SIDANG HASIL TUGAS AKHIR. Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

Aplikasi

Aplikasi Pasangan

Pasangan Elektroda

Elektroda Al

Al –

– Al

Al

untuk

untuk Pengolahan

Pengolahan Air

Air Bersih

Bersih dengan

dengan

Sistem

Sistem Kontinyu

Kontinyu

SIDANG HASIL TUGAS AKHIR

Oleh: Oleh:

Karina Rindang Trapsilasiwi 3306.100.030

Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2010

Dosen Pembimbing :

BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

RUMUSAN MASALAH

RUANG LINGKUP

TUJUAN PENELITIAN

TUJUAN PENELITIAN

MANFAAT PENELITIAN

LATAR BELAKANG

LATAR BELAKANG

Jumlah Penduduk Kebutuhan Kualitas Air Baku Air Minum Kegiatan Manusia Kebutuhan Bahan Kimia Harga Efisiensi Metode Alternatif Pengolahan Kebutuhan Air Harga Pengolahan Efisiensi Pengolahan ELEKTROKOAGULASI ELEKTROKOAGULASI

RUMUSAN MASALAH

RUMUSAN MASALAH

• Pengaruh waktu kontak dan kuat arus terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem

batch. batch.

• Pengaruh debit aliran dan kuat arus terhadap

efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu.

• Perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektrokoagulasi dengan metode jartest.

RUANG LINGKUP

RUANG LINGKUP

• Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium di laboratorium PDAM Karang Pilang Surabaya

menggunakan sistem batch dan dilanjutkan dengan sistem kontinyu.

sistem kontinyu.

• Sampel yang digunakan adalah sampel effluen

prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya yang merupakan air influen proses flash mix PDAM Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria:

– Kekeruhan = 100 - 150 NTU

Lanjutan…

•

Elektroda yang digunakan adalah plat

Alumunium (Al) sebagai anoda dan katoda.

•

Jarak antar plat 1,5 cm dan tegangan yang

digunakan 9 Volt

digunakan 9 Volt

•

Variasi yang digunakan pada sistem batch

adalah :

– Variasi waktu kontak: 30, 40, 60, 120 detik

Lanjutan…

• Variasi yang digunakan pada sistem kontinyu adalah :

– Variasi debit

• Parameter yang diukur pada sistem batch adalah kekeruhan, warna, pH, dan konduktivitas.

• Parameter yang diukur pada sistem kontinyu adalah kekeruhan warna, pH, dan konduktivitas

TUJUAN PENELITIAN

TUJUAN PENELITIAN

• Menentukan pengaruh waktu kontak dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta

warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem batch.

sistem batch.

• Menentukan pengaruh debit aliran dan kuat arus yang efektif terhadap efisiensi penurunan kekeruhan serta warna pada pasangan elektroda Aluminium (Al) dengan sistem kontinyu.

• Menganalisa perbandingan biaya yang diperlukan antara metode elektokoagulasi dengan metode jartest.

MANFAAT PENELITIAN

MANFAAT PENELITIAN

Memberikan alternatif pengganti bahan

kimia (alum) pada pengolahan air minum

PDAM.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ELEKTROKIMIA

ELEKTROKOAGULASI

 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi Elektrokoagulasi

 Logam Yang Digunakan  Reaksi Yang Terjadi

ELEKTROKIMIA

ELEKTROKIMIA

• Menurut Sawyer et al. (1995), elektrokimia adalah studi mengenai hubungan antara reaksi kimia dengan energi listrik.

• Menurut Benefield et al. (1982), ada dua macam sel elektrokimia, yaitu :

– Sel Galvani atau Sel Volta

ELEKTROKOAGULASI

ELEKTROKOAGULASI

•

Definisi Elektrokoagulasi :

– Menurut Holt et al. (2004)

metode elektrokimia untuk pengolahan air dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen

– Menurut Mollah (2004)

proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisik dengan

menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air

Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi

Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi

Logam Yang Digunakan

Logam Yang Digunakan

• Alumunium merupakan logam yang sering digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrokoagulasi.

• Ion positif (kation) aluminium yang terlepas

• Ion positif (kation) aluminium yang terlepas (tergantung pada kondisi polutan, pH, dan konsentrasi larutan) secara langsung berinteraksi dengan polutan dan akan terjadi hidrolisa membentuk ion kompleks.

Reaksi Yang Terjadi

Reaksi Yang Terjadi

Reaksi elektrokimia dengan logam M sebagai anoda sekaligus katoda adalah sebagai berikut :

• Pada Anoda : M_{(s)  M(aq)}n+ + ne- (2.1) 2 H₂O_{(l)  4H}+ (aq) + O2(g) + 4e- (2.2) • Pada Katoda : M_(aq)n+ _{+ ne}- _{ M} (s) (2.3) 2 H₂O_(l) + 2e- _{ H2(g)} + 2OH- (2.4)

Pelarutan Logam

Pelarutan Logam

nx F

Ixtx M r

w

=

Dimana : Dimana :

w = berat aluminium yang larut (gram)

I = kuat arus yang digunakan (Ampere)

t = waktu kontak (detik)

Mr = berat molekul aluminium, yaitu 27 gram. Mol

n = valensi aluminium, yaitu 3

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Kerangka Penelitian

Reaktor Elektrokoagulasi

 Sistem Batch

 Sistem Kontinyu  Sistem Kontinyu

Kerangka

Kerangka Penelitian

Penelitian

C C

Studi Literatur Ide Penelitian

Persiapan alat dan bahan

A A

Persiapan Bahan :

• Sampel yang berasal dari effluen proses prasedimentasi PDAM Karang Pilang I Surabaya dengan kriteria :

Kekeruhan : 100 -150 NTU pH : 6 - 8

Persiapan Alat :

• Reaktor dari akrilik 10x10x15cm (Batch)

• Reaktor dari kaca (kontinyu)

• Elektroda Alumunium

Lanjutan…

A A

D D

Percobaan Pendahuluan (Sistem Batch) :

• Variasi waktu kontak : 30; 40; 60; 120 detik

• Variasi kuat arus : 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 ampere

• Tegangan : 9 V, jarak antar elektroda : 1,5 cm • Menggunakan elektroda Alumunium (Al)

B B

• Menggunakan elektroda Alumunium (Al)

• Pengadukan dengan Magnetik Stirer (200rpm dan 50rpm) Waktu kontak dan kuat arus

Lanjutan…

D D

Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu) :

 Waktu kontak dan kuat arus paling efektif dari

percobaan pendahuluan digunakan sebagai acuan untuk menentukan kuat arus dan variasi pada

variabel debit yang digunakan di dalam

B B

C C

D

D variabel_{Percobaan Lanjutan (Sistem Kontinyu)}debit yang digunakan di dalam

•Variabel debit

 Menggunakan elektroda Alumunium (Al)  Tegangan : 9 V

 Jarak antar elektroda : 1,5 cm

Analisa dan Pembahasan

Reaktor Elektrokoagulasi

Reaktor Elektrokoagulasi

Gambar Reaktor dengan Sistem Batch

Lanjutan…

BAB IV DATA &PEMBAHASAN

BAB IV DATA &PEMBAHASAN

SISTEM BATCH

 Analisa Kekeruhan  Analisa Warna  Analisa DHL  Analisa pH

 Perbandingan dengan Jartest  Perbandingan dengan Jartest

SISTEM KONTINYU

 Analisa Kekeruhan  Analisa Warna  Analisa DHL  Analisa pH

 Analisa Efisiensi Arus

SISTEM

SISTEM BATCH

BATCH

No Perlakuan

Kombinasi Variasi

(Waktu Kontak dan Kuat Arus)

1 Perlakuan 1 30 detik dan 0,3 Ampere 2 Perlakuan 2 30 detik dan 0,6 Ampere 3 Perlakuan 3 30 detik dan 0,9 Ampere 4 Perlakuan 4 30 detik dan 1,2 Ampere

5 Perlakuan 5 40 detik dan 0,3 Ampere 5 Perlakuan 5 40 detik dan 0,3 Ampere

6 Perlakuan 6 40 detik dan 0,6 Ampere 7 Perlakuan 7 40 detik dan 0,9 Ampere 8 Perlakuan 8 40 detik dan 1,2 Ampere 9 Perlakuan 9 60 detik dan 0,3 Ampere 10 Perlakuan 10 60 detik dan 0,6 Ampere 11 Perlakuan 11 60 detik dan 0,9 Ampere 12 Perlakuan 12 60 detik dan 1,2 Ampere 13 Perlakuan 13 120 detik dan 0,3 Ampere 14 Perlakuan 14 120 detik dan 0,6 Ampere 15 Perlakuan 15 120 detik dan 0,9 Ampere 16 Perlakuan 16 120 detik dan 1,2 Ampere

Analisa

Analisa Kekeruhan

Kekeruhan

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan kekeruhan terbesar yaitu 87%

Analisa

Analisa Warna

Warna

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan warna terbesar yaitu 59,03%

Analisa

Analisa DHL

DHL

Waktu kontak 120 detik dan kuat arus 0,9 A mempunyai prosentase penurunan DHL terbesar yaitu 27,60%

Analisa

Lanjutan…

Kombinasi variasi kuat arus dan waktu kontak yang digunakan pada masing-masing perlakuan, mengakibatkan terjadinya perubahan nilai pH di dalam air sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan

Perbandingan

Perbandingan dengan

dengan Jartest

Jartest

No Pengamatan

Metode

Elektrokoagulasi Metode Jartest Sebelum proses Setelah proses Sebelum proses Setelah proses

1 Kekeruhan 120 NTU 15,6 NTU 105 NTU 13 NTU

2 % Removal Kekeruhan 87% 87,60% 2 Kekeruhan 87% 87,60% 3 Warna 2,7035 mg/l Pt-Co 1,1076 mg/l Pt-Co 2,7337 mg/l Pt-Co 1,0857 mg/l Pt-Co 4 % Removal Warna 59,03% 60,28% 5 DHL 435 µmhos/cm 315 µmhos/cm 446 µmhos/cm 404 µmhos/cm 6 % Removal DHL 27,60% 9,42% 7 pH 7,58 7,56 7,45 7,25

Lanjutan…

Hasil Pengamatan :

Waktu pembentukan flok pada proses

elektrokoagulasi lebih cepat daripada jartest.

Flok dari proses elektrokoagulasi berukuran lebih besar dengan kandungan air yang sedikit dan lebih

stabil. stabil.

Lumpur yang dihasilkan dari proses elektrokoagulasi relatif sedikit, stabil, dan mudah dipisahkan karena berasal dari oksida logam.

Lanjutan…

Perhitungan Biaya Pengolahan :

1. Metode Elektrokoagulasi

Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi : = Tarif listrik total + Harga total plat Al

= Rp 0,13365/Liter + Rp 0,6/Liter = Rp 0,73365/Liter

2. Metode Jartest 2. Metode Jartest

Harga total yang diperlukan untuk metode jartest : = Dosis alum x Harga alum per gram

= 0,04 gram/L x Rp 2.700/kg = Rp 0,108/Liter

Lanjutan…

Metode jartest masih lebih murah bila dibandingkan dengan metode elektrokoagulasi. Namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada

metode dengan pembubuhan bahan kimia. Pada metode elektrokoagulasi, ion Al3+ _{yang digunakan sebagai koagulan}

bersifat lebih murni dikarenakan berasal dari logam yang memiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahan memiliki kemurnian tinggi bila dibandingkan dengan bahan kimia. Disamping itu, pada metode pembubuhan bahan

kimia berupa alum diperlukan penambahan larutan yang bersifat basa, dikarenakan pH yang dihasilkan dari proses koagulasi tersebut cenderung turun drastis. Sehingga biaya operasional dari penggunaan bahan kimia dapat lebih

SISTEM KONTINYU

SISTEM KONTINYU

Qelektrokoagulasi = = = td volume ik L det 120 5 , 24

Perhitungan debit dan kuat arus yang digunakan :

= 0,2 L/detik = 12 L/menit

Kuat arus kontinyu = I_batchx Q_{elektrokoagulasi} = 0,9 A x 12 L/menit = 10,8 A ≈ 10 A
= = 2 Ampere = 2,5 L/menit 5 gulasi elektrokoa Q 5 kontinyu I 5 12 menit L 5 10Ampere

Lanjutan…

No Perlakuan

Kombinasi Variasi (Kuat Arus dan Debit)

Variasi Perlakuan pada Sistem Kontinyu

1 Perlakuan 1 2 Ampere dan 2,5 L/menit 2 Perlakuan 2 2 Ampere dan 2 L/menit 3 Perlakuan 3 2 Ampere dan 1,5 L/menit

Analisa

Analisa Kekeruhan

Kekeruhan

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan kekeruhan pada air sampel dengan sistem kontinyu, meskipun penurunan % perubahan kekeruhan dapat

Analisa

Analisa Warna

Warna

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan warna pada air sampel dengan sistem

kontinyu, meskipun penurunan % perubahan warna dapat terjadi pada waktu lebih cepat.

