1
Pengolahan Air Kolam Penampungan Lindi dengan Filter Granular Karbon Aktif pada Reaktor Horisontal
Leachate Treatment by Granular Activated Carbon Filter in a Horizontal Reactor
Bayu Yudha Andika dan Mas Agus Mardyanto
Jurusan Teknik Lingkungan, Kampus ITS Sukolilo Surabaya.
Email: andika_knight@yahoo.com mardyanto@enviro.its.ac.id
Abstrak
Pada sistem open dumping, lindi pada kebanyakan landfill di Indonesia dapat menginfiltrasi tanah.
Lindi ini dapat mencemari tanah dan air tanah. Hal ini karena tidak adanya lapisan anti air atau lapisan peremediasi yang dapat menahan lindi atau meremediasinya. Jadi lapisan peremediasi ini dibutuhkan.
Penelitian ini akan menguji potensi kemampuan remediasi pada filter granular karbon aktif untuk mengurangi zat-zat pencemar pada lindi. Filter granular karbon aktif ini akan diuji oleh dua jenis karbon aktif, yaitu kayu asem dan tempurung kelapa. Dan akan diuji pada 2 kondisi, yaitu dengan pre-treatment dan tidak. Pre-treament akan dibagi dalam 2 variasi, yaitu dengan pemberian alumunium sulfat dan Poly Alumunium Chloride.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan kedua karbon aktif dari kayu asem dan tempurung kelapa relatif memiliki kemampuan yang hampir sama untuk meremediasi lindi. Bagaimanapun juga mereka tidak efektif untuk meremediasi lindi dengan efisiensi reduksi terbesar 4,7%-19,25% untuk zat organik. Reduksi TSS dan Warna terbesar terjadi dengan efisiensi sebesar 58,8%-87,5% dan 19,4%-46,35%.
Adanya pre-treatment pun tidak mampu meningkatkan kemampuan karbon aktif dalam meremediasi kadar pencemar lindi. Tetapi pre-treatment itu sendiri yang mampu mengurangi kadar pencemar lindi terbesar sebesar 53,4%-64,5% pada zat organik.Efisiensi removal warna terbesar sebesar 91% oleh alum dan 97% oleh PAC. Untuk TSS nilai pada keduanya melonjak drastis terlebih pada penggunaan PAC.
Keywords: leachate, activated carbon, pre-treatment and without pre-treatment, horisontal reactor.
Abstract
In an open dumping system, leachate of most Indonesia landfills could infiltrate into soil. It could pollute soil and groundwater. It happens because there is no waterproof liner or liner that could prevent leachate to infiltrate or remediate the leachate. Therefore, a study on this liner is needed.
This study will examine the potential of granular activated carbon filter to reduce the pollution of leachate. There are two types of granular activated carbon filters , those are made from tamarind wood and coconut shell. Two conditions of the leachate are set, i.e. by pre-treatment and without pre-treatment. The pre-treatment is done by adding aluminium sulphate and Poly Aluminium Chloride.
The results indicate that activated carbon which is made from tamarind wood and coconut shell have a relatively same ability to reduce the leachate pollution. However, they are not very effective to reduce the leachate pollutant since the highest efficiency of reduction is only 4.7%-19.25% for organic materials. The highest reduction of TSS and colour happened in 58,8%-87,5% and 19,4%-46,35%.
The pre-treatment do not improve the ability of activated carbon to reduce the pollutant;
nevertheless, the pre-treatment itself can reduce highest 53.4%-64.5% of organic materials. And highest reduction for colour 91% by Alum and 97% by PAC. But in removal TSS they aren’t effective because both of them increase the TSS value, worst in used of PAC.
Keywords: leachate, activated carbon, pre-treatment and without pre-treatment, horisontal reactor.
