REDUKSI AMONIUM NITROGEN (NH 3 -N)PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BUMBUMASAKDENGAN METODE STRIPPING UDARA

REDUKSI AMONIUM NITROGEN (NH₃-N)PADA LIMBAH CAIR INDUSTRI BUMBU MASAK DENGAN METODE STRIPPING

UDARA

Oleh:

Ahmed Tessario (2306100088) Ahmed Tessario (2306100088)

Aditya Rahman (2305100084)

LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2010

Dosen Pembimbing :

Ir.Farid Efendi, M.Eng

Latar Belakang

Pertumbuhan industri Kimia di Indonesia Indonesia masih mengimpor kebutuhan bahan-bahan Kimia Bahayanya Limbah Cair Amonium Nitrogen di Lingkungan Besarnya Biaya Operasi Lamanya Waktu Efisiensi Biaya Operasi Pengolahan Limbah Cair Lamanya Waktu Pengolahan Limbah Efisiensi Pengolahan Limbah

PERLU PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR (AMONIUM NITROGEN) YANG EFISIEN,

Rumusan Masalah

• Bagaimana cara mengolah limbah cair industri berupa ammonium nitrogen agar kandungan ammonia nitrogen dapat terdegradasi

• Bagaimana pengaruh variabel bebas ketinggian

• Bagaimana pengaruh variabel bebas ketinggian packed kolom terhadap stripping udara

• Bagaimana kondisi limbah cair Pasca

pengolahan terhadap standart baku mutu lingkungan (3 ppm).

Tujuan

• Mengolah limbah cair industri yang mengandung ammonia dengan memperhatikan laju alir limbah dan memperhatikan laju alir udara sebagai

absorben, serta memperhatikan pengaruh absorben, serta memperhatikan pengaruh ketinggian packed coloumn.

• Mereduksi Amonia hingga sesuai dengan standart baku mutu (3 ppm)

• Menentukan number of transfer unit( Ntu) dan koefisien perpindahan massa overall (k’ya & k’xa)

Batasan

• Penelitian ini dilakukan dalam skala

laboratorium menggunakan proses kontinyu untuk mengolah limbah cair yang

mengandung ammonia, dengan menggunakan mengandung ammonia, dengan menggunakan metode stripping udara dimana udara yang

digunakan berasal dari kompressor. Kemudian besaran yang akan dianalisa adalah

kandungan ammonia setelah pengolahan dan besarnya pH.

Amonia

• Senyawa kimia ini didapati berupa gas dengan bau tajam dan beracun

• Amonia umumnya bersifat basa

Tinjauan

Tinjauan Pustaka

Pustaka ::

• Amonia umumnya bersifat basa

(pKb=4.75), namun dapat juga bertindak sebagai asam yang amat lemah

(pKa=9.25)

• Gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian apabila terhirup

Jenis Limbah

• Sample Limbah Barometrik (250-350 ppm) berasal dari unit Waste Water Treatment

(WWT)

• Sample Limbah Drain (400-500 ppm) yang berasal dari air jatuhan (condensat)

Sripping Udara

• Air limbah yang akan dikontakkan, dilewatkan bagian atas kolom hingga jatuh kedalam kolom sampai menembus packing. Dari bagian bawah, udara dialirkan keatas melalui packing sehingga amonia yang terlarut dalam air akan terabsorb amonia yang terlarut dalam air akan terabsorb oleh udara.

• Ammonia dapat diolah dengan kontrol pH tinggi (10-12) dan suhu 200C-400C

• Rendah energi dan mudah dioperasikan

Kurva Distribusi Ammonia-Ion Ammonium

Kesetimbangan kimia ammonia dalam air

NH₄+ _{+ OH}- _{↔ NH}

3 + H2O

%NH₃

%NH₄+

Raschig Ring

Packing Size(mm) Weight kg/m3 Surface m2/m3 Free volume

Raschig ring 2 x 2 3 x 3 4 x 4 5 x 5 6 x 6 8 x 8 10 x 10 995 911 669 595 496 570 570 2133 1435 1205 1047 895 709 502 60 63 73 76 80 77 77 10 x 10 12 x 12 15 x 15 20 x 20 25 x25 30 x 30 35 x 35 40 x 40 50 x 50 570 570 574 464 358 329 272 294 304 502 418 414 266 202 140 115 100 86 77 77 77 81 85 86 89 88 87

