit

Teknologi

di

wilayah

Jabotabek

pada

tahun

2002.

http://buletin.melsa.net.id/news/46deterjen.html Rahmawati A.R.S. (2011). Oksidasi Lanjut dan Filtrasi Membran Keramik untuk Penyisihan Besi, Mangan, Amonia dan Linear Alkylbenzene Sulfonate dari Air Tanah. Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia Vaaramaa, K., Lehto, J., (2003). Removal of metals and anions from drinking water by ion exchange, Desalination, 155(2), 157-170 Vercellotti, Joseph M. (1988). Kinetics of iron removal using potassium permanganate and ozon. Thesis Master of Science, Ohio University.


UNIVERSITAS INDONESIA

Recommend Documents