2 1.PENDAHULUAN
Lindi (air pembusukan sampah organik) yang tidak tertangani dengan baik dapat mencemari tanah dan air tanah. Lindi yang dihasilkan oleh suatu TPA biasanya ditampung di suatu kolam penampungan. Untuk sebuah TPA yang besar, seperti misal TPA Benowo Surabaya, jumlah lindi yang dihasilkan sangat banyak sehingga diperlukan kolam penampungan yang besar. Kolam penampungan tersebut tidak kedap air (tanpa perkerasan) sehingga air lindi dapat meresap ke dalam tanah dan mencemari tanah serta air tanah.
Oleh karena kolam penampungan lindi yang terdapat pada beberapa TPA umumnya tidak kedap air. Hal ini dapat menimbulkan terjadinya infiltrasi air lindi ke dalam tanah dan akhirnya mencemari tanah dan air tanah. Agar pencemaran oleh lindi ini dapat berkurang, maka diperlukan suatu upaya agar air lindi yang meresap dapat di remediasi dengan suatu lapisan yang dapat mengurangi kadar bahan pencemar pada lindi sebelum mencapai tanah.
Dari hal tersebut di atas menunjukkan perlunya adanya upaya untuk mengurangi efek dari perembesan lindi menuju tanah dan air tanah. Beberapa material dapat mengadsorb kadar pencemar pada lindi, diantaranya ialah karbon aktif. Oleh karena itu perlu adanya dilakukan penelitian untuk mengetahui sejauh mana kemampuan karbon aktif tersebut dalam meremediasi bahan-bahan pencemar pada lindi.
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah menentukan efektivitas dari granular filter karbon aktif dalam mereduksi kadar pencemar dalam air lindi pada reaktor horizontal dan
menentukan efektivitas penurunan kadar pencemar oleh granular filter karbon aktif akibat perlakuan dengan penggunaan pre-treatment dan tanpa pre-treatment.
Manfaat dari penelitian tugas akhir ini adalah sebagai masukan upaya perancangan kolam penampungan lindi yang efektif, tepat dan baik dan sebagai masukan untuk jenis perlakuan pada lindi sebelum diolah atau ditampung lebih lanjut.
3 2.TINJAUAN PUSTAKA
Lindi dapat didefinisikan sebagai cairan yang meresap ke dalam tumpukan sampah dan telah mengekstraksi material terlarut dan tersuspensi dari sampah tersebut hingga menghasilkan air lindi.
Air lindi disebabkan oleh terjadinya presipitasi cairan dari sumber eksternal ke TPA; baik dari resapan air hujan, permukaan drainase, air tanah, air bawah tanah, maupun kandungan air pada sampah itu sendiri. Lindi dapat bersifat toksik karena adanya zat pengotor dalam timbunan yang mungkin berasal dari buangan limbah industri, debu, lumpur hasil pengolahan limbah, limbah rumah tangga yang berbahaya, atau dari dekomposisi yang normal terjadi pada sampah. Apabila tidak segera diatasi, landfill yang dipenuhi air lindi dapat mencemari lingkungan, terutama air tanah dan air permukaan. (Tchobanoglous et al., 1993).
Koagulasi adalah proses pencampuran koagulan dalam air melalui pengadukan cepat (fast mix) dengan tujuan untuk mengurangi gaya tolak-menolak antar partikel koloid dalam air, sehingga partikel koloid membesar menjadi partikel mikroflok. Proses flokulasi adalah proses pembentukan mikroflok menjadi flok melalui pengadukan lambat (slow mix) setelah terjadinya proses koagulasi, sehingga akan memudahkan dalam proses pengendapan.
Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3) atau sering disebut dengan tawas atau alum merupakan salah satu koagulan yang sering digunakan dalam koagulasi-flokulasi karena harganya relatif murah, dan mudah didapat.
Produk yang dipasarkan memiliki kandungan Al2(SO4)3.14 H2O dengan berat molekul 594.
Alumunium sulfat bereaksi di dalam air dalam suasana alkalis membentuk flok alumunium hidroksida. Jika suasana air tidak cukup basa untuk bereaksi dengan alumunium sulfat, maka air kapur atau soda abu cocok dipakai untuk menaikkan alkalinitasnya.
