No. Urut TESIS. Oleh

No. Urut

PE

Pr

: 408/S2-TL

ENGOLA

MENG

u

rogram St

INS

L/TPAL/200

AHAN AI

GGUNAK

Karya Tul untuk mem Institu

N

tudi Tekn

STITUT T

08

R LIMBA

KAN ELEK

TESI

lis sebagai s mperoleh ge ut Teknolo Oleh

HUDO

NIM : 253

nologi Pen

TEKNOL

2008

AH LAUN

KTROKO

IS

salah satu s elar Magist ogi Bandun h

ORI

306005

ngolahan

LOGI BA

8

NDRY DE

OAGULA

syarat ter dari ng

Air dan L

NDUNG

ENGAN

ASI

Limbah

ABSTRAK

PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN

MENGGUNAKAN ELEKTROKOAGULASI

Oleh Hudori NIM : 25306005

Air limbah laundry mengandung surfaktan dan bahan organik yang cukup tinggi. Berbagai alternatif pengolahan dapat digunakan untuk mengolah air limbah laundry, salah satunya adalah elektrokoagulasi. Terdapat dua jenis konfigurasi elektroda pada reaktor elektrokoagulasi yaitu monopolar dan bipolar. Tujuan utama penelitian ini membandingkan antara kedua konfigurasi tersebut di dalam mengolah air limbah laundry dan mengetahui laju pelepasan ion aluminium pada kedua konfigurasi beserta distribusi spesies senyawa aluminium. Reaktor elektrokoagulasi dioperasikan secara batch dan kontinyu dengan menggunakan limbah dari jasa laundry. Elektroda yang digunakan adalah aluminium dengan kemurnian 99.7%. Variasi kerapatan arus yang digunakan adalah 50, 75 dan 100 A/m2. Parameter yang diukur adalah surfaktan, COD, fosfat, kekeruhan, konduktivitas, pH dan suhu. Semua percobaan dilakukan pada suhu ruangan, yaitu sekitar 25° C. Metode Ferron digunakan untuk menentukan distribusi spesies senyawa aluminium pada proses elektrokoagulasi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk konfigurasi monopolar dan bipolar dengan waktu detensi 30 menit tingkat penyisihan surfaktan mencapai 70%, COD dan fosfat mencapai 80%, sedangkan kekeruhan mencapai 98%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa konfigurasi monopolar tidak menunjukkan perbedaan dengan konfigurasi bipolar di dalam mengolah air limbah laundry.

ABSTRACT

LAUNDRY WASTEWATER TREATMENT

BY ELECTROCOAGULATION

By Hudori NIM : 25306005

Laundry wastewater contains high surfactant and organic matter. Several of alternatives treatment applicable to treat laundry wastewater, one of them is electrocoagulation. There was two type of electrode configurations at reactor electrocoagulation that was monopolar and bipolar. Primary objective of this research were to compare between two configurations in laundry wastewater treatment and to know rate of dissolution aluminum ion and distribution of aluminum compound species. Reactor elektrocoagulation was operated in batch and continuous by using wastewater from service laundry. Electrode that used is aluminum with purity 99.7%. Variation of current density that used is 50, 75 and 100 A/m2. Parameter that measured is surfactant, COD, phosphate, turbidity, conductivity, pH and temperature. All experiments are conducted at room temperature, which is about 25° C. Method Ferron is used to determine distribution of aluminum compound species at process elektrocoagulation. The result indicates that for configuration monopolar and bipolar with detention time 30 minute removal rate of surfactant reach 70%, COD and phosphate reaches 80%, whereas turbidity reaches 98%. It can be concluded that configuration monopolar not shows difference with configuration bipolar in laundry wastewater treatment.

PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN

MENGGUNAKAN ELEKTROKOAGULASI

Oleh Hudori NIM : 25306005

Program Studi Teknologi Pengolahan Air dan Limbah Institut Teknologi Bandung

Menyetujui Pembimbing

Tanggal ...

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HAKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktorat Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

Kupersembahkan untuk:  Istriku Luluk  dan   kedua anakku Daffa dan Zidane 

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya maka tesis ini dapat terselesaikan. Sebagai salah satu syarat kelulusan pada program Magister Teknik Lingkungan maka dilakukan penelitian ini yang mengambil tema ”Pengolahan Air Limbah Laundry dengan Menggunakan Elektrokoagulasi”. Tesis ini dapat diselesaikan dengan baik dikarenakan adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Ibu Dr-Ing. Ir. Prayatni Soewondo, MS yang telah membimbing dengan penuh kesabaran dan ketulusan; Prof. Soeprihanto Notodarmojo selaku dosen wali; Dr. Barti Setiani Muntalif selaku koordinator seminar dan sidang tesis; Dosen-dosen di Program Studi Teknik Lingkungan ITB; DIKTI atas bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana (BPPs); Rekan-rekan di Jurusan Teknik Lingkungan UII Yogyakarta : Andik, Eko, Pak Luqman, Pak Kasam, dan Mas Agus; Mas Tasyono dan Iwan di Laboratorium Kualitas Lingkungan UII, Pengelola Laboratorium Kualitas Air ITB: Dr-Ing. Marisa Handayani, Asri, dan Andri; Ibu Mimin di Tata Usaha TL ITB; Ibu Sri di Perpustakaan TL ITB; Mahyar di laboratorium LIPI; teman-teman angkatan 2006: Rangga, Pak Djae, Eric, Lafran, Shila, Lina, Ananthi, Anne, Lusi, Achie, Dewi, Anna, Mbak Nia, Mbak Puji, Nopi, Wuri, Pak Yasmidi, Krisna, Ora, Grey, dan anak TML yang lain. Serta berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi tanpa bantuan mereka, penelitian ini tidak akan terselesaikan.

Apabila terdapat kritik, saran dan pertanyaan dapat disampaikan melalui email ke hudori_st@yahoo.com. Semoga penelitian ini dapat berguna bagi kita semua dan dapat memberikan konstribusi di dalam mengurangi terjadinya pencemaran terhadap bumi yang kita cintai.

DAFTAR ISI

Abstrak ……….. i

Kata Pengantar ……….. vi

Daftar Isi ..……….. vii

Daftar Lampiran ...……….. x

Daftar Gambar dan Ilustrasi ……….. xi

Daftar Tabel ……….. xiv

Daftar Singkatan dan Lambang……….. xv

Bab I Pendahuluan ………....………...……….. 1

I.1 Latar Belakang ………....………….. 1

I.2 Tujuan ...…………...……….. 3

1.3 Metode dan Ruang Lingkup Penelitian……….... 3

I.4 Sistematika Penulisan………...……….. 3

Bab II Tinjauan Pustaka………...………... 5

II.1 Deterjen………...…....………... 5

II.1.1 Kandungan Deterjen……...………….…………... 5

II.1.2 Mekanisme Deterjen sebagai Pembersih……...…………8

II.2 Proses Laundry………...…... 10

II.3 Air Limbah Laundry………...……... 11

II.4 Elektrokoagulasi………...…... 13

II.4.1 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi….…………... 17

II.4.2 Pelarutan Logam di Elektroda ……...……… 18

II.4.3 Reaksi di Elektroda……...………….…………... 20

II.4.4 Proses Koagulasi……...………. 22

II.4.5 Reaktor Elektrokoagulasi...………….…………... 28

II.5 Penelitian tentang pengolahan air limbah laundry dengan reaktor elektrokoagulasi ………...………... 32

Bab III Metode Penelitian………...………... 34

III.1 Umum………...………...…….…... 34

III.2 Reaktor ………...………... 34

III.3 Proses elektrokoagulasi…………...………... 38

III.4 Penentuan Critical Micelle Concentration (CMC)…...……... 39

III.4.1 Prosedur Percobaan………...….………... 40

III.4.2 Analisa Data………...…….……... 40

III.5 Penentuan Laju Pelepasan Ion Aluminium dan Distribusi Spesies Senyawa Aluminium...…….………...41

III.5.1 Prosedur Percobaan………...….………... 42

III.5.2 Analisa Data………...…….……... 43

III.6 Metode Pengujian Sampel ………….………... 44

III.6.1 Pengujian Surfaktan………....……...44

III.6.2 Pengujian COD………... 45

III.6.3 Pengujian Fosfat………... 46

III.6.4 Pengujian Aluminium……….………... 46

Bab IV Hasil dan Pembahasan………...………... 47

IV.1 Umum………...………... 47

IV.2 Karakteristik Air Limbah Laundry………... 47

IV.3 Laju Pelepasan Ion Aluminium…...………... 48

IV.4 Distribusi Spesies Senyawa Aluminium………...…………... 51

IV.5 Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Batch………... 54

IV.5.1 Kekeruhan ………...……... 54

IV.5.2 pH………...………... 56

IV.5.3 Konduktivitas………...………...59

IV.5.4 Penyisihan Surfaktan...………... 60

IV.5.5 Penyisihan COD……….. ………….…... 64

IV.5.6 Penyisihan Fosfat...………... 67

IV.6 Proses Elektrokoagulasi Pada Percobaan Kontinyu...…... 69

IV.7 Kinetika Reaktor Elektrokoagulasi………...…... 72

IV.7.1 Kinetika Penyisihan Surfaktan……... 72

IV.7.3 Kinetika Penyisihan Fosfat…………... 75

IV.7.4 Resume Kinetika ……….…...…... 76

Bab V Kesimpulan dan Saran………...………... 79

V.1 Kesimpulan………...………... 79

V.2 Saran………...………... 79

Daftar Pustaka………...………...81

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil pengukuran

Lampiran 2 Perhitungan kinetika Lampiran 3 Uji statistik

Lampiran 4 Hasil analisa software Origin Pro 7.0 Lampiran 5 Foto peralatan

DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI

Gambar II.1 Struktur dari SDS... 6

Gambar II.2 Struktur dari Dialkyldimethylammonium chlorides……... 7

Gambar II.3 Struktur dari Ethylated Alkohol... 7

Gambar II.4 Kondisi gugus surfaktan dalam air... 8

Gambar II.5 Diagram Venn... 13

Gambar II.6 Diagram alir IPAL konvensional dan unit yang dapat digantikan oleh Elektrokoagulasi... 15

Gambar II.7 Mekanisme dalam elektrokoagulasi... 17

Gambar II.8 Reaksi hidrolisa ion aluminium... 24

Gambar II.9 Deprotonasi ion aquo aluminium... 25

Gambar II.10 Diagram distribusi Al-H2O untuk mononuklear... 26

Gambar II.11 Diagram Kelarutan dari Aluminium Hidroksida... 26

Gambar II.12 Proses sweep coagulation... 27

Gambar II.13 Reaktor elektrokoagulasi dengan konfigurasi monopolar.. 28

Gambar II.14 Reaktor elektrokoagulasi dengan konfigurasi bipolar... 29

Gambar II.15 Skema reaktor elektrokimia... 30

Gambar III.1 Kerangka penelitian... 35

Gambar III.2 Skema reaktor elektrokoagulasi dengan pengoperasian batch……….. 36 Gambar III.3 Susunan peralatan pada percobaan elektrokoagulasi secara batch... 36 Gambar III.4 Reaktor kontinyu... 37

Gambar III.5 Skema reaktor elektrokoagulasi pada percobaan kontinyu... 38 Gambar III.6 Peralatan Spektrofotometer UV-Vis……….. 42

Gambar III.7 Kurva standar Al-Ferron... 44

Gambar III.8 Kurva standar penentuan konsentrasi surfaktan... 45

Gambar III.9 Kurva standar penentuan konsentrasi fosfat... 46

Gambar IV.1 Kondisi permukaan elektroda selama proses elektrokoagulasi... 49 Gambar IV.2 Perbandingan konsentrasi aluminium yang terlepas 50

selama proses Elektrokoagulasi untuk konfigurasi bipolar Gambar IV.3 Perbandingan konsentrasi aluminium yang terlepas... 50 Gambar IV.4 Hasil pembacaan absorbansi pada metode Ferron untuk

variasi pH... 52 Gambar IV.5 Hasil analisa persamaan garis dengan software Origin Pro

7.0... 52 Gambar IV.6 Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi monopolar

dengan variasi kerapatan arus... 55 Gambar IV.7 Profil penurunan kekeruhan pada konfigurasi bipolar

dengan variasi kerapatan arus... 56 Gambar IV.8 Perubahan pH pada proses elektrokoagulasi... 57 Gambar IV.9 Distribusi spesies senyawa aluminium pada variasi pH…. 58 Gambar IV.10 Tingkat penyisihan pada variasi pH untuk konfigurasi

monopolar (kerapatan arus 100 A/m2, td=30 menit)... 58 Gambar IV.11 Tingkat penyisihan pada variasi pH untuk konfigurasi

bipolar (kerapatan arus 100 A/m2, td=30 menit)... 59 Gambar IV.12 Perubahan konduktivitas pada percobaan elektrokoagulasi

dengan kerapatan arus 100 A/m2………... 60 Gambar IV.13 Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi

monopolar dengan variasi kerapatan arus... 61 Gambar IV.14 Profil penurunan konsentrasi surfaktan pada konfigurasi

bipolar dengan variasi kerapatan arus... 61 Gambar IV.15 Flok yang terkumpul di permukaan... 62 Gambar IV.16 Proses Adsortive Micelle Flocculation... 63 Gambar IV.17 Hasil penentuan nilai CMC pada surfaktan LAS... 64 Gambar IV.18 Profil penurunan COD pada konfigurasi monopolar

dengan variasi kerapatan arus... 65 Gambar IV.19 Profil penurunan COD pada konfigurasi bipolar dengan

variasi kerapatan arus... 65 Gambar IV.20 Profil penurunan fosfat pada konfigurasi monopolar

dengan variasi kerapatan arus... 67 Gambar IV.21 Profil penurunan fosfat pada konfigurasi bipolar dengan

variasi kerapatan arus... 68 Gambar IV.22 Penurunan surfaktan pada percobaan kontinyu (a) td= 10

menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m2

69 Gambar IV.23 Penurunan COD pada percobaan kontinyu (a) td= 10

menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m2 69 Gambar IV.24 Penurunan fosfat pada percobaan kontinyu (a) td= 10

menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m2

70 Gambar IV.25 Penurunan kekeruhan pada percobaan kontinyu (a) td= 10

menit (b) td= 30 menit pada kerapatan arus 100 A/m2

71 Gambar IV.26 Tingkat penyisihan pada percobaan kontinyu... 71 Gambar IV.27 Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar

untuk kerapatan arus 100 A/m2... 72

Gambar IV.28 Perbandingan nilai k penyisihan surfaktan pada

konfigurasi monopolar dan bipolar... 73 Gambar IV.29 Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar

untuk kerapatan arus 100 A/m2... 74

Gambar IV.30 Perbandingan nilai k penyisihan COD pada konfigurasi monopolar dan bipolar...

74 Gambar IV.31 Ploting nilai k pada konfigurasi (a) monopolar (b) bipolar

untuk kerapatan arus 100 A/m2... 75 Gambar IV.32 Perbandingan nilai k penyisihan fosfat pada konfigurasi

monopolar dan bipolar... 76 Gambar IV.33 Kondisi elektroda pada saat proses elektrokoagulasi

(a) monopolar, (b) bipolar... 77 Gambar IV.34 Skema aliran arus listrik pada konfigurasi (a) monopolar

(b) bipolar ... 77 .

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Karakteristik air limbah laundry………... 12

Tabel II.2 Kontribusi air limbah laundry terhadap air buangan perkotaan………... 12

Tabel III.1 Kerangka penelitian elektrokoagulasi... 39

Tabel IV.1 Karakteristik air limbah laundry... 47

Tabel IV.2 Perbandingan laju pelepasan ion aluminium... 51

Tabel IV.3 Hasil perhitungan distribusi senyawa aluminium (%)……... 53

Tabel IV.4 Perbandingan nilai k pada penyisihan surfaktan... 72

Tabel IV.5 Perbandingan nilai k pada penyisihan COD... 73

Tabel IV.6 Perbandingan nilai k pada penyisihan fosfat... 75

Tabel IV.7 Perbandingan nilai k antara konfigurasi monopolar dan bipolar……… 76 Tabel IV.8 Perbandingan distribusi senyawa alumninium……….. 78

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

SINGKATAN Nama Pemakaian

pertama kali pada Halaman

LAS Linear Alkylbenzene Sulfonate 1

COD Chemical Oxygen Demand 2

SDS Sodium Dodecylbenzene Sulphonate 6

BAS Branched Alkylbenzene Sulphonate 7

BOD Biological Oxygen Demand 12

TSS Total Suspended Solid 12

TDS Total Dissolved Solid 16

DC Direct Current 17

SBR Single Batch Reactor 29

PFR Plug Flow Reactor 30

CSTR Continuous Stirred Tank Reactor 30

SLES Sodium Lauryl Ether Sulfate 32

CMC Critical Micelle Concentration 34

MBAS Methylene Blue Active Surfactant 38

AAS Atomic Absorption Spectrophotometer 41

SNI Standar Nasional Indonesia 44

LAMBANG m berat 18 I Kuat arus 19 MW berat molekul 19 Z valensi 19 F konstanta Faraday 19

ηAP overpotensial yang digunakan 19

ηK overpotensial kinetik 19

ηMt overpotensial konsentrasi 19

ηIR overpotensial yang disebabkan hambatan larutan 19

d jarak 19

A Luas permukaan 19

K Konduktivitas spesifik 19

x Fraksi yang disisihkan 30

VR volume reaktor 30

km koefisien transfer massa 30

τR waktu tinggal rata-rata 30

τt waktu tinggal rata-rata di tangki resirkulasi 30

n jumlah reaktor cascade 30

Q debit 30

Ct konsentrasi pada waktu t 32

Co konsentrasi di awal percobaan (t=0) 32

k nilai kinetika laju perubahan konsentrasi 32

AlT aluminium total 41

Ala Spesies senyawa aluminium monomer 41

Alb Spesies senyawa aluminium polimer 41

Alc Spesies senyawa aluminium presipitat 41

A absorbansi 53

A0 absorbansi reaksi Ala-Ferron 53

Ab1 absorbansi Alb1-Ferron 53

t1 waktu reaksi dari Alb1 53

t2 waktu reaksi dari Alb2 53

Alb1 bagian dari Alb yang relatif cepat bereaksi dengan Ferron 53 Alb2 bagian dari Alb yang relatif lambat bereaksi dengan Ferron 53

k1 nilai kinetika laju reaksi Alb1 53