Pengaruh Konsentrasi Dan Waktu Kontak Pada Pengolahan Limbah
Domestik Menggunakan Karbon Aktif Tongkol Jagung Untuk Menurunkan
BOD dan COD
The Influence Of Concentration and Contact Time in Domestic Sewage Treatment
Using Activated Carbon the Cob of Corn To Reducing BOD and COD
Ruslan Wirosoedarmo1*, Alexander Tunggul Sutan Haji1, Erina Aprilia Hidayati2 1Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145
2Mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan, Universitas Brawijaya , Jl. Veteran, Malang 65145
*Email Korespondensi : ruslanwr@ub.ac.id
ABSTRAK
Meningkatnya jumlah penduduk membuat peningkatan jumlah limbah cair yang dihasilkan terutama limbah domestik. Tingginya nilai BOD dan COD pada limbah domestik menunjukkan tingkat pencemaran yang kuat. Salah satu cara pengolahan limbah cair domestik untuk menurunkan kadar BOD dan COD yaitu dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Tongkol jagung merupakan salah satu limbah yang mengandung banyak karbon yang berpotensi menjadi bahan baku karbon aktif. Karbon yang terkandung dalam tongkol jagung mencapai 43,42%. Karbon aktif memiliki kemampuan menyerap (adsorben) zat terlarut dalam air, baik organik maupun anorganik. Pembuatan karbon aktif tongkol jagung dengan cara karbonasi pada suhu 600oC selama 0.5 jam, kemudian diayak dengan ayakan 60 mesh dan diaktifasi menggunakan HCl 4 N selama 24 jam kemudian dinetralkan dengan aquades sampai pH 7 dan dioven pada suhu 105oC selama 3 jam maka didapatkan karbon aktif tongkol jagung. Karakteristik karbon aktif yang dihasilkan yaitu rendemen 24.8%, kadar air 13.3%, kadar abu 2%, daya serap iodium 545.799 mg/g. Karbon aktif yang ditambahkan pada limbah domestik mampu menurunkan BOD sampai 40.816% dan COD mencapai 29.834%. Dari beberapa perlakuan dapat disimpulkan bahwa Semakin besar konsentrasi karbon aktif dan semakin lama waktu kontak antara karbon aktif dan limbah domestik maka penurunan BOD, COD limbah domestik semakin besar. Penurunan BOD, COD yang paling baik yaitu dengan konsentrasi karbon aktif yang paling besar yaitu 3g/100ml dan waktu kontak yang paling lama yaitu 6 jam.
Kata Kunci: Adsopsi, karbon aktif, limbah domestik, tongkol jagung
Abstract
The increasing number of people are making an increasing amount of liquid waste generated primarily domestic waste. The high value of BOD and COD in domestic waste indicates the level of pollution. One way of domestic liquid waste treatment to reduce the levels of BOD and COD by adsorption using activated carbon. The Corn of cob is one of waste containing much carbon that could potentially become the raw material of activated carbon. The carbon contained in the cob of corn reached 43,42%. Activated carbon has the ability to absorb (adsorbent) substances dissolved in the water, either organic or inorganic. Making of activated carbon the cob of corn by carbonation temperature 600oC for 0.5 hours, then sifted
with the sieve 60 mesh and it is activated using 4 N HCl for 24 hours then neutralized with aquades to pH 7 and it is ovened in 105oC for 3 hours then the result is activated carbon the cobs of corn. The
Characteristics of activated carbon are yield 24.8%, content of moisture 13.3%, ash 2% levels, absorption iodium 545.799 mg/g. Activated carbon is added to the domestic waste capable of lowering BOD until 40.816% and COD about 29.834%. Some of the treatments can be concluded that the greater the concentration of activated carbon and the longer the time of contact between the activated carbon and domestic waste then decreasing BOD, COD domestic waste gets bigger. Decreasing In BOD and COD is the best with the most active carbon concentration of big 3 g/100 ml and the longer time of contact about 6 hours.