PAC adalah koagulan dengan rumus kimia (Al10(OH)15(Cl)15) dimana sebagai unsur dasarnya adalah Al2O3 (10-11%) (Watanabe dan Ushiyama, 1999 dalam Teristyowati, N, 2005).
4
Koagulan PAC merupakan polimer dari garam alumunium (Al2O3). PAC dibuat dengan mereaksikan (Al2O3) dan HCl pada temperatur yang tinggi untuk membentuk AlCl yang kemudian direaksikan dengan larutan basa pada temperatur dan tekanan yang tinggi untuk membentuk polimer-polimer Al. Koagulan PAC terdiri dari AlCl3 yang pekat (Citrasari, V, 2004).
Karbon aktif umumnya digunakan untuk menyerap substansi organik yang tidak diinginkan, seperti phenol, detergen, cresol, warna serta zat toksik lainnya yang tidak dapat diuraikan dalam pengolahan air.
Karbon aktif ialah senyawa karbon yang mempunyai bentuk amorf dan luas permukaan yang besar yaitu antara (450-1500 m2/g). Luas permukaan yang besar menunjukkan bahwa struktur pori-pori internalnya juga besar, sehingga dapat digunakan untuk menyerap zat-zat yang tidak diinginkan di dalam air dan gas.
Karbon aktif yang banyak digunakan sekarang ini berbentuk butiran (granular) dan bubuk (powder). Karbon aktif berbentuk powder membutuhkan waktu kontak lebih cepat dibanding dengan yang berbentuk granular, tetapi karbon aktif yang berbentuk powder lebih sukar ditangani.
Karbon aktif berbentuk granular dapat digunakan atau diaktifkan kembali setelah pemakaian dengan cara memanaskan di dalam furnace ganda.
Karbon aktif memiliki daya adsorpsi yang tinggi dalam menyerap material yang tidak diinginkan. Produksi karbon aktif dilakukan dengan mengaktifkan bahan yang mengandung karbon dengan kondisi tertentu. Bahan-bahan tersebut dapat berupa tulang, kayu, sekam padi, kulit kerang, lignin, lignit, aspal, tempurung kelapa, gergajian kayu dan bahan lainnya yang dapat diubah menjadi karbon aktif.
5 3. METODE PENELITIAN
Kerangka penelitian dibuat dengan tujuan untuk menggambarkan tahapan pelaksanaan penelitian. Secara ringkas, kerangka penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1. Dapat dilihat pula model reaktor dan gambaran proses running pada gambar 3.2
Gambar 3.2 Kerangka Penelitian
6
Gambar 3.2 Running Proses 4.ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dari hasil penelitian dapat dilihat bahwa filter granular karbon aktif kayu asem dan tempurung kelapa memiliki kemampuan mereduksi pencemar pada lindi yang relatif sama. Penggunaan pre-treatment pun tidak mampu meningkatkan kemampuan keduanya dalam proses running. Namun proses pre-treatment itu sendiri yang mampu mereduksi kadar pencemar pada lindi dengan lebih baik. Hasil dari penelitian ini dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 4.1 Running Proses Pertama
Tabel 4.2 Running Proses Kedua
Parameter Input Output Resirkulasi 1 Resirkulasi 2 Resirkulasi 3 Resirkulasi 4 Resirkulasi 5 Resirkulasi 6 Resirkulasi 7 Resirkulasi 8
TSS (mg/lt) 120 80 35 45 95 35 70 15 115 90
BOD (mg/lt O 1188 1193 1193 1458 1404 1214 956 1043 1100 1328
COD (mg/lt O2) 2376 2386 2386 2917 2809 2429 1913 2087 2222 2657
Warna (Cu) 5470 5160 4580 4490 4420 5040 5120 4410 5230 5290
pH 7,54 7,49 7,08 7,08 7,62 7,1 7,24 7,13 7,38 7,78
Debit (lt/s) 0,0125 0,01333 0,0185 0,0122 0,0125 0,0125 0,0116 0,00125 0,012