Number of Transfer Unit

• Adalah jumlah stage imajiner yang diperlukan oleh suatu kolom

• Ntu = ∫ dC (C - C*)_L (C - C*)_L • Dipengaruhi oleh : – Konsentrasi awal – Konsentrasi akhir

Koefisien Perpindahan Massa

• k’xa = Gx BM.H_L • k’ya = Gy BM.H_G Dimana : • H = α Gyβ_Gxγ_Nsc0.5 • H_G = α Gyβ_Gxγ_Nsc0.5 • H_L = φ x (Gx) η _{x N} sc0.5 μ Ket :

• H = Height of transfer Unit

• α, β, γ, φ,η = Konstanta packing (raschig ring)

• Gx = Laju limbah (satuan massa)

• Gy = Laju udara (satuan massa)

METODE KELEBIHAN KEKURANGAN Adsorbsi

Udara

•Menghilangkan komponen hidrocarbon, asam, dan basa

•Memerlukan energi yang kecil

•Efisiensi pengolahan lebih baik dari proses lain (kecuali biologis)

•Sering terjadi

penyumbatan (fouling) pada butir carbon

•Menimbulkan limbah berupa carbon

•perlu pengolahan awal (pre-treatment)

Pengolahan •Mengolah hidrokarbon yang •Perlu lahan yang cukup Metode Pengolahan Limbah Amonia

Pengolahan

Biologis

•Mengolah hidrokarbon yang

biodegradable dan komponen organik, H₂S, dan ammonia

•Energi yang diperlukan cukup rendah

•Perlu lahan yang cukup

luas

• bisa menimbulkan emisi gas;

•Perlu pengolahan lumpur Stripping

Udara

•Bisa mengolah 95% komponen volatil seperti amonia, pyrene dan pHenols

•H₂S dan ammonia bisa diolah dengan kontrol pH tinggi

•Rendah energi;

•Mudah dioperasikan;

•Kolom bisa tersumbat oleh minyak

•Berisiko terbentuknya kerak (scale) besi dan calsium

Metodologi Penelitian

• Limbah cair dari industri

ditampung dalam suatu bak reservoir

• Kemudian dipompa

• Kemudian dipompa

menuju tangki overflow agar rate limbah yang dihasilkan stabil

• Air limbah

Dialirkan dari atas kolom stripper

• Udara dari

compressor dialirkan dari bawah.

Air Limbah dan

• Air Limbah dan

Udara

• Setelah melalui kolom stripper, limbah ditampung dan diulangi untuk seri

berikutnya

Hasil Dianalisa dengan Spektrofotometer

Kondisi Operasi

• Tekanan diusahakan pada kondisi atmosferik

• Suhu Operasi limbah 200 C - 400 C • pH limbah dijaga antara 10 - 12 • pH limbah dijaga antara 10 - 12

Packing yang digunakan adalah Raschig

Variable Penelitian

Rate limbah cair : 1 (lt/min)

Rate Udara, yaitu : 240 (lt/min)

Ketinggian packed kolom yang digunakan

adalah 1 ; 1,5 ;dan 2 meter adalah 1 ; 1,5 ;dan 2 meter

Konsentrasi Amonia yang dipakai adalah

Ketinggian Packed Kolom 1 m

• Limbah Sintetis • pH = 11,56 • Suhu = 29oC 240.00 250.00 108.18 60.51 19.56 2.69 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• Sample Limbah Barometrik pada ketinggian packed kolom 1 meter

• pH = 11,42 • Suhu = 29oC 290.50 250.00 300.00 350.00 K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m ) 151.53 89.18 55.85 13.98 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• Sample Limbah Drain ketinggian packed kolom 1 meter • pH = 11,82 • Suhu = 28oC 442.51 350.00 400.00 450.00 500.00 K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m ) 248.58 142.24 73.19 17.56 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• % Removal Amonia limbah sintetis, sample limbah barometrik dan sample limbah drain

98.88% 96.03% 97.00% 98.00% 99.00% 100.00% A m o n ia 94.69% 96.03% 92.00% 93.00% 94.00% 95.00% 96.00%

Limbah Sintetis Limbah Barometrik Limbah Drain

% R em o v a l A m o n ia Konsentrasi amonia (ppm)

Ketinggian Packed Kolom 1.5 m

• Limbah Sample Barometrik

• pH = 11,98 • Suhu = 30oC 260.00 300.00 260.00 123.20 73.03 35.10 6.91 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• Sample Limbah Drain pada ketinggian packed kolom 1.5 meter

• pH = 11,72 • Suhu = 29oC 414 350 400 450 K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m ) 240 131.78 69.197 5.52 0 50 100 150 200 250 300

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• % Removal sample limbah barometrik dan sample limbah drain

98.67% 98.00% 98.50% 99.00% % R em o v a l 97.29% 96.50% 97.00% 97.50%

Limbah Barometrik Limbah Drain

% R em o v a l Konsentrasi amonia (ppm)

Ketinggian Packed Kolom 2 m

• Limbah Sample Barometrik

• pH = 11,86 • Suhu = 29oC 318.18 350.00 183.79 102.70 41.00 2.98 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• Sample Limbah Drain pada ketinggian packed kolom 2 meter

• pH = 11,72 • Suhu = 29oC 440.71 400.00 450.00 500.00 K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m ) 213.09 103.09 42.42 2.95 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00

Mula-mula Seri ke I Seri ke 2 Seri ke 3 Seri ke 4

K o n sen tr a si A m o n ia ( p p m )

• Perbandingan sample limbah barometrik dan sample limbah drain

99.33% 99.20% 99.30% 99.40% % R em o v a l 99.01% 98.80% 98.90% 99.00% 99.10% 318.18 440.711 % R em o v a l Konsentrasi amonia (ppm)

Number Of Transfer Unit (Ntu)

• Menunjukkan jumlah stage imajiner yang dibutuhkan secara teoritis.

4.73 4.57 4.80 5.00 6.00 MVR Barometrik MVR Drain 2.86 3.15 4.73 2.90 4.57 4.80 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 1 1.5 2 N tu

Ketinggian Kolom (Zt)

• Pada Ketinggian Packed kolom 1 meter

0.732 1 1 0.800 1.000 1.200 0.687 0.732 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800

Limbah Barometrik Limbah Drain

Z

t

(m) _{Zt Theoritical}

Ketinggian Kolom (Zt)

• Pada Ketinggian Packed kolom 1.5 meter

1.5 1.5 1.200 1.400 1.600 0.829 1.001 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

Limbah Barometrik Limbah Drain

Z t (m ) Zt Theoritical Zt eksperimen

Ketinggian Kolom (Zt)

• Pada Ketinggian Packed kolom 2 meter

2 2 2.000 2.500 1.091 1.179 0.000 0.500 1.000 1.500

Limbah Barometrik Limbah Drain

Z t (m ) Zt Theoritical Zt eksperimen

Koefisien Perpindahan Massa (k’ya dan

k’xa

• k’_ya sebesar : 28,371

Kesimpulan

• Reduksi NH₃N pada limbah industry bumbu masak dapat dilakukan dengan metode

stripping udara

• Rate limbah dan rate udara yang digunakan

• Rate limbah dan rate udara yang digunakan harus konstan dengan perbandingan 1:240 liter/menit.

• Semakin tinggi packed coloumn yang

digunakan maka akan semakin besar kadar ammonia yang tereduksi.

• Number of transfer unit (Ntu) untuk setiap limbah dan tinggi packed kolom adalah

Untuk sample limbah barometrik

– Pada ketinggian packed koloum 1 m, dengan konsentrasi awal 290.5 ppm didapatkan Ntu sebesar 5.467

– Pada ketinggian packed koloum 1.5 m, dengan konsentrasi awal 260,86 ppm didapatkan Ntu sebesar 6.598

– Pada ketinggian packed koloum 2 m, dengan konsentrasi awal 318 ppm didapatkan Ntu sebesar 8.68

Untuk sample limbah drain

– Pada ketinggian packed koloum 1 m, dengan konsentrasi awal 442,51 ppm didapatkan Ntu sebesar 5.828

– Pada ketinggian packed koloum 1.5 m, dengan konsentrasi awal 414 ppm didapatkan Ntu sebesar 7,963

– Pada ketinggian packed koloum 2 m, dengan konsentrasi awal 440,771 ppm didapatkan Ntu sebesar 9.383

• Koefisien perpindahan massa overall didapatkan k’_ya= 28,371 dan