PENDAHULUAN
Limbah cair domestik semakin meningkat dari tahun ke tahun mengingat bertambahnya jumlah penduduk. Menurut Lud (2005), limbah domestik atau limbah rumah tangga merupakan salah satu sumber pencemar bagi perairan. Kandungan bahan organik yang tinggi dalam limbah domestik meningkatkan pencemaran badan air. Menurut Nur’arif (2008), limbah cair domestik berupa air bekas cucian, air limbah kamar mandi, air limbah dari dapur dikategorikan sebagai limbah yang mengandung sabun dan mikroorganisme. Jika limbah cair domestik tidak segera dikelola dapat menjadi ancaman yang serius mengingat semakin meningkatnya jumlah limbah cair domestik, sehingga diperlukan suatu pengolahan limbah cair domestik yang dapat menurunkan kandungan organik pada air limbah domestik sebelum dibuang ke perairan.
Nilai BOD dan COD yang tinggi pada limbah domestik menunjukkan tingkat pencemaran yang kuat. Apabila kandungan bahan organik dalam limbah tinggi, maka semakin banyak pula oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk mendegradasi bahan organik tersebut, sehingga nilai BOD dan COD limbah juga akan tinggi. Sebaliknya jika nilai BOD dan COD rendah, maka dapat di interpresentasikan bahwa bahan organik yang ada dalam limbah tersebut rendah (Doraja dkk. 2011). Salah satu cara pengolahan limbah cair domestik untuk menurunkan kadar BOD, COD yaitu dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Metode ini merupakan metode yang efisien, mudah diterapkan dan biayanya relatif murah karena dapat dibuat dari bahan-bahan limbah pertanian yang banyak mengandung selulosa. Menurut Lorenz dan Kulp (1991), tongkol jagung merupakan salah satu limbah yang mengandung banyak selulosa yaitu 41% selulosa dan 36% hemiselulosa yang berpotensi menjadi bahan baku karbon aktif. Karbon aktif memiliki kemampuan menyerap zat terlarut dalam air, baik organik maupun anorganik. Menurut Alfiany dkk, 2013 Tongkol jagung mengandung kadar unsur karbon sebesar 43.42%.
Menurut Supranto dkk, (2014) produksi jagung selalu meningkat dari tahun ke tahun
sekitar 11 juta ton per tahun menjadi 18 juta ton pertahun di tahun 2014. Kenaikan produksi jagung juga meningkatkan limbah tongkol jagung yang jumlahnya sekitar 40% dari total produksi jagung. Diperkirakan ditahun 2014 produksi tongkol jagung mendekati 7,5 juta ton/tahun.
Berdasarkan data dari BPS angka ramalan II tahun 2014 Produksi jagung pada tahun 2014 diperkirakan mencapai 19.13 juta ton pipilan kering mengalami kenaikan sebanyak 0.62 juta ton (3.33 persen) dibandingkan tahun 2013. Selama ini limbah tongkol jagung hanya dimanfaatkan bahan pakan ternak, bahan bakar atau terbuang percuma. Tujuan dari penelitian ini adalah Mengetahui cara pembuatan karbon aktif dari tongkol jagung dan karakteristik karbon aktif tongkol jagung; Mengetahui pengaruh konsentrasi dan waktu kontak karbon aktif tongkol jagung terhadap penurunan BOD dan COD limbah domestik;Mengetahui penurunan BOD dan COD yang paling baik dari pemberian karbon aktif dengan konsentrasi 1 gram/ 100 ml; 2 gram/ 100 ml; 3 gram /100 ml dengan waktu kontak 1.5 jam; 3 jam; 4.5 jam; 6 jam.
BAHAN DAN METODE
Area Studi
Penelitian dilakukan di laboratorium THP (Perekayasaan Hasil Perikanan) Fakultas perikanan dan ilmu kelautan dan pengujian BOD, COD air limbah dilakukan di laboratorium lingkungan jurusan Kimia Fakultas Matatematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Brawijaya Malang. Pengambilan sampel limbah domestik dilakukan di MCK Terpadu RT 03 RW 07 Kelurahan Tlogomas, Kota Malang. Metode yang digunakan dalam penelitian ini eksperimental laboratorik yaitu percobaan dalam skala laboratorium dengan variabel bebas yaitu waktu kontak dan konsentrasi karbon aktif, variabel terikat berupa penurunan BOD, COD.