Parameter Input Output Resirkulasi 1 Resirkulasi 2 Resirkulasi 3 Resirkulasi 4 Resirkulasi 5 Resirkulasi 6 Resirkulasi 7 Resirkulasi 8
TSS (mg/lt) 68 56 92 76 56 28 40 56 64 40
BOD (mg/lt O2) 780 616 890 668 656 684 632 646 700 616
COD (mg/lt O2) 1455 1423 1352 1352 1431 1383 1399 1439 1368 1328
Warna (Cu) 2492 2688 2732 2748 2616 2180 1852 2196 2584 2196
pH 8,37 8,15 8,42 7,92 8,36 7,93 7,84 8,07 7,94 7,85
Debit (lt/s) 0,00694 0,01515 0,0139 0,0139 0,0128 0,0139 0,01515 0,0128 0,01515
7
Tabel 4.3 Running Proses Ketiga
Tabel 4.4 Jar Test Lindi dengan Alum
Tabel 4.5 Jar Tes Lindi dengan PAC
Dari hasil analisa di atas, maka disimpulkan bahwa penggunaan arang kayu asem sebagai bahan baku karbon aktif dan penggunaan Alumunium sulfat sebagai koagulan pada pre-treatment adalah komposisi yang terbaik dalam segi efisiensi removal dan segi harganya.
Maka pada running terakhir yang dilakukan dengan penggunaan pre-treatment koagulasi- flokulasi pada lindi digunakan bahan karbon aktif kayu asem sebagai adsorben dan Alumunium sulfat sebagai bahan koagulan untuk pre-tretment.
Tabel 4.6 Running Proses Keempat dengan Pre-Treatment
Keterangan: warna kuning: nilai awal
Parameter Input Output Resirkulasi 1 Resirkulasi 2 Resirkulasi 3 Resirkulasi 4 Resirkulasi 5 Resirkulasi 6 Resirkulasi 7 Resirkulasi 8
TSS (mg/lt) 104 156 92 160 108 100 48 56 40 40
BOD (mg/lt O 698 622 780 680 820 740 730 680 656 972
COD (mg/lt O2) 1320 1297 1367 1258 1328 1289 1320 1289 1383 1367
Warna (Cu) 3840 2060 2224 3200 3400 2808 2884 3596 3632 3548
pH 8,06 8 7,91 7,94 7,93 7,95 7,94 7,88 7,91 7.93
Debit (lt/s) 0,008 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017
Parameter In In treatment Out Resirkulasi 1 Resirkulasi 2 Resirkulasi 3 Resirkulasi 4 Resirkulasi 5 Resirkulasi 6 Resirkulasi 7 Resirkulasi 8
pH 8,25 7,2 7,09 7,17 7,33 7,31 7,28 7,24 7,27 7,27 7,29
Warna 19516 6420 4000 5320 5380 4960 4100 5480 5550 6480 6560
TSS 780 610 800 860 1060 850 860 680 560 1280 1130
COD 8716 4060 3938 4277 4117 4237 3680 3938 4038 3543 3621
BOD 4924 2294 2225 2416 2326 2394 2079 2225 2281 2002 2046
Debit 0,007 0,015 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,015 0,013 0,015
Parameter In Dosis 1 Dosis 2 Dosis 3 Dosis 4 Dosis 5 Dosis 6 Dosis 7 Dosis 8 Dosis 9
In 100 mg/L 200mg/l 300mg/l 1 g/l 5 g/l 10 g/l 15 g/l 20 g/l 25 g/l
pH 8,11 8,05 8,03 8,01 7,8 6,63 6,37 6,14 5,96 3,8
Warna 18600 18500 15875 18490 17320 15428 7966 6696 4810 1660
TSS 332 456 460 464 584 540 520 500 476 520
COD 8655 8139 8536 8179 8179 7266 5757 4030 4407 6141
BOD 4890 4598 4823 4621 4621 4105 3252 2277 2490 3470
Parameter In Dosis 1 Dosis 2 Dosis 3 Dosis 4 Dosis 5 Dosis 6 Dosis 7
In 500 mg/L 1 g/l 5 g/l 10 g/l 15 g/l 20 g/l 25 g/l
pH 8,1 7,94 7,8 6,75 6,29 6,21 4,58 4,26
Warna 19000 18600 11700 10825 4460 3050 510 1650
TSS 112 1440 1400 1500 1200 1320 1270 1460
COD 8768 8283 8242 5737 4929 4162 3109 3354
BOD 4953 4680 4657 3241 2785 2351 1756 1895
8
warna biru: nilai terendah Sumber: Hasil Analisa
Dari hasil analisa data di atas didapatkan pada running pertama hingga ketiga efisiensi removal zat organik (COD dan BOD) hanya sebesar 4,7%-19,5%, efisiensi removal TSS sebesar 58,8%-87,5%, efisiensi removal warna sebesar 19,4%-46,35%. Sedangkan pH relatif stabil pada kisaran nilai pH 7-8.
Penurunan nilai zat organik dan TSS terbesar terjadi pada running pertama dengan karbon aktif tempurung kelapa dengan efisiensi 19,5% dan 87,5%. Sebaliknya untuk efisiensi warna terbesar pada running ketiga dengan karbon aktif tempurung kelapa dengan efisiensi sebesar 46,35%. Untuk karbon aktif kayu asem bila dibandingkan dengan karbon aktif tempurung kelapa dengan level muka air yang sama memiliki nilai efisiensi removal zat organik yang lebih baik.
Dari data hasil running pertama hingga ketiga dapat diketahui bahwa karbon aktif kayu asem dan tempurung kelapa tidak cukup efektif dalam meremediasi kadar pencemar zat organik pada lindi. Hal ini karena sifat efisiensi removalnya yang fluktuatif dan tidak mendekati angka 50% pada parameter COD dan BOD. Namun cukup efektif untuk meremove kandungan TSS dan warna.
Adanya pre-treatment pada lindi pun tidak mempengaruhi efektivitas kemampuan karbon aktif dalam meremediasi kadar pencemar lindi tetapi malah mengurangi efektifitas karbon aktif dalam meremove warna dan TSS. Hal ini karena nilai efisiensi parameternya pun masih bersifat fluktuatif dan dipengaruhi oleh adanya pre-treatment. Hal ini dilihat dari efisiensi removal terbesar kadar organik (COD, BOD) sebesar 12,7%, TSS 8,1%, dan warna 37,7% bila dibandingkan dengan lindi setelah diberi pre-treatment.
Namun pre-treatment dengan koagulasi-flokulasi itu sendiri efektif menurunkan kadar pencemar zat organik dan warna dalam lindi dengan efisiensi removal zat organik (COD dan BOD) terbesar 54% dengan dosis 15 mg/lt pada alum dan 64,5% dengan dosis 20 mg/lt pada PAC;
efisiensi removal warna terbesar 91% dengan dosis 25 mg/lt pada alum dan 97% dengan dosis 20
9
mg/lt pada PAC. Untuk TSS keduanya tidak efektif, karena TSS justru bertambah seiring dengan penambahan dosis terlebih pada PAC yang TSS-nya melonjak drastis.
Nilai TSS yang bertambah ini karena pembubuhan koagulan yang kurang tepat. Pembubuhan koagulan hendaknya dengan membuat larutan stok utama dengan konsentrasi yang besar dalam aquadest, kemudian pembubuhannya dilakukan dengan memperhitungkan pengenceran dan
konsentrasi koagulan.
Bila dilihat dari hasil analisa di atas maka dapat dilihat bahwa desain reaktor hendaknya tertutup sehingga memungkinkan adanya pengaruh faktor head dan menjaga stabilitas aliran dalam reaktor. Proses resirkulasi hendaknya tidak dengan menuang effluen ke dalam bak influen namun dengan langsung memompakannya ke dalam reaktor agar sludge yang sebelumnya telah stabil tidak mempengaruhi nilai effluen yang dapat berdampak pada adanya fluktuasi dan kehomogenan sampel.
