H3PO4 5 % 4,22
- 4,22 -
Jumlah lapisan aromatik H2O
H3PO4 5 % 10,84
- 13,67 -
Jarak antar lapisan aromatik, nm (? 44)
H2O
H3PO4 5 % 0,2101
Aplikasi Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Air Limbah
Sebagaimana dikemukakan sebelumnya bahwa mutu arang aktif dengan aktivator larutan H3PO4 5 % memenuhi standar Amerika terutama yang diaktivasi
0 dan 1 jam, maka arang aktif yang mempunyai daya serap terhadap yodium paling besar yang akan digunakan sebagai adsorben pada pengolahan air limbah. Dalam hal ini arang aktif yang dimaksud adalah arang aktif yang berasal dari
Acacia mangium yang diaktivasi dengan larutan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi
dengan H2O.
Permasalahan air bersih sebenarnya ada pada pembuangan limbah cair yang dilakukan secara sembarangan dari hasil kegiatan industri serta limbah domestik perkotaan. Ditambah lagi dengan kurangnya usaha untuk mengolah limbah cair secara benar.
Berdasarkan hal itu, maka dilakukan penelitian aplikasi arang aktif dimana proses pembuatannya dicoba skala industri kecil dengan retort kapasitas produksi 100 kg sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga, limbah rumah sakit dan limbah industri pelapisan nikel.
Limbah Rumah Tangga
Limbah rumah tangga dalam penelitian ini berasal dari bekas hasil cucian pakaian yang menggunakan detergent sebagai pembersihnya. Perlakuan dengan arang aktif (Tabel 24) mampu menurunkan kadar Biological Oxygen Demand
(BOD), To tal Suspended Solid (TSS) serta minyak dan lemak. Sedangkan nilai derajat keasaman (pH) naik.
Tabel 24. Perubahan Kualitas Limbah Rumah Tangga Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif
No Parameter
analisis
Kadar maksimum
Hasil analisa sebelum diberi ar ang aktif
Hasil analisa setelah diberi arang aktif
1 pH 6 - 9 8,07 1 % = 8,54 2 % = 8,50 3 % = 8,66 2 BOD (mg/l) 100 1186 1 % = 23,3 2 % = 26,7 3 % = 20 3 TSS (mg/l) 100 700 1 % = 16 2 % = 16 3 % = 17 4 Minyak dan lemak (mg/l) 10 54,74 1 % = 12,11 2 % = 12,11 3 % = 13,68 Derajat Keasaman (pH)
Perlakuan arang aktif baik yang 1 %, 2 % maupun 3 % semuanya menyebabkan nilai pH naik tetapi nilainya masih di bawah kadar maksimum. Peningkatan nilai pH terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % (mengalami kenaikan 7, 31 %) dan terendah pada perlakuan arang aktif 2 % (mengalami kenaikan 5, 33 %).
Biological Oxygen Demand (BOD)
Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat- zat organik yang tersuspensi dalam air. Pemeriksaan BOD ini diperlukan untuk menentukan beban pencemaran air limbah yang disebabkan oleh senyawa organik yang dapat diuraikan oleh bakteri.
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar BOD, penurunan BOD terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % sebesar 98,31 % dan terendah pada konsentrasi 2 % sebesar 97,75 %.
Total Suspended Solid (TSS)
TSS adalah zat padat total terdiri dari zat padat terlarut dan zat padat tersuspensi yang dapat bersifat organik dan anorganik. Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar TSS, penurunan TSS terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 1 dan 2 % sebesar 97,71 % dan terendah pada konsentrasi 3 % sebesar 97,57 %. Hal ini menunjukkan arang aktif dapat menyerap zat- zat organik maupun anorganik yang terdapat dalam air limbah.
Minyak dan Lemak
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar minyak dan lemak meskipun masih di atas kadar maksimum, penurunan minyak dan lemak terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 1 dan 2 % sebesar 77,88 % dan terendah pada konsentrasi 3 % sebesar 75,01 %.
Gambar 30. Perubahan Warna Air Limbah Rumah Tangga (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %
Limbah Rumah Sakit
Air limbah yang berasal dari rumah sakit merupakan salah satu sumber pencemaran air yang sangat potensial. Hal ini disebabkan karena air limbah rumah sakit mengandung senyawa organik yang cukup tinggi juga kemungkinan mengandung senyawa kimia lain serta mikroorganisme phatogen yang dapat menyebabkan penyakit terhadap masyarakat di sekitarnya.
Limbah cair yang dihasilkan rumah sakit dalam penelitian ini berasal dari kegiatan-kegiatan penunjang medis, seperti laboratorium, kamar operasi, farmasi dan gizi, sedangkan dari kegiatan penunjang non medis berasal dari dapur, pencucian dan saluran pembuangan.
Tabel 25 . Perubahan Kualitas Limbah Rumah Sakit Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif
No Parameter analisis Kadar maksimum Hasil analisa sebelum diberi arang aktif Hasil analisa setelah diberi arang aktif 1 pH 6 - 9 7,18 1 % = 6,80 2 % = 6,48 3 % = 4,49 2 BOD (mg/l) 100 17 1 % = 26,7 2 % = 71,5 3 % = 121,5 3 COD (mg/l) 80 77,55 1 % = 116,58 2 % = 170,39 3 % = 261,87 4 TSS (mg/l) 30 48 1 % = 4 2 % = 3 3 % = 3 5 Amonia/NH3 (mg/l) 0,1 0,046 1 % = 0,121 2 % = 0,011 3 % = 0,797 6 Phosphat/PO4 (mg/l) 2 3,663 1 % = 73,5 2 % = 108,9 3 % = 2,452 7 Bakteri coli 43.105 43.104
Derajat Keasaman (pH)
Perlakuan arang aktif baik yang 1 %, 2 % maupun 3 % semuanya menyebabkan nilai pH turun. Penurunan nilai pH terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % sebesar 37,47 % dan terendah pada perlakuan arang aktif 1 % sebesar 5,29 %.
Biological Oxygen Demand (BOD)
Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat- zat organik yang tersuspensi dalam air. Pemeriksaan BOD ini diperlukan untuk menentukan beban pencemaran air limbah yang disebabkan oleh senyawa organik yang dapat diuraikan oleh bakteri.
Semua perlakuan arang aktif meningkatkan kadar BOD, peningkatan BOD terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % sebesar 614,71 % dan terendah pada konsentrasi 1 % sebesar 57,06 %. Peningkatan kadar BOD pada konsentrasi arang aktif 1 dan 2 % masih di bawah batas maksimum sedangkan pada konsentrasi 3 % peningkatannya melebihi batas maksimum.
Chemical Oxygen Demand (COD)
COD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat- zat organik, angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasikan memalui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air.
Semua perlakuan arang aktif meningkatkan kadar COD, peningkatan COD terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % sebesar 237,68 % dan terendah
pada konsentrasi 1 % sebesar 50,33 %. Hal ini menunjukkan bahwa arang aktif hasil penelitian tidak dapat mengoksidasi zat organik yang terdapat dalam air. Total Suspended Solid (TSS)
TSS adalah zat padat total terdiri dari zat padat terlarut dan zat padat tersuspensi yang dapat bersifat organis dan anorganis. Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar TSS, penurunan TSS terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 2 dan 3 % sebesar 93,75 % dan terendah pada konsentrasi 1 % sebesar 91,67 %. Hal ini menunjukkan arang aktif dapat menyerap zat- zat organik maupun anorganik yang terdapat dalam air limbah.
Amonia (NH3)
Kadar amonia di perairan merupakan salah satu parameter kimia perairan yang penting karena NH3 merupakan bentuk terbanyak dari N anorganik dalam
air. Tidak semua perlakuan arang aktif dapat menurunkan kadar amonia hanya perlakuan arang aktif dengan konsentrasi 3 % yang dapat menurunkan kadar amonia sebesar 76,09 %. Hal ini berarti arang aktif yang direndam dengan H3PO4
5 % pori yang terbentuk tidak dapat menyerap NH3 dalam air secara sempurna.
Phosphat (PO4)
Tidak semua perlakuan arang aktif dapat menurunkan kadar phosphat hanya perlakuan arang aktif dengan konsentrasi 3 % yang dapat menurunkan kadar phosphat sebesar 33,06 %. Penurunan kadar phosphat ini masih di atas batas maksimum. Hal ini berarti arang aktif yang direndam dengan H3PO4 5 % pori
Bakteri Coli
Untuk melihat efektivitas arang aktif terhadap penurunan bakteri coli, digunakan arang aktif dengan konsentrasi 1 % karena memiliki nilai BOD terendah bila dibandingkan dengan konsentrasi 2 dan 3 %. Hasil analisa menunjukkan bahwa arang aktif dapat menurunkan bakteri coli yang terdapat dalam air limbah sebesar 90 %.
Gambar 31. Perubahan Warna Air Limbah Rumah Sakit (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %
Limbah Industri Pelapisan Nikel
Limbah industri pelapisan nikel yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari proses cleaning (larutan pembersih yang bersifat basa), pickling (bersifat asam), chemical treatment dan platting.
Tabel 26. Perubahan Kualitas Limbah Industri Pelapisan Nikel Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif
No Parameter analisis Kadar maksimum
Hasil analisa sebelum diberi arang aktif
Hasil analisa setelah diberi arang aktif 1 TSS (mg/l) 20 24 1 % = 3 2 % = 4 3 % = 4 2 Kromium total/ Cr (mg/l) 0,5 2,604 1 % = 2,143 2 % = 1,013 3 % = 1,570 3 Tembaga/Cu (mg/l) 0,6 0,013 1 % = 0,003 2 % = 0,002 3 % = 0,008 4 Seng/Zn (mg/l) 1,0 0,706 1 % = 0,069 2 % = 0,060 3 % = 0,051 5 Nikel/Ni (mg/l) 1,0 2,641 1 % = 1,23 2 % = 0,54 3 % = 0,31 6 Kadmium/Cd (mg/l) 0,05 0,0007 1 % = <0,0002 2 % = <0,0002 3 % = <0,0002 7 Timbal/Pb (mg/l) 0,1 0,01 1 % = 0,01 2 % = 0,02 3 % = 0,01 8 pH 6 - 9 2,35 1 % = 8,10 2 % = 7,61 3 % = 8,46
Total Suspended Solid (TSS)
TSS adalah zat padat total terdiri dari zat padat terlarut dan zat padat tersuspensi yang dapat bersifat organis dan anorganis. Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar TSS, penurunan TSS terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 1 sebesar 87,50 % dan terendah pada konsentrasi 2 dan 3 % sebesar 83,33 %. Hal ini menunjukkan arang aktif dapat menyerap zat-zat organik maupun anorganik yang terdapat dalam air limbah.
Kromium (Cr)
Kromium yang ditemukan di perairan adalah kromium trivalen (Cr3+) dan kromium heksavalen (Cr6+). Apabila masuk ke perairan, kromium trivalen akan dioksidasi menjadi kromium heksavalen yang lebih toksik. Efek dari logam Cr khususnya terhadap manusia akan mengakibatkan kanker saluran pernafasan dan infeksi kulit atau dermatitis.
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar Cr, penurunan Cr terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 2 sebesar 61,10 % dan terendah pada konsentrasi 1 % sebesar 17,70 %. Meskipun terjadi penurunan tetapi kadar Cr masih di atas batas maksimum, hal ini menunjukkan arang aktif tidak dapat menyerap Cr terdapat dalam air limbah secara sempurna.
Tembaga (Cu)
Tembaga atau copper (Cu) merupakan logam berat yang dijumpai pada perairan alami dan merupakan unsur yang esensial bai tumbuhan dan hewan.
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar Cu, penurunan Cu terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 2 sebesar 84,62 % dan terendah pada konsentrasi 3 % sebesar 38,46 %.
Seng (Zn)
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar Zn, penurunan Zn terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 sebesar 92,78 % dan terendah pada konsentrasi 1 % sebesar 90,23 %.
Nikel (Ni)
Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar Ni, penurunan Ni terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 sebesar 88,26 % dan terendah pada konsentrasi 1 % sebesar 53,43 %. Perlakuan arang aktif 1 % penurunan kadar Ni masih di atas batas maksimum.
Kadmium (Cd)
Semua perlakuan arang aktif konsentrasi 1, 2 maupun 3 % mampu menurunkan kadar Cd sebesar 71,43 %.
Timbal (Pb)
Perlakuan arang aktif dengan konsentrasi 1 dan 3 % tidak mampu menurunkan kadar Pb dalam air limbah, sedangkan arang aktif konsentrasi 2 % meningkatkan kadar Pb sebesar 100 %.
pH
Semua perlakuan arang aktif baik 1, 2 dan 3 % meningkatkan nilai pH. Peningkatan terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif konsentrasi 3 % dan terendah pada konsentrasi 2 %.
Gambar 32. Perubahan Warna Air Limbah Industri Pelapisan Nikel (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan yang telah diperoleh, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Proses karbonisasi dapat mengubah pola struktur permukaan dengan membentuk pola baru yang berbeda dengan struktur asalnya.
2. Kualitas arang aktif terbaik berasal dari Acacia mangium yang direndam dengan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan H2O dan mampu berfungsi
sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.
3. Penggunaan arang aktif sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga dapat menurunkan nilai BOD 98,03 %, Total Suspended Solid (TSS) 97,66 % serta minyak dan lemak 76,92 %, sedangkan nilai pH menjadi meningkat. Konsentrasi arang aktif terbaik adalah 1 %. 4. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air
limbah rumah sakit adalah 2 % karena dapat menurunkan nilai pH 17,50 %; TSS 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % dan bakteri koli 90 %. BOD and COD mengalami peningkatan masing- masing sebesar 330,79 % dan 135,91 %.
5. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah industri pelapisan nikel adalah 2 % karena dapat menurunkan nilai TSS sebesar 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni
73,75 % dan Cd 71,43 %. pH naik 242,84 % sedangkan kadar Pb tidak mengalami perubahan.
SARAN
Disarankan untuk menggunakan arang aktif yang berasal dari Acacia mangium yang direndam dengan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan H2O
sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga, rumah sakit dan industri pelapisan nikel.
Berdasarkan kualitas arang aktif yang dihasilkan, maka pembuatan arang aktif dengan retort kapasitas 0,6 m3 (100 kg) masih diperlukan perbaikan proses dan memodifikasi pada bagian-bagian tertentu yang masih lemah. Dengan demikian kemampuan arang aktif seperti daya serap arang aktif terhadap yodium dapat memenuhi persyaratan standar Indonesia dan Jepang yaitu sebesar 750 mg/g dan 1050 mg/g.