Alat dan Bahan
Desikator untuk mendinginkan dan menyimpan karbon aktif, Furnace untuk mengarangkan tongkol jagung , Hot plate untuk memanaskan tongkol jagung sebelum dimasukkan dalam furnace untuk meminimalkan asap yang dihasilkan pada saat di masukkan dalam furnace, HCl 4N untuk mengaktifkan karbon sehingga memiliki permukaan yang lebih luas, Ayakan 60 mesh untuk memisahkan karbon berdasarkan ukurannya sehingga seragam, Kertas saring untuk menyaring karbon yang telah diaktivasi dengan HCl 4 N, Cawan untuk wadah karbon arang pada saat di oven, Beker gelas untuk tempat mencampur karbon dengan HCl 4N, pH meter untuk mengukur pH karbon aktif.
Setelah didapatkan karbon aktif maka dilakukan pemberian karbon aktif pada limbah domestik dengan variasi konsentrasi dan waktu kontak. Alat dan bahan yang digunakan yaitu seperti Limbah domestik cair untuk media yang diuji untuk mengetahui pengaruh terhadap penurunan BOD, COD, Beker gelas untuk tempat limbah domestik yang dicampur dengan karbon aktif, Karbon aktif untuk adsorben untuk menurunkan kualitas air limbah domestik, Kertas saring untuk menyaring sampel limbah , Magnetik stirrer untuk mengaduk limbah domestik yang dicampur dengan karbon aktif agar terjadi kontak antara karbon aktif dan air limbah, Corong untuk membantu penyaringan air limbah, Erlenmeyer untuk tempat air limbah yang telah disaring, Botol untuk wadah air limbah yang telah diadsorbsi oleh arang aktif untuk selanjutnya di uji BOD, COD, Djirigen untuk tempat sampel limbah domestik.
Metode
A. Pembuatan Karbon aktif
Pembuatan karbon terdiri dari dua proses yang pertama adalah proses pengarangan dan yang kedua adalah proses aktivasi. Proses pengarangan (karbonasi) bertujuan untuk penguraian selulosa organir menjadi unsur karbon dengan disertai pengeluaran unsur non karbon. Proses pengarangan dimulai dengan menjemur tongkol jagung dibawah sinar matahari (7-8 hari), tongkol jagung setelah kering lalu dipanaskan dalam hot plate kemudian didinginkan dalam desikator, kemudian karbon tongkol jagung di masukkan pada furnace pada suhu 6000C
selama 0.5 jam, lalu karbon didiamkan di desikator, kemudian karbon dihaluskan dan diayak pada ayakan 60 mesh pengayakan ini dimaksudkan agar arang lebih berukuran homogen (seragam). Maka didapatkan karbon yang lolos ayakan 60 mesh.
B. Aktivasi Karbon
Aktifasi berfungsi untuk memperbesar pori Cara untuk aktifasi yaitu karbon yang lolos ayakan 60 mesh direndam dalam aktifator yaitu HCl 4 N atau jika dikonversi kedalam persen adalah HCl 12.29% selama 24 jam, kemudian disaring dengan kertas saring halus, setelah itu karbon aktif dicuci dengan aquades beberapa kali sampai mencapai pH netral dengan cara dicek menggunakan kertas pH atau dengan menggunakan pH meter, kemudian karbon aktif dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 3 jam dan didinginkan dalam desikator. Kemudian dilakukan pengujian karakteristik karbon aktif yang meliputi rendemen, kadar air, kadar abu, daya serap iodine maka didapatkan karbon aktif tongkol jagung
C. Penambahan karbon aktif tongkol jagung untuk menurunkan nilai BOD, COD limbah domestik
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Karbon Aktif
Karakteristik karbon aktif ini digunakan unuk mengetahui kualitas dari karbon aktif yang telah dibuat kemudian dibandingkan dengan standart karbon aktif sesuai dengan SNI 06 – 3730 – 1995. Karbon aktif yang didapatkan dari penelitian ini berwarna hitam dan tidak berbau. Berikut adalah Tabel karakteristik karbon aktif tongkol jagung.