Analisa

Analisa DHL

DHL

Perlakuan ke-3 ini merupakan perlakuan yang paling efektif untuk menurunkan DHL pada air sampel dengan sistem kontinyu,

meskipun penurunan % perubahan DHL dapat terjadi pada waktu lebih cepat.

Analisa

Analisa pH

pH

Kombinasi variasi debit aliran dan waktu pengambilan sampel mengakibatkan terjadinya perubahan nilai pH di dalam air

sampel. Namun perubahan tersebut tidak cenderung meningkat, melainkan meningkat serta menurun.

Analisa

Analisa Efisiensi

Efisiensi Arus

Arus

Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit)

Berdasarkan hasil penimbangan

• Berat awal plat Al (w₁) = 2398 gram

• Berat akhir plat Al (w₂) = 2395,3 gram

• Berat plat Al yang melarut (w) = w₁ – w₂

= 2398 – 2395,7 = 2398 – 2395,7 = 2,3 gram
Secara teoritis • • • w = 2,686 gram nxF IxtxMr w = 96500 3 27 det 14400 2 x ikx Ax w =

Lanjutan…

Berdasarkan hasil perhitungan berat plat terlarut dengan penimbangan maupun secara teoritis, maka dapat dihitung efisiensi arus yang terjadi, yaitu sebesar :

Φ x 100 Mtheo M ∆ ∆ = exp x 100 = 85,63% 686 , 2 3 , 2 =

ANALISA BIAYA

ANALISA BIAYA

Perlakuan 1 (2 Ampere dan 2,5 L/menit)

Tegangan (V) = 9 Volt
Kuat arus (I) = 2 Ampere

Waktu operasi (t) = 240 menit = 14400 detik
Debit aliran (Q) = 2,5 L/menit

Debit aliran (Q) = 2,5 L/menit
Volume sampel yang diolah = Q x t

= 600 Liter
Daya (P) = V x I

= 9volt x 2Ampere = 18 watt

Lanjutan…

Energi listrik yang dibutuhkan (W) untuk 600L sampel W = P x t

= 0,072 kwh (per 600 liter)
Energi listrik yang dibutuhkan (W) per liter
Energi listrik yang dibutuhkan (W) per liter

W

= 0,00012 kwh/liter

Tarif listrik total = W x Tarif listrik/kwh

= 0,00012 kwh/L x Rp 495,00/kwh = Rp 0,0594/Liter

Lanjutan…

Berat plat Al yang melarut = 2,3 gram (per 600 liter)

Berat plat Al per liter

= 0,0038 gram/liter

Harga total plat Al
Harga total plat Al

= Rp 0,228/Liter

Harga total yang diperlukan untuk metode elektrokoagulasi : = Tarif listrik total + Harga total plat Al

= Rp 0,0594/Liter + Rp 0,228/Liter = Rp 0,2874/Liter

BAB IV KESIMPULAN & SARAN

BAB IV KESIMPULAN & SARAN

KESIMPULAN

SARAN

KESIMPULAN

KESIMPULAN

Hasil dari percobaan pendahuluan dengan menggunakan sistem

batch didapatkan bahwa waktu kontak selama 120 detik dan kuat

arus sebesar 0,9A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 87% dan 59,03%.

Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem
Hasil dari percobaan lanjutan dengan menggunakan sistem

kontinyu didapatkan bahwa debit aliran sebesar 1,5 L/menit dan kuat arus sebesar 2A merupakan variasi yang efektif untuk dapat menurunkan kekeruhan serta warna sebesar 84,15% dan 52,43%.
Metode jartest lebih murah 7x daripada metode elektrokoagulasi,

namun metode elektrokoagulasi lebih mudah dioperasikan daripada metode dengan pembubuhan bahan kimia tersebut.

SARAN

SARAN

Perlu dilakukan analisa lebih lanjut dengan

menggunakan variasi kekeruhan sampel pada sistem kontinyu.

Perlu dilakukan analisa sisa ion Al3+ _{yang terdapat}

pada air hasil pengolahan dan dibandingkan dengan metode jartest.