Efek Suhu Kalsinasi Pada Penggunaan Lumpur Alum IPA sebagai Adsorben Untuk Menurunkan Konsentrasi Limbah Fosfat

(1)

Efek Suhu Kalsinasi Pada Penggunaan Lumpur

Alum IPA sebagai Adsorben Untuk Menurunkan

Konsentrasi Limbah Fosfat

Oleh : Frida Novia Handini (3307.100.071) Dosen Pembimbing : Welly Herumurti, ST., M.Sc

Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2011

Company LOGO

(2)

Latar belakang Penelitian

Company LOGO Produk samping IPA berupa lumpur alum yang belum termanfaatkan Limbah fosfat yang dihasilkan oleh industri pupuk dengan konsentrasi tinggi

penelitian tentang

penggunaan

lumpur alum

sebagai adsorben

untuk

mengurangi

konsentrasi fosfat

(3)

Tujuan Penelitian

Company LOGO

Menentukan dosis lumpur alum, waktu kontak, dan suhu kalsinasi optimum yang

dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi fosfat dalam limbah fosfat

artificial.

Menentukan kemampuan lumpur alum sebagai adsorben untuk menurunkan

konsentrasi fosfat dalam limbah cair industri.

Menentukan model isoterm adsorpsi fosfat dan kinetika adsorpsi fosfat

(4)

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat

memperoleh adsorben yang murah

dan

efektif,

sehingga

dapat

digunakan

sebagai

alternatif

pengolahan

air

limbah

untuk

(5)

Ruang Lingkup

• Sampel air limbah adalah air limbah buatan fosfat (KH

₂

PO

₄

)

dan limbah cair industri pupuk.

• Lumpur alum dari filter press dan lumpur sungai dari

endapan bak prasedimentasi yang berasal dari Instalasi

Penjernihan Air Minum (IPAM) Surabaya Unit Karangpilang

III. • Proses batch:

• Variasi suhu kalsinasi pada lumpur alum antara lain:

105°C, 250°C, 400°C, dan 550°C.

• Variasi dosis antara lain:

– Suhu 105°C: 30, 40, 50, 60, 70, 80, dan 90 g/L.

– Suhu 250°C, 400°C, 550°C: 10, 20, 30, 40, 50, 60, dan

70 g/L.

• Variasi waktu kontak antara lain: 15, 30, dan 60 menit.

Company LOGO

(6)

Tinjauan Pustaka

• Lumpur alum mempunyai kandungan utama yaitu

ion aluminium amorf. Ion ini di dalam air berikatan

kuat dengan hidroksida, fosfat, dan senyawa

organik. Lumpur alum memiliki kandungan air tinggi

dan sulit dihilangkan kadar airnya (Kaggawa

dkk., 2000).

• Komposisi utama dari lumpur alum kering adalah

aluminium sebesar 46% dalam bentuk (Al

₂

O

₃

).

Komposisi kimia yang lain antara lain

Fe

3+

_{, Ca}

2+

_{, Mg}

2+

_{, Cl}

-

_{, SO}

42-

, dan SiO

42-

(Yang

(7)

Tinjauan Pustaka

• Kalsinasi adalah proses pemanasan dengan

temperatur tinggi (El-Jallad dkk.,1980). Rata-rata

temperatur yang digunakan adalah 100°C sampai

1000°C. Pemanasan dilakukan selama 3 jam.

Rusaknya material organik dalam pemanasan

menyebabkan terbentuknya pori dalam lumpur

(Ramason, 2009).

• Pori-pori adsorben merupakan tempat

berlangsungnya adsorpsi yaitu pada permukaan

adsorben yang disebut active site (situs) (Alberty

dan Silbey, 1996).

(8)

Tinjauan Pustaka

Mekanisme adsorpsi terjadi melalui tiga tahapan yaitu:

• Perpindahan zat terlarut dalam larutan menuju

sekeliling adsorben kemudian berdifusi melalui

lapisan film pada permukaan terluar adsorben.

• Difusi zat terlarut menuju pori pada adsorben

melibatkan perpindahan adsorbat dari permukaan

adsorben menuju ke permukaan dalam adsorben.

• Penyerapan adsorbat oleh sisi bagian dalam

adsorben pada pori dan mengisi ruang dalam

adsorben (Unuabonah, 2006)

(9)

Kerangka Penelitian

Metode

• Lumpur alum dan lumpur sungai

• Peralatan laboratorium

• Limbah buatan fosfat

• Limbah industri pupuk fosfat

• Reagen penelitian

• Sortir dan katagori data • Tabulasi dan pembuatan grafik • Penetuan dosis, waktu kontak,

dan suhu kalsinasi optimum pada sistem batch

• Uji perbandingan penggunaan lumpur sungai sebagai adsorben dengan sistem batch

• Percobaan sistem batch dengan menggunakan limbah cair industri fosfat

Berapa waktu kontak, dosis lumpur alum, dan

suhu optimum kalsinasi pada proses batch?

• Uji karakteristik Lumpur • Uji karakteristik kandungan

limbah cair industri fosfat • Uji penentuan dosis Realitas:

• Lumpur alum IPA dalam jumlah yang besar dan belum

termanfaatkan • Limbah fosfat yang dihasilkan dari industri pupuk sangat tinggi Kajian Pustaka:

• Lumpur alum produk samping IPA dapat digunakan sebagai adsorben • Proses adsorpsi dapat menghilangkan kandungan fosfat Peneltian Pendahuluan Penelitian Lanjutan Pengolahan Data Bagaimana kemampuan lumpur alum untuk

menurunkan konsentrasi fosfat? Bagaimana model isoterm dan kinetika adsorpsi fosfat dengan adsorben lumpur alum Tujuan : Mengidentifikasi waktu

kontak, dosis lumpur alum, dan suhu kalsinasi

optimum pada proses batch

Tujuan : Mengidentifikasi kemampuan lumpur alum

untuk menurunkan fosfat

Tujuan : Mengidentifikasi model

isoterm dan kinetika adsorpsi fosfat dengan adsorben lumpur alum

Hasil : Diperoleh waktu kontak, dosis, dan suhu kalsinasi yang

optimum untuk menurunkan fosfat pada proses batch

Hasil : Diperoleh efisiensi kemampuan lumpur

alum dalam meremoval fosfat dalam limbah industri

pupuk Hasil : Diperoleh model isoterm adsorpsi dan

kinetika adsorpsi fosfat dengan lumpur

alum Latar Belakang

GAP

Analisis dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran Pustaka yang mendukung: • Mekanisme adsorpsi • Pengolahan limbah fosfat • Penggunaan lumpur alum sebagai adsorben • Isoterm dan kinetika adsorpsi

(10)

Langkah Kerja

1. Persiapan alat dan bahan

Lumpur alum dari filter press

Ayakan 200 Mesh Adsorben lumpur alum

(11)

Langkah Kerja

2. Penelitian pendahuluan meliputi uji penentuan

dosis, uji karakteristik lumpur, dan uji

karakteristik kandungan limbah cair fosfat.

3. Penelitian lanjutan meliputi uji penentuan

dosis, waktu kontak, dan suhu kalsinasi

optimum, uji perbandingan penggunaan lumpur

sungai dan lumpur alum sebagai adsorben, dan

uji penentuan dosis optimum dan suhu kalsinasi

optimum dengan menggunakan limbah fosfat.

4. Sortir data dan pembuatan grafik.

5. Analisis dan pembahasan.

(12)

Analisis dan Pembahasan

Karakteristik adsorben lumpur alum Penentuan dosis adsorben optimum Penentuan waktu kontak dan suhu kalsinasi optimum Adsorpsi pada limbah cair industri fosfat Isoterm Adsorpsi dan Kinetika Adsorpsi

(13)

Karakteristik Lumpur Alum

SEM

XRD

XRF

(14)

X-Ray Flourosence

(XRF)

Komposisi Suhu 105°C Suhu 250°C Suhu 400°C Suhu 550°C

MgO 0,70% 0% 0,90% 0,40% Al₂O₃ 15% 15% 15% 18% SiO₂ 41,40% 42,3% 42% 41,40% P₂O₅ 0,79% 0,81% 0,78% -K₂O 1,39% 1,38% 1,40% 1,33% CaO 5,96% 6,04% 6,01% 5,66% TiO₂ 1,77% 1,78% 1,76% 1,63% V₂O₅ 0,097% 0,11% 0,10% 0,082% Cr₂O₃ 0,03% 0,03% 0,035% 0,030% MnO 0,582% 0,583% 0,559% 0,505% Fe₂O₃ 32,19% 31,97% 31,27% 27,52% CuO 0,10% 0,10% 0,09% 0,083% ZnO 0,14% 0,14% 0,13% 0,12% BaO 0,10% 0,10% 0,10% 0,20% Br - - - 0,20%

(15)

X-Ray Diffraction

XRD

Difraktogram XRD menunjukkan

bahwa lumpur alum memiliki stuktur

amorf (tidak beraturan).

(16)

Scanning Electron Microscope (SEM) dan

BET

(Brunauer-Emmett-Teller)

Suhu kalsinasi 105°C, 250°C, 400°C, 550°C dengan pembesaran 10000x

Parameter 105°C 250°C 400°C 550° Luas permukaan

(m2_/g) 44,931 31,509 39,368 44,348

Volume pori (x10-1₎

(17)

Penentuan Dosis Optimum pada Waktu

Kontak 30 Menit

0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Re m ov al (% ) Dosis (g/L) Suhu 105°C Suhu 250°C Suhu 400°C Suhu 550°C

(18)

Penentuan Suhu Kalsinasi dan Waktu

Kontak Optimum pada Dosis 60 g/L

60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 R em oval ( % )

Waktu Kontak (Menit)

Suhu 105°C Suhu 250°C

(19)

Adsorpsi Pada Limbah Fosfat

0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 Re m ov al (% ) Dosis (g/L) 250°C 400°C

(20)

Isoterm Adsorpsi

Suhu 250° C _{Suhu 400}_{° C} F re und li ch L a n gmu ir y = 0,533x - 0,251 R² = 0,908 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 L og q e Log Ce y = 0,210x + 3,121 R² = 0,950 0 3 6 9 12 15 0 10 20 30 40 50 C e/ q e Ce y = 0,461x - 0,129 R² = 0,870 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 L og q e Log Ce y = 0,217x + 2,470 R² = 0,874 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 C e/ q e Ce

(21)

Isoterm Adsorpsi

Parameter Isoterm Suhu 250°C Suhu 400°C Freundlich Kf (mg/g) 0,56 0,74 n 1,88 2,17 R2 _0,91 _0,87 Langmuir a (mg/g) 4,76 4,61 b (L/g) 0,07 0,09 R2 _0,95 _0,874 R_L 0,11 0,09

(22)

Kinetika Adsorpsi

Suhu 250° C _{Suhu 400}_{° C} Or de Sa tu Se m u Or de Du a Se m u y = -0,028x - 0,327 R² = 0,882 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0 20 40 60 80 L og ( q e-qt ) Waktu (Menit) y = 0,456x + 0,821 R² = 0,999 0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 t/q t Waktu (Menit) y = -0,026x - 0,013 R² = 0,927 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0 20 40 60 80 L og ( q e-qt ) Waktu (Menit) y = 0,448x + 2,216 R² = 0,998 0 5 10 15 20 25 30 35 0 20 40 60 80 t/q t Waktu (Menit)

(23)

Kinetika Adsorpsi

Parameter Kinetika

Adsorpsi Suhu 250°C Suhu 400°C

Orde Satu Semu

q_e(mg/g) 0,471 0,971

R2 _0,882 _0,927

K₁(mg/g.menit) _0,064 _0,060

Orde Dua Semu

q_e(mg/g) 2,193 2,049

R2 _0,999 _0,998

K₂(mg/g.menit) 0,253 0,107

h (menit) 1,218 0,451

(24)

Kesimpulan

1. Dosis optimum lumpur alum suhu kalsinasi 400°C adalah 30 g/L. Waktu kontak optimum adalah pada waktu 30 menit dan suhu kalsinasi optimum adalah suhu 400°C.

2. Kemampuan adsorpsi lumpur alum suhu kalsinasi 400°C

untuk menurunkan PO₄3- _{pada limbah fosfat sebesar}

88%, sedangkan pada limbah buatan sebesar 87%.

3. Isoterm adsorben lumpur alum pada suhu kalsinasi

optimum 400°C mengikuti model Langmuir dengan kapasitas adsorpsi sebesar 4,61 mg/g dan kinetika adsorpsinya mengikuti orde dua semu dengan kapasitas adsorpsinya sebesar 2,19 mg/g dan laju kinetika adsorpsi sebesar 0,11 mg/g. menit.

(25)

Saran

• Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut

pada proses kontinyu sehingga dapat

diterapkan.

• Perlu penelitian lebih lanjut tentang

proses yang terjadi dalam penurunan

konsentrasi fosfat.

• Perlu adanya penelitian lebih lanjut

terhadap pemanfaatan adsorben setelah

digunakan untuk adsorpsi.

(26)

Daftar Pustaka

• Alberty, R. A. dan Silbey, R. J. 1996. Physical Chemistry Second

Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

• Kaggawa, R.C., Mulaleo, C.I., Dennry, P., dan Okurut, T.O.

(2001). “The Impact of Alum Discharges on Natural Tropical Wetldan in Ugdana”. Water Research, 35, 3 : 795-807.

• Ramason, J., Dirion, J. L., Nzihou, A., dan Depelsenaire. (2009).

“Characterization and Kinetics of Surface Area Reduction During The Calcination of Dredged Sediments”. Powder

Technology, 190, 59-64

• Yang, Y., Zhao, Y.Q., Babatunde, A.O., Wang, L., Ren, Y.X., dan

Han, Y. (2006). “Characteristics dan Mechanisms of Phosphate Adsorption on Dewatered Alum Sludge”. Journal Separation dan

Purification Technology, 51, 193-200.

• Unuabonah, E., Adebowale, K., dan Olu-Owolabi, B. (2007).

Kinetic and Thermodynamic Studies of The Adsorption of Lead (II) Ions Onto Phosphate-Modified Kaolinite Clay.

(27)