universitas indonesia identifikasi laju reaksi … universitas indonesia. identifikasi laju reaksi...

UNIVERSITAS INDONESIA

IDENTIFIKASI LAJU REAKSI PENYISIHAN LINEAR

ALKYLBENZENE SULFONAT, AMONIA, BESI, DAN MANGAN

MELALUI PROSES HIBRIDA OZONASI DAN TEKNOLOGI MEMBRAN

SKRIPSI

ARDHIAN SOLICHIN

0806367815

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

DEPOK

JUNI 2011

Identifikasi laju..., Ardhian Solichin, FT UI, 2011

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

Nama : Ardhian Solichin

NPM : 0806367815

Tanda Tangan :

Tanggal : Juni 2011


KATA PENGANTAR

Bismillahirahmanirrahim

Puji syukur saya panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan

karuniaNya sehingga penyusunan skripsi yang berjudul “Indentifikasi Laju Reaksi

Penyisihan Linear Alkylbenzene Sulfonat, Amonia, Besi dan Mangan Melalui

Proses Hibrida Ozonasi dan Teknologi Membran” dapat terselesaikan dengan

baik. Penyusunan skripsi ini adalah salah satu dari tugas akhir yang harus

dilakukan untuk memenuhi persyaratan dalam penyelesaian pendidikan Strata

Satu (S1) di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Saya menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak dapat terselesaikan

dengan baik tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada

kesempatan ini, saya menguncapkan terima kasih kepada:

1. Ibu Eva Fathul Karamah, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang begitu

sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingannya serta telah

mengorbankan waktu dan tenaga dalam penyusunan skripsi ini.

2. Kedua orang tua dan keluarga saya yang telah banyak memberikan support

kepada saya.

3. Teman-Teman angkatan 2008, yang banyak membantu dalam menyelesaikan

skripsi ini.

4. Serta pihak-pihak lain yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu-

persatu dan terutama kepada wiji suryandari atas doa, cinta, dan

dukungannya.

Semoga Allah memberikan imbalan serta amal baik atas budi luhur Bapak/Ibu

tersebut diatas.

Saya menyadari bahwa dalam skripsi ini terdapat banyak kekurangan, untuk itu

saya sangat membutuhkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhirnya, saya

berharap agar dimasa yang akan datang tesis ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang

membutuhkan.

Depok, Juni 2011

Ardhian Solichin


HALAMAN PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademis Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Ardhian Solichin

NPM : 0806367815

Program Studi : Teknik Kimia

Departemen : Teknik Kimia

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Nonekslusif (Non-exclisive Royalty Free Right)

atas karya ilmiah saya yang berjudul:

Indentifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkylbenzene Sulfonat, Amonia, Besi

dan Mangan Melalui Proses Hibrida Ozonasi dan Teknologi Membran

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Nonekslusif ini

Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam

bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada Tanggal : Juni 2011

Yang menyatakan

(Ardhian Solichin)


ABSTRAK

Nama: Ardhian Solichin

Judul : Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene

Sulfonat, Amonia, Besi, dan Mangan Melalui Proses Hibrida

Ozonasi dan Teknologi Membran

Salah satu metode pengolahan air konsumsi terhadap pencemaran organik ataupun logam

terlarut adalah dengan metode hibrida gabungan ozonasi dan filtrasi dengan membran.

Ozonasi digunakan untuk mengurangi fouling pada membran, selain itu juga ozonasi

digunakan sebagai pretreatment awal untuk meningkatkan kerja filtrasi membran seperti

meningkatkan suhu. Membran digunakan untuk menyaring limbah atau bahan pencemar

pada air. Untuk mengetahui besarnya reaksi penyisihan limbah dapat dilihat pada nilai

konstanta laju reaksi tersebut. Dari percobaan dilakukan sebanyak 3 tingkat maka nilai

konstanta reaksi untuk masing masing limbah adalah 1,59 x 10-9

mol/s, 1,56 x 10-9

mol/s,

dan 2,14 x 10-9

mol/s untuk LAS. 1,89 x 10-8

mol/s, 1,19 x 10-12

mol/s, dan 5,07 x 10-8

mol/s untuk Amonia. 3,34 x 10-10

mol/s, 1,67 x 10-10

mol/s, dan 9,71 x 10-9

mol/s untuk

mangan. 1,38 x 10-8

mol/s, 2,95 x 10-8

mol/s, 9,43 x 10-7

mol/s untuk besi.

Kata kunci : Ozonasi, fouling, filtrasi membran, hibrida.


DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii

HALAMAN PENGESAHAN iii

KATA PENGANTAR iv

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH v

ABSTRAK vi

DAFTAR ISI vii

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

1. PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 5

1.3 Tujuan Penelitian 5

1.4 Batasan Masalah 5

1.5 Sistematika Penelitian 6

2. TINJAUAN PUSATAKA 7

2.1 Besi (Fe) 7

2.2 Mangan (Mn) 9

2.3 Amonia (NH3) 10

2.4 Linier Alkil Benzen Sulfonat (LAS) 12

2.5 Kinetika Reaksi Langsung Ozon 14

2.6 Penerapan Kinetika Kimia 15

2.7 Penentuan Model Kinetika Empiris dengan Hukum Pangkat Sederhana 16

3. METODE PENELITIAN 18

3.1 Diagram Alir Penelitian 18

3.2 Rancangan Penelitian 19

3.2.1 Study Literatur 20

3.2.2 Pengumpulan Data 20

3.2.3.Penentuan Persamaan Kinetika 20


Halaman

3.2.4 Validasi 21

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 22

4.1 Deskripsi Proses 22

4.2 Karakteristik Data 23

4.2.1 Penyisihan Logam Besi (Fe) 24

4.2.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn) 26

4.2.3 Penyisihan Logam Ammonia (NH3) 27

4.2.4 Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat (LAS) 29

4.3 Penyisihan Amonia, LAS, Besi dan Mangan secara campuran 30

4.3.1 Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran 31

4.3.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran 33

4.3.3 Penyisihan Ammonia (NH3) Campuran 35

4.3.4 Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat Campuran 37

4.4 Identifikasi Laju Reaksi Dari Grafik Kinetika Reaksi 39

4.4.1 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe) 40

4.4.2 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn) 41

4.4.3 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Ammonia (NH3) 47

4.4.4 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear

Alkilbenzene Sulfonat 51

4.4.5 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran 55

4.4.6 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam

Mangan (Mn) Campuran 58

4.4.7 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Ammonia (NH3) Campuran 61

4.4.8 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene

Sulfonat Campuran 63

5. KESIMPULAN 67

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sifat Fisika Besi 9

Tabel 2.2 Sifat Fisik Mangan 10

Tabel 2.3 Sifat Fisika Amonia 11

Tabel 2.4 Sifat – Sifat Fisika LAS 13

Tabel 4.1 Data penyisihan logam besi 25

Tabel 4.2 Data penyisihan logam mangan (Mn) 26

Tabel 4.3 Data penyisihan ammonia 28

Tabel 4.4 Data penyisihan LAS 29

Tabel 4.5 Data Penyisihan Besi campuran 31

Tabel 4.6 Data Penyisihan Mangan campuran 33

Tabel 4.7 Data Penyisihan Amonia campuran 35

Tabel 4.8 Data Penyisihan LAS campuran 37

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan

Laju Reaksi pada Data Penyisihan Logam Besi 40


Laju Reaksi pada Data Penyisihan Logam Mangan (Mn) 44


Laju Reaksi pada Data Penyisihan Ammonia 48

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju

Reaksi pada Data Penyisihan LAS 51

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju

reaksi pada bahan pencemar campuran untuk logam besi 55


reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Mangan 58


reaksi pada bahan pencemar campuran untuk Ammonia 61


reaksi pada bahan pencemar campuran untuk LAS 64


DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur molekul LAS 13

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 18

Gambar 4.1 Skema Unit pengolahan Air Proses Oksidasi Lanjut

(Ozonasi dan Kavitasi hidrodinamik) dan Filtrasi 23

Gambar 4.2 Grafik Persentