Penelitian ini menggunakan metode kontinyu dalam proses penurunan logam besi (Fe) dan mangan (Mn) karena metode kontinyu untuk penerapannya di lapangan dimana operasinya yang selalu mengontakkan adsorben dengan larutan segar, sehingga adsorben dapat mengadsorpsi dengan optimal sampai kondisi jenuhnya.
Penelitian ini bermaksud mengidentifikasi penurunan efisiensi penurunan logam besi (Fe) dan mangan (Mn) dengan adsorpsi karbon aktif menggunakan pelepah kelapa sawit secara kontinyu pada sampel air sumur serta bertujuan untuk mengetahui keadaan optimum dari faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi karbon aktif menggunakan pelepah kelapa sawit secara kontinyu dan mengetahui besarnya efisiensi penurunan yang terjadi pada logam besi (Fe) dan mangan (Mn) dengan adsorpsi menggunakan pelepah kelapa sawit secara kontinyu.
Kemudian hasil yang didapat nantinya akan dibahas dengan kuantitatif dengan menampilkan hasil dalam bentuk diagram atau grafik yang selanjutnya akan dibandingkan dengan Peraturan Pemerintah Nomor 492 Tahun 2010 tentang persyaratan air minum yang menunjukkan baku mutu Fe dan Mn yang diperbolehkan dalam air minum maksimalnya adalah 0,3mg/l dan 0,4mg/l.
Adapun tahapan pada penelitian ini dimulai dari studi literatur, yaitu mencari beberapa jurnal sebagai referensi penelitian sebelumnya dengan topik yang serupa. Kemudian, dari referensi yang ada, dirumuskan permasalahan yang akan diangkat dan dibahas melalui penelitian yang akan dilaksanakan. Setelah didapatkan rumusan permasalahannya, maka dilakukan pengumpulan data-data yaitu data sekunder untuk mendukung keberlangsungan penelitian dan juga data primer yang didapat setelah penelitian dilaksanakan.
3.2 Kerangka Penelitian
Adapun kerangka penelitian untuk Tugas Akhir ini dapat dilihat dalam bentuk diagram alir penelitian pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Perumusan Masalah
Studi Literatur
Penentuan Metode Penelitian
Pengumpulan Data
Data Primer
Desain Peralatan Penelitian 1. Persiapan alat dan bahan 2. Desain kolom kontinyu
Pengumpulan Alat dan Bahan
Metode Analisa Sampel
Analisa Laboratorium
Perlakuan Variasi Tinggi
Unggun
Perlakuan Variasi Waktu
Kontak
Pengujian Sampel Efluen dengan AAS
(Atomic Adsorption Spectroscopy)
Pengolahan dan Analisa Data Serta Pembahasan
Kesimpulan dan Saran
Selesai
III-3 3.3 Jenis Penelitian
Penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian Eksperimen pemeriksaan penurunan kadar logam besi (Fe) dan Mangan (Mn) pada air sumur bor dengan sistem adsorpsi dengan percobaan kontinyu.
3.4 Alat dan Bahan 3.4.1 Alat
Adapun peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini yaitu : 1. Oven
2. Gelas Beker 3. Erlenmeyer
4. Timbangan Elektrik 5. Kertas Saring 6. Spatula 7. Desikator 8. Hot Plate
9. Atomic Absorbtion Spectrophotometer (AAS) 10. Furnace
3.4.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu : 1. Aquadest
2. Karbon Aktif
Karbon aktif yang digunakan merupakan karbon aktif lokal yang terbuat dari pelepah kelapa sawit dengan aktivator menggunakan larutan Na2CO3.
3. Air Sumur Bor 3.5 Variabel Penelitian
Variabel penelitian yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
1. Variabel bebas (independent variable) meliputi:
Pengolahan air sumur untuk proses adsorpsi dengan variasi tinggi unggun (5, 10 dan 15) gram dosis adsorben dan variasi waktu kontak (20, 40, 60, 80, 100 dan 120) menit.
2. Variabel Kontrol (control variable) meliputi : a. Konsentrasi logam Fe dan Mn
3.6 Sumber Data
Sumber data yang didapat berupa data primer yaitu data yang diperoleh dari hasil analisa penelitian di laboratorium ataupun penelitian di lapangan secara langsung mulai dari pengujian awal sampai pengujian akhir.
3.7 Lokasi Penelitian
Pada lokasi penelitian, akan diambil sampel air sumur. Pengambilan sampel air sumur berasal dari salah satu rumah penduduk yang bermukim di daerah Helvetia Jalan Baru Gang Sepakat No.29, Sukodono, Helvetia. Pengambilan sampel digunakan untuk menganalisis konsentrasi besi (Fe) dan mangan (Mn) pada air yang berasal dari air sumur tersebut. Lokasi penelitian dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia, Laboratorium LIDA, Universitas Sumatera Utara, Medan dan Politeknik Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan yang terletak di Jalan Raya Menteng Medan, yang dilanjutkan dengan pengolahan dan penyusunan data serta penyusunan laporan.
Gambaran titik lokasi sampling air sumur dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3.2 Titik Sampling Air Sumur
III-5 3.8 Langkah Penelitian
3.8.1 Persiapan Bahan Pembuatan Adsorben
Persiapan bahan pembuatan adsorben dapat dilihat pada flowchart preparasi pelepah kelapa sawit sebagai adsorben berikut ini :
Gambar 3.3 Flowchart Preparasi Pelepah Kelapa Sawit 3.8.2 Pembuatan Adsorben
Adsorben yang digunakan berasal dari pelepah kelapa sawit selanjutnya dilakukan proses pembuatan karbon aktif dengan proses sebagai berikut :
1. Pelepah kelapa sawit yang sudah kering dimasukkan kedalam Furnace.
2. Pelepah kelapa sawit dikarbonisasi pada suhu 700°C selama 2 jam di dalam Furnace.
3. Setelah pelepah selesai di Furnace kemudian dinginkan didalam desikator selama 15 menit.
4. Karbon kemudian digerus halus dan diayak menggunakan ayakan.
5. Sediakan beaker glass, hot plate dan batang pengaduk untuk proses pengaktivasian karbon aktif.
Dikeringkan dalam oven pada suhu 110°C selama 3 jam Dipotong Ukuran pelepah kelapa sawit menjadi ukuran kecil (1-2) cm
Dicuci hingga bersih Mulai
Selesai
Dijemur dibawah sinar matahari selama (3-4) hari
6. Masukkan 30 gram karbon yang akan diaktivasi dan 300 ml larutan Na2CO3
kedalam beaker glass 500 ml.
7. Diaduk dengan magnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan 280 rpm selama 3 jam.
8. Setelah proses pengadukan selesai kemudian diendapkan selama 24 jam.
9. Kemudian dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas saring dan dikeringkan didalam oven pada suhu 110oC sampai kering.
10. Dinginkan didalam desikator selama 15 menit lalu simpan karbon aktif didalam wadah tertutup rapat.
11. Karbon siap digunakan.
Secara rinci diagram alir pembuatan karbon aktif dari pelepah kelapa sawit ditunjukkan pada Gambar 3.4.
III-7 Gambar 3.4 Diagram Alir Pembuatan Karbon Aktif
Sediakan Beaker Glass 500 ml, Magnetic Stirrer dan Hot Plate Furnace diatur pada suhu 700oC selama 2 jam
Masukkan pelepah yang sudah di oven kedalam Furnace Mulai
Selesai
Dinginkan didalam desikator
Masukkan 30 gram karbon kedalam beaker glass 500 ml
Kemudian tuang 300 ml larutan Na2CO3
dan magnetic stirrer kedalam beaker glass
Letakkan diatas hot plate dengan kecepatan pengadukan 280 rpm selama 3
jam
Diendapkan selama 24 jam Karbon digerus halus dan diayak
sam
Disaring dengan kertas saring kemudian dioven pada suhu 110oC sampai kering
Desikator selama 15 menit
Simpan karbon aktif pada wadah tertutup rapat
3.8.3 Pengambilan Sampel
Sampel diambil setiap 20 menit sekali sampai waktu yang sudah ditentukan. Sebelum sampel air sebelum pengolahan dan output alat penyaring air terhadap kadar Fe dan Mn.