Dapat dilihat bahwa kombinasi terbaik untuk sistem pengolahan lindi ini ialah dengan penggunaan pre-treatment dan running proses lindi dengan karbon aktif sehingga memaksimalkan efisiensi reduksi kadar pencemar pada semua parameter.
5. KESIMPULAN
Dari hasil analisa lab dan analisa data yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Karbon aktif kayu asem dan tempurung kelapa tidak efektif untuk mereduksi COD & BOD dengan efisiensi hanya sebesar 4,7%-19,5%. Reduksi TSS dan Warna terjadi dengan efisiensi sebesar 58,8%-87,5% dan 19,4%-46,35%. pH relative stabil pada kisaran pH 7-8.
2. Penambahan alum serta PAC efektif untuk mereduksi kadar pencemar pada lindi dengan efisiensi removal COD & BOD sebesar 53,4% oleh alum dan 64,5% oleh PAC. Efisiensi
10
removal warna sebesar 91% oleh alum dan 97% oleh PAC. Namun tidak efektif untuk TSS karena nilai TSS pada keduanya melonjak drastis terlebih pada penggunaan PAC.
3. Proses running dengan penggunaan pre-treatment pembubuhan koagulan alum dan PAC kurang efektif . Hal ini dilihat dari efisiensi removal COD & BOD sebesar 60%, efisiensi removal TSS 28% dan efisiensi removal warna 79,5%.
4. Sifat efisiensi removal kadar pencemar dari karbon aktif bersifat fluktuatif, hal ini karena adanya pengaruh zat organik pada karbon aktif.
11
DAFTAR PUSTAKA
. Ahmedna, M., Marshall, W.E., Rao, R.M 2000. Production of Granular Activated Carbons from Select Agricultural by-products and Evaluation of Their Physical, Chemical and Adsorption Properties. Bioresource Technology 71.
Alaerts, G. dan Santika,S.S. 1987. Metoda Penelitian Air. Usaha Nasional Surabaya.
APHA, AWWA and WPCF. 1989. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17th.Edition.
Bennefield, Larry D. Judkins, Joseph F. Weand, Barron L. 1982. Process Chemistry for Water and Wastewater Treatment. Prentice Hall. USA.
Cheremisinoff, P.N., and A.C. Moresi. (1993) Carbon Adsorption Application, Pollution Engineering, Chemical Publishing Co, New York.
Fessenden dan Fessenden. 1986. Kimia Organik Jilid 2 Edisi Ketiga.Erlangga. Jakarta
Harold Hart,” Organic Chemistry”, a Short Course, Sixth Edition, 1983 Michigan State University, Houghton Mifflin Co.
Kadiverlu, K., Kavipriya, M., Karthika, C., Radhika, M., Vennilamani, N., Patthabi, S., 2003.
Utilization of various agricultural wastes for activated carbon preparation and application for the removal of dyes and metal irons from aqueous solutions. Bioresource Technology 87.
Manu, B., Chaudhari, S., 2002. Anaerobic decolorization of simulated textile wastewater containing azo dyes. Bioresources Technology 82.
Reynold, Tom D.,1982. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. Boston Mass.: Pws- Kent Publishing Company.
Slamet, Agus dan Ali Masduki. 2000. Satuan Proses. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Surabaya
Standard methods for the examination of water and waste water. 1965. Amer. Public Health Assoc, New York, N. Y. 12th Ed.
Sukmawati, Dwi. 2004. Penurunan Warna Effluen Limbah Pabrik Kertas PT. Pakerin dengan Besi (III) Klorida dan Alumunium Sulfat. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya Susanti, Eny. 1995. Koagulasi-Flokulasi Untuk Menurunkan Warna dengan Koagulan Poly
Alumunium Chloride pada Pengolahan Limbah Pencelupan Benang. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Surabaya.
Tchobanoglous,G.,Hillary Theisen,Samuel Vigil, ,1993,Integrated Solid Waste Management,Mc Graw-Hill Book Company,International Edition
12
Viessman,W. 1985. Water Supply and Pollution Control. Edisi IV. New York. Harper and Row Publisher.