Tabel 1. Karakteristik karbon aktif tongkol jagung
Hasil analisis karakteristik karbon aktif menunjukkan bahwa hampir semua parameter uji yang digunakan telah masuk dalam SNI 06 – 3730 – 1995 kecuali pada parameter daya serap iodine. Hal ini mengindikasikan bahwa Karbon aktif yang terbuat dari tongkol jagung berpotensi untuk dijadikan karbon aktif.
Limbah Domestik MCK Terpadu
Limbah cair domestik yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah yang bersal dari MCK Terpadu yang terletak di RT 03 RW 07 Kelurahan Tlogomas kota Malang. Pengambilan limbah domestik yaitu pada bak pengendapan pertama. Limbah yang masuk ke MCK terpadu ini meliputi limbah yang dihasilkan dari penduduk mulai dari kamar mandi, cuci, kakus. Limbah memiliki warna yang kuning agak kecoklatan dan sangat bau. Limbah domestik dari MCK terpadu ini memiliki nilai BOD, COD yang sangat tinggi sehingga diperlukan suatu pengolahan agar jika dibuang ke sungai tidak berbahaya bagi lingkungan. Hasil pengujian sampel yang telah dilakukan limbah domestik MCK terpadu ini memiliki nilai BOD 245 ppm dan COD sebesar 362 ppm.
Proses Adsorpsi dengan menggunakan karbon Aktif Tongkol Jagung
Adsorpsi oleh karbon aktif dengan cara mengambil senyawa organik dari cairan yang kontak dengan karbon aktif. Pada proses adsorpsi, molekul organik yang berada di fase cair akan ditarik dan diikat ke permukaan pori karbon aktif ketika cairan tersebut melewati karbon aktif. Molekul organik yang ada dalam cairan disebut sebagai adsorben (zat yang diserap). Karbon aktif sebagai subyek/pelaku penyerap disebut adsorbat. Setelah zat-zat organik dalam cairan diserap (adsorpsi), kemudian zat organik itu di tahan di dalam permukaan karbon aktif membentuk suatu lapisan atau film. di permukaan karbon aktif. Adsorpsi oleh karbon aktif termasuk dalam adsorpsi fisik yaitu adsorpsi yang disebabkan oleh adanya gaya tarik menarik antara zat terlarut dan adsorben lebih besar dari pada daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben.
Menurut Subiarto (2010), pada arang aktif terdapat banyak pori berukuran nano hingga micrometer, banyaknya pori sehingga dalam satu gram arang aktif bila semua dinding rongga pori direntangkan, luas permukaannya mencapai ratusan hingga ribuan meter persegi. Adanya pori-pori mikro yang jumlahnya besar pada arang aktif sehingga menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, dimana semakin kecil pori-pori karbon aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah.
Pengaruh Konsentrasi Karbon Aktif dan Waktu Kontak Terhadap Penurunan BOD Limbah Cair Domestik
Tabel 2 Nilai BOD limbah domestik yang telah ditambah karbon aktif dengan variasi konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak
Sampel
Catatan: Penurunan BOD sebenarnya adalah nilai BOD dari hasil pengujian yang telah dikurangi dengan nilai BOD penyaringan hal ini dilakukan karena penyaringan juga mempengaruhi penurunan nilai BOD
Penurunan BOD dengan beberapa variasi konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak mengalami penurunan kurang dari 25% tapi waktu konsentrasi karbon aktif 3 gram/100 ml dengan waktu kontak 6 jam penurunan BOD mencapai 40.816%. Penurunan BOD semakin lama semakin menurun dengan meningkatnya jumlah karbon aktif yang digunakan dan waktu kontak yang semakin lama. Namun pada waktu kontak 0 atau belum mengalami pengadukan nilai BOD juga mengalami penurunan hal ini mengindikasikan bahwa proses penyaringan juga akan mempengaruhi nilai BOD dari air limbah oleh sebab itu untuk mendapatkan nilai BOD yang sebenarnya nilai BOD ahsil pengujian harus dikurangi dengan nilai BOD sebelum diaduk yang telah disaring (pada saat t=0). Dibawah ini adalah Gambar 1 Pengaruh konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak pada penurunan BOD limbah domestik.
Gambar 1 Pengaruh Konsentrasi Karbon Aktif Dan Waktu Kontak Pada Penurunan BOD Limbah Domestik
Penurunan nilai BOD ini disebabkan bahan buangan yang ada dalam air limbah akan ditarik dan diikat oleh karbon aktif sehingga jumlah oksigen yang diperlukan akan menurun karena bahan buangan yang akan dipecah oleh mikroorganisme berkurang. Bahan buangan yang diikat oleh karbon aktif semakin besar maka semakin kecil nilai BOD dari air limbah tersebut.
Semakin besar konsentrasi karbon aktif yang digunakan maka semakin besar pula penurunan nilai BOD limbah domestik hal ini disebabkan semakin banyak karbon aktif maka luas permukaan yang tersedia untuk menyerap zat-zat yang kontak dengan karbon aktif akan semakin luas sehingga zat yang terserap akan semakin besar.
Menurut Dubini (1966) dalam Ulum dan Widodo (2011), waktu pengadukan yang lebih lama membuat limbah cair yang mengandung bahan organik bisa melewati pori lebih lama. semakin banyak pori-pori yang bisa dilewati, maka semakin besar kontak limbah cair dengan karbon aktif, sehingga larutan limbah yang diserap karbon aktif semakin banyak.
Berdasarkan Tabel 3 dan Gambar 2 dibawah ini dapat dilihat bahwa nilai COD dari limbah domestik mengalami penurunan yang berbeda-beda. Penurunan BOD dengan beberapa variasi konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak mengalami penurunan kurang dari 20% tapi pada saat konsentrasi karbon aktif 3 gram/100 ml dengan waktu kontak 6 jam penurunan BOD mencapai 29.834%, hal ini menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi karbon aktif dan semakin lama waktu kontak maka semakin besar pula penurunan nilai COD dari air limbah domestik. Berdasarkan hasil penelitian seperti pada penurunan BOD maka konsentrasi karbon aktif 3 gram/100 ml dengan waktu kontak 6 jam yang paling baik dalam menurunkan COD air limbah domestik.
Tabel 3 Nilai COD limbah domestik yang telah ditambah karbon aktif dengan variasi konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak
Sampel
Catatan: Penurunan BOD sebenarnya adalah nilai BOD dari hasil pengujian yang telah dikurangi dengan nilai BOD penyaringan hal ini dilakukan karena penyaringan juga mempengaruhi penurunan nilai
Gambar 2 Grafik Pengaruh Konsentrasi Karbon Aktif Dan Waktu Kontak Pada Penurunan COD Limbah Domestik
Penurunan COD disebabkan oleh bahan–bahan organik sebagian telah diserap dan diikat oleh karbon aktif tongkol jagung sehingga jumlah bahan organik yang ada dalam air limbah akan berkurang otomatis kebutuhan oksigen untuk mengoksidasi bahan organik secara kimia berkurang. Kebutuhan oksigen yang berkurang mengakibatkan nilai COD dalam air limbah akan semakin menurun. Sehingga seperti pada penurunan BOD, penurunan COD juga sebanding dengan jumlah karbon aktif yang ditambahkan dan waktu kontak karbon aktif dengan air limbah.
Penurunan BOD dan COD limbah cair domestik dengan Karbon Aktif Tongkol Jagung Berdasarkan Persamaan Polinomial Berdasarkan data persamaan yang dibentuk dari hasil penelitian persamaan yang paling sesuai dengan data hasil penelitian yaitu dengan persamaan Polynomial hal ini dapat dibuktikan dari nilai R2 yang hampir sempurna yaitu mendekati 1.
Gambar 3 Grafik penurunan BOD dengan karbon aktif 1 gram/100 ml
Gambar 5 Grafik penurunan BOD dengan karbon aktif 3 gram/100 ml
Pada penurunan BOD dengan konsentrasi karbon aktif 1 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -1.015x2 - 0.304x + 236.8 dengan R2=0.997, konsentrasi karbon aktif 2 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -1.523x2 + 2.609x + 232.3 dengan R2=0.958, konsentrasi karbon aktif 3 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -4.190x2 + 12.34x + 219.9 dengan R2=0.992. Nilai negatif dari masing-masing persamaan menunjukkan adanya penurunan BOD dalam limbah domestik setelah ditambah dengan karbon aktif tongkol jagung. Gambar dibawah ini adalah persamaan yang didapatkan dari penurunan COD dengan konsentrasi karbon aktif dan waktu kontak yang berbeda.
Gambar 6 Grafik penurunan COD dengan karbon aktif 1 gram/100 ml
Gambar 7 Grafik penurunan COD dengan karbon aktif 2 gram/100 ml
Gambar 8 Grafik penurunan COD dengan karbon aktif 3 gram/100 ml
Pada penurunan COD dengan konsentrasi karbon aktif 1 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -0.507x2 - 1.752x + 355.3 dengan nilai R2=0.992, konsentrasi karbon aktif 2 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -0.761x2 - 2.095x + 350.9 dengan nilai R2=0.907, konsentrasi karbon aktif 3 gram/100 ml persamaan yang dibentuk yaitu y = -3.841x2 + 8.181x + 341.5 dengan niali R2=0.995.
Berdasarkan penelitian tersebut dapat disimpulkan karakteristik karbon aktif tongkol jagung yang dihasilkan yaitu rendemen 24.8%, kadar air 13.3%, kadar abu 2%, daya serap iodium 545.799 mg/g. Semakin besar konsentrasi karbon aktif dan semakin lama waktu kontak karbon aktif dan limbah domestik maka penurunan BOD, COD limbah domestik semakin besar hal ini dapat dilihat dari persamaan yang didapatkan untuk menurunkan BOD pada konsentrasi 3 gram/100 ml adalah y = -4.190x2 + 12.34x + 219.9 dengan nilai R² = 0.992 sedangkan persamaan didapatkan untuk menurunkan COD pada konsentrasi 3 gram/100 ml adalah y = -3.841x2 + 8.181x + 341.5 dengan nilai R² = 0.995. Kemampuan karbon aktif tongkol jagung untuk menurunkan BOD dan COD terbaik yaitu pada konsentrasi 3 gram/100 ml dengan waktu kontak 6 jam yaitu 40.816% dan 29.834%
DAFTAR PUSTAKA
Afriyanti, D. 2008. Matematika Kelompok Teknologi, Kesehatan, dan Pertanian. PT Grafindo Media Pratama. Bandung. Jakarta Hal. 41.
Doraja, P.H, Maya, S. ,Nengah, D.K. 2011.
Tangki Septik. Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. ITS. Surabaya.
Lorenz KJ, Kulp K. 1991. Handbook of Cereal Science and Technology. Marcel Dekker. New York.
Lud .W. 2005. Bioremediasi Limbah Domestik Ramah Lingkungan Di Kota Malang: Suatu Upaya Mengatsi Pencemaran Kawasan Padat Huni. Gamma Volume 1, No. 1. Sepetmber 2005: 35-4.
Nur’arif, M. 2008. Pengelolaan Air Limbah Domestik (Studi Kasus Di Kota Praya Kabupaten Lombok Tengah). Thesis. Universitas Diponegoro. Semarang. Supranto,S. Ahmad. T. Dedi. E. Y. Claudino.
D. A. C. dan Ahmad H. 2014. Pengaruh Simultan Parameter Suhu dan Konsentrasi Larutan NaOH Terhadap Kuantitas dan Kualitas Hasil Cellulose Powder pada Proses Delignifikasi Tongkol Jagung.