1. Air Sebelum Pengolahan
a. Tampung air dari kran input dengan menggunakan wadah sampel sebanyak 100 ml.
b. Lalu tutup wadah sampel tersebut dan beri label.
c. Sampel dibawa sesegera mungkin ke laboratorium untuk dianalisa.
2. Alat Penyaring Air
a. Tampung output yang telah melewati alat penyaring air pada wadah sampel 100 ml.
b. Tutup wadah sampel dan beri label.
c. Sampel dibawa sesegera mungkin ke laboratorium untuk dianalisa 3.8.4 Desain Kolom Penelitian
Dalam penelitian ini akan digunakan sistem kontinyu yang dapat dilihat pada gambar 3.5. dimana kolom terbuat dari selang bening dengan diameter 1 cm dan panjang 110 cm. Dibagian bawah adsorben diletakkan kertas saring sebagai penampung adsorben agar tidak terbawa aliran saat dioperasikan.
Laju alir ke kolom diatur dengan menggunakan selang infus, dimana dibit yanit yang digunakan adalah konstan 10 ml/menit. Tinggi unggun ditentukan dari banyaknya dosis adsorben yang digunakan, dimana untuk 1 gram dosis adsorben memiliki tinggi unggun sebesar 2,5 cm. Dalam percobaan akan menggunakan 3 variasi dosis adsorben yaitu : 5 gram dosis adsorben : Tinggi unggun = 12,5 cm
10 gram dosis adsorben : Tinggi unggun = 25 cm 15 gram dosis adsorben : Tinggi unggun = 37,5 cm
III-9 Gambar 3.5 Desain Kolom Kontinyu
3.8.4.1 Reaktor Kontinyu
Pada proses kontinyu akan terjadi regenerasi dengan menggunakan agen regenerasi berupa aquades saat adsorben yang digunakan mulai terlihat jenuh pada saat air dialirkan melewati adsorben. Dimana akan terjadi proses gravitasi dari awal masuknya sampel air sumur, kemudian akan dialirkan dari atas reaktor menuju bawah yaitu outlet dari reaktor tersebut. Dalam reaktor akan mengalami proses yang disebut dengan adsorpsi yaitu proses penyerapan dengan menggunakan adsorben berupa pelepah kelapa sawit yang sebelumnya telah dilakukan proses pengaktivasiannya. Sampel air yang akan diuji dimasukkan kedalam 100 ml botol sampel yang selanjutnya akan dibawa ke Laboratorium dan dicek hasil dari perubahan konsentrasi logam Fe dan Mn yang telah melewati adsorben.
Diameter = 1 cm
± 30 cm
Outlet Pengatur
Debit
110 cm
Inlet
Air Sumur
3.8.4.2 Penentuan Breakthrough Curve
Kurva breaktrough digunakan untuk menunjukkan performa adsorben dalam kolom.
Kurva breakthrough diekspresikan dengan Cin/Ceff sebagai fungsi waktu untuk kondisi operasi tertentu, dimana Cin adalah konsentrasi influent dan Ceff adalah konsentrasi effeluent. Kapasitas adsorpsi adsorben dapat dihitung dengan menggunkan kurva breaktrough. Jumlah massa adsorbat q total dapat dihitung dengan persamaan :
Cad = Konsentrasi logam (Fe dan Mn) yang Terserap (mg/L) Co = Konsentrasi logam (Fe dan Mn) Influent (mg/L) Ct = Konsentrasi logam (Fe dan Mn) Efluen (mg/L) qeq = kapasitas kesetimbangan (mg N/g)
x = massa adsorben (gram) 3.9 Cara Kerja
Penelitian ini dilakukan secara kontinyu dengan cara kerja sebagai berikut :
1. Pelepah kelapa sawit yang telah dikumpulkan dicuci bersih lalu dipotong dengan ukuran (1-2) cm dan dijemur dibawah sinar matahari
2. Pelepah kelapa sawit dimasukkan kedalam oven pada suhu 110oC selama 3 jam.
3. Pelepah dimasukkan kedalam furnace selama 2 jam lalu didesikator selama 15 menit lalu digerus halus dan disaring.
4. Karbon diaktivasi dengan memasukkan 30 gram karbon yang sudah di furnace kedalam 300 ml larutan Na2CO3 pada beaker glass 500 ml lalu diaduk dengan kecepatan pengadukan 280 rpm selama 3 jam.
5. Diendapkan selama 24 jam lalu disaring.
6. Setelah aktivatornya dipisahkan, arang dikeringkan dalam oven dengan suhu 110
0C selama 3 jam dan masukkan kedalam desikator selama 15 menit.
7. Arang yang telah aktif siap diujikan dengan cara dipasangkan pada reaktor kontinyu.
III-11 9. Alat dioperasikan dengan mengalirkan sampel air sumur secara gravitasi dari awal masuknya sampel air sumur sampai dihasilkannya keluaran air yang telah melewati proses pengolahan dalam kolom kontinyu.
10. Setiap 20 menit sampel diambil sampai batas yang ditentukan untuk dosis adsorben 5 gram kemudian dilakukan backwash sebelum melakukan pengerjaan pada sampel dengan dosis 10 gram.
11. Pada setiap pengambilan sampel, larutan sampel terlebih dahulu disaring menggunakan kertas saring yang bertujuan untuk menyisihkan adsorben yang ikut terambil pada saat pengambilan sampel larutan tersebut.
12. Setelah disaring dilakukan pengukuran konsentrasi larutan sampel dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrometer (AAS) dan catat nilai konsentrasi yang telah diukur.
13. Ulangi langkah dengan variasi tinggi unggun yang berbeda.
14. Setelah itu data diolah dengan persamaan Thomas agar mendapatkan hasil kinetika adsorpsi dengan kapasitas adsorpsi yang baik.
3.10 Analisa Data
Data yang diperoleh akan dilihat nilai yang paling optimal dari perubahan konsentrasi besi dan mangan. Data hasil percobaan akan dihitung menggunakan Microsoft Excel dan disajikan dalam bentuk tabel. Data yang diperoleh akan menunjukkan nilai yang paling optimal tentang perubahan konsentrasi besi dan mangan.
3.10.1 Perhitungan dengan Persamaan Thomas
Persamaan Thomas ini merupakan penurunan dari rumus Bohart dan Adams (1920).
Berikut ini adalah rumus Thomas untuk kolom adsorpsi (Reynold,1982) :
Dalam hubungan di atas :
C = konsentrasi solut keluar kolom C0= konsentrasi solut masuk kolom K1= konsentrasi laju
q0 = konsentrasi solut teradsorpsi
Maksimum fase padat, yaitu garam solut per gram karbon dimana : M = massa adsorben (gram)
V = volume yang dilewatkan (liter) Q = laju alir (liter/jam)
3.10.2 Efisiensi Penyisihan (%RE)
Untuk mengetahui efisiensi penurunan kadar besi dan mangan pada sampel air sumur, maka dalam penelitian ini dapat dihitung efisiensinya dengan membandingkan influen dan efluen yang dinyatakan dalam persen (%) seperti rumus berikut :
Perhitungan efisiensi :
% 100 C1 x
C -REC1 2
dimana :
RE = Efisiensi
C1 = Konsentrasi logam Fe dan Mn sebelum treatment C2 = Konsentrasi logam Fe dan Mn setelah treatment
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN