BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Salah satu jenis polutan yang banyak mendapat perhatian dalam pengelolaan

lingkungan adalah logam berat. Pembuangan limbah terkontaminasi oleh logam berat ke

dalam sumber air bersih (air tanah atau air permukaan) menjadi masalah utama pencemaran

karena sifat toksik dan tak terdegradasi secara biologis (non biodegradable) logam berat.

Jenis logam berat yang tergolong memiliki tingkat toksisitas tinggi antara lain adalah Hg, Cd,

Cu, Ag, Ni, Pb, As, Pb, As, Cr, Sn, Zn, dan Mn [1-3]. Salah satu sumber polutan logam berat

adalah limbah cair laboratorium, misalnya limbah cair dari residu analisis parameter chemical

oxygen demand (COD).

Limbah cair ini memiliki nilai pH ekstrem rendah (∼1,4) dan kadar logam berat

terlarut sangat tinggi (konsentrasi Hg: 77,6-392 mg/L). Limbah cair ini hingga saat ini belum

mendapat perhatian yang memadai. Dari sisi jumlah, limbah cair yang dihasilkan oleh suatu

laboratorium umumnya memang relatif sedikit, akan tetapi limbah cair ini tercemar berat oleh

berbagai jenis bahan kimia toksik. Secara kolektif dan dalam kurun waktu yang lama dapat

berdampak nyata pada lingkungan apabila tidak dikelola secara memadai. Karena sifatnya,

limbah laboratorium tergolong dalam kategori limbah bahan berbahaya dan beracun/B3 dan

memerlukan penanganan secara khusus. Akan tetapi, dalam prakteknya limbah cair

laboratorium hingga saat ini belum dikelola sesuai dengan persyaratan yang berlaku. Limbah

cair laboratorium sering dibuang langsung ke saluran drainase tanpa pengolahan yang

memadai.

Berdasarkan fenomena diatas dilakukan percobaan untuk pengolahan limbah cair

laboratorium dengan metode adsorpsi dengan kabon aktif, mencakup kondisi proses, tingkat

penyisihan dan kualitas hasil olahan yang dapat dicapai. Meskipun teknik penyisihan logam

berat dengan metode presipitasi dan adsorbsi telah banyak dikenal, tetapi informasi dari

penelitian ini dapat bermanfaat dalam pengelolaan limbah cair laboratorium.

1.2 Tujuan

a. Menentukan laju alir optimum pada proses absorpsi limbah cair laboratorium oleh

karbon aktif.

b. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap pH.

c. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap kekeruhan.

d. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap TDS.

e. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap DHL.

1.3 Ruang Lingkup

a. Air baku sampel yang digunakan dalam proses absorpsi adalah limbah cair

Laboratorium Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

b. Adsorben yang digunakan adalah karbon aktif.

c. Percobaan dilakukan di Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Jurusan Teknik

Kimia Politeknik Negeri Bandung.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Limbah Cair Laboratorium

Polutan yang banyak mendapat perhatian dalam pengelolaan lingkungan adalah

logam berat. Pembuangan limbah terkontaminasi oleh logam berat ke dalam sumber air

bersih (air tanah atau air permukaan) menjadi masalah utama pencemaran karena sifat toksik

dan tak terdegradasi secara biologis (non biodegradable) logam berat. Jenis logam berat yang

tergolong memiliki tingkat toksisitas tinggi antara lain adalah Hg, Cd, Cu, Ag, Ni, Pb, As, Pb,

As, Cr, Sn, Zn, dan Mn [1-3]. Salah satu sumber polutan logam berat adalah limbah cair

laboratorium, misalnya limbah cair dari residu analisis parameter chemical oxygen demand

(COD).

Limbah cair ini memiliki nilai pH ekstrem rendah (∼1,4) dan kadar logam berat

terlarut sangat tinggi (konsentrasi Hg: 77,6-392 mg/L). Limbah cair ini hingga saat ini belum

mendapat perhatian yang memadai. Dari sisi jumlah, limbah cair yang dihasilkan oleh suatu

laboratorium umumnya memang relatif sedikit, akan tetapi limbah cair ini tercemar berat oleh

berbagai jenis bahan kimia toksik. Secara kolektif dan dalam kurun waktu yang lama dapat

berdampak nyata pada lingkungan apabila tidak dikelola secara memadai. Karena sifatnya,

limbah laboratorium tergolong dalam kategori limbah bahan berbahaya dan beracun/B3 dan

memerlukan penanganan secara khusus. Akan tetapi, dalam prakteknya limbah cair

laboratorium hingga saat ini belum dikelola sesuai dengan persyaratan yang berlaku. Limbah

cair laboratorium sering dibuang langsung ke saluran drainase tanpa pengolahan yang

memadai.

Karakteristik limbah yang akan diadsorpsi

2.2 Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas)

terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film (lapisan tipis) pada

permukaan padatan tersebut. Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi

terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana

terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya.

Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya :

Macam adsorben

Macam zat yang diadsorpsi (adsorbate)

Luas permukaan adsorben

Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate)

Temperatur

Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun

gas) pada proses adsorpsi. Umumnya adsorben bersifat spesifik, hanya menyerap zat tertentu.

Dalam memilih jenis adsorben pada proses adsorpsi, disesuaikan dengan sifat dan keadaan

zat yang akan diadsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat

dalam larutan adalah arang aktif.

Mekanisme adsorpsi

Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang

ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan

kimia-fisika antara substansi dengan penyerapanya. Proses perlekatan dapat saja terjadi

antara cairan dan gas, padatan, atau cairan lain.

Adsorpsi fisik terjadi karena adanya ikatan Van der waals, dan bila ikatan tarik antar

molekul zat terlarut dengan zat penyerapnya lebih besar dari ikatan antara molekul zat

terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan dapat diadsorpsi (Reynold, 1982).

Sedangkan adsorpsi kimia merupakan hasil dari reaksi kimia antara molekul adsorbat

dan adsorban dimana terjadi pertukaran elektron (Benefield, 1982).

Adsorpsi terhadap air buangan mempunyai tahapan proses seperti berikut (Benefield, 1982):

1. Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorban.

2. Difusi adsorbat melalui lapisan film (film diffusion).

3. Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorban (proses pore diffusion)

4. Adsorbsi adsorbat pada permukaan adsorban.

2.3 Arang aktif

Arang aktif adalah bahan berupa karbon bebas yang masing-masing berikatan secara

kovalen atau arang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui proses aktifasi,

sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian mempunyai daya serap yang besar

terhadap zat-zat lainnya, baik dalam fase cair maupun dalam fase gas. Dengan demikian,

permukaan arang aktif bersifat non-polar. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan,

dimana semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar.

Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Komposisi arang aktif terdiri dari silika

(SiO2), karbon, kadar air dan kadar debu.

Faktor yang menyebabkan adanya daya serap dari arang aktif adalah :

1. Adanya pori-pori mikro yang jumlahnya besar pada arang aktif sehingga

menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.

2. Adanya permukaan yang luas (300 – 3500 cm2/gram) pada arang aktif sehingga

mempunyai kemampuan daya serap yang besar.

Menurut SII No.0258-79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang

tercantum pada tabel dibawah ini :

JENIS PERSYARATAN

Bagian yang hilang pada pemanasan 950°C Maks. 15%

Air Maks. 10%

Abu Maks. 2,5%

Bagian yang tidak diperarang Tidak nyata

Daya serap terhadap larutan Min. 20%

2.4 Mekanisme adsorpsi pada arang aktif

1. Adsorpsi Fisika

Adsorpsi fisika terjadi berdasarkan ikatan fisika antara zat-zat dengan arang aktif dalam

keadaan suhu rendah dengan penyerapan relative kecil.

2. Adsorpsi Kimia

Adsorpsi kimia terjadi berdasarkan ikatan kimia antara adsorben (arang aktif) dengan zat-

zat teradsopsi. Dijelaskan pula bahwa bahan dalam larutan yang bersifat elektrolit akan

diserap lebih efektif dalam suasana basa oleh arang aktif. Sedangkan bahan dalam larutan

yang bersifat non elektrolit penyerapan arang aktif tidak dipengaruhi oleh sifat keasaman

atau sifat kebasaan larutan.

Faktor yang mempengaruhi adsorpsi

Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorpsi adalah agitasi, karakteristik karbon

akitif, ukuran molekul adsorbat, pH larutan, temperatur dan waktu kontak (Benefield, 1982).

1. Agitasi

Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film

dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan terbatas.

2. Karakteristik karbon Aktif

Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik terpenting dari karbon aktif

sebagai adsorban. Ukuran partikel karbon mempengaruhi tingkat adsorpsi yang terjadi ;

tingkat adsorpsi meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel. Tingkat adsorpsi untuk

karbon aktif powder lebih cepat dari pada granular. Total kapasitas adsorpsi tergantung

pada total luas permukaan dimana ukuran partikel karbon tidak berpengaruh besar pada

total luas permukaan karbon.

3. Ukuran molekul Adsorbat

Ukuran molekul merupakan bagian yang penting dalam adsorpsi karena molekul harus

memasuki micropore dari partikel karbon untuk diadsorpsi. Tingkat adsorpsi biasanya

meningkat seiring dengan semakin besarnya ukuran molekul dari adsorbat.

4. pH

pH mempunyai pengaruh yang sangat besar pada proses adsorpsi, karena pH menentukan

tingkat ionisasi larutan. Asam organik dapat diadsorpsi dengan mudah pada pH rendah,

sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi. Pada umumnya, adsorpsi bahan

organik dari air limbah meningkat seiring dengan menurunnya pH (Culp,RL dan Culp,

GL, 1986). Pada pH rendah, jumlah ion H+ lebih besar; dimana ion H+ tersebut akan

menetralisasi permukaan karbon aktif yang bermuatan negatif, sehingga dapat

mengurangi halangan untuk terjadinya difusi organic pada pH yang lebih tinggi.

Sebaliknya, pada pH tinggi, jumlah ion OH- berlimpah, sehingga menyebabkan proses

difusi bahan-bahan organik menjadi terhalang (RaniSahu,www.GISdevelopment.net). pH

optimum untuk proses adsorpsi harus didapat dari tes laboratorium.

3. Suhu

Tingkat adsorpsi akan meningkat dengan meningkatnya suhu dan akan menurun dengan

menurunnya suhu. Tapi jika reaksi-reaksi adsorpsi yang terjadi adalah eksoterm, maka

dari itu tingkat adsorpsi umumnya meningkat sejalan dengan menurunya suhu.

4. Waktu Kontak

Waktu kontak merupakan hal yang sangat menentukan dalam proses adsorpsi. Gaya

adsorpsi molekul dari suatu zat terlarut akan meningkat apabila waktu kontaknya dengan

karbon aktif makin lama. Waktu kontak yang lama memungkinkan proses difusi dan

penempelan molekul zat terlarut yang teradsorpsi berlangsung lebih baik.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

1. Turbidimeter

Turbidimeter merupakan alat yang digunakan untuk menguji kekeruhan, yang

biasanya dilakukan pengujian adalah pada sampel cairan. PrinsipAlat akan

memancarkan cahaya pada media atau sampel, dan cahaya tersebut akan diserap,

dipantulkan atau menembus media tersebut. Cahaya yang menembus media akan

diukur dan ditransfer kedalam bentuk angka. Jenis turbidimeter yang digunakan adalah

portable turbidimeter, dimana terdapat tabung cell yang berfungsi sebagai tempat

pengukurannnya.

Gambar 3.1.1 Alat turbidimeter

2. pH meter

Pada prinsipnya pengukuran suatu pH adalah didasarkan pada  potensial

elektro kimia yang terjadi antara larutan yang terdapat didalam elektroda gelas

(membrane gelas) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat diluar elektroda

gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca

akan berinteraksi dengan ion hydrogen yang ukurannya relative kecil dan aktif,

elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hydrogen

atau diistilahkan dengan potential of hydrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik

dibutuhkan suatu elektroda pembanding.

Gambar 3.1.2 pH meter

3. Conduktivity meter

Alat ini berfungsi untuk mengukur konduktifitas cairan dengan kemampuan

pengukuran dari 0.1 μS/cm hingga 199.9 mS/cm.

Gambar 3.1.3 conduktivity meter

3.1.2 Bahan

Nama Bahan

Karbon AktifAir sungai

3.2 Cara Kerja

3.2.1 Backwash Arang Aktif

Buka keran outlet dari menara, dan

hubungkan dengan selang air

Nyalakan air keran, dan biarkan sampai memenuhi menara

Lakukan backwash selama 15 menit

Tampung air backwash

3.2.2 Proses Adsorpsi

Mengukur pH , TDS, DHL dan NTU dari

efluen

Mengambil air hasil adsorpsi tiap 5

menit sekali

Mengalirkan air limbah kedalam kolom unggun

Membuka kran outlet bak umpan ¼

putaran

Membuka kran outlet bak umpan ¼

putaran

Mengisi bak umpan dengan air sungai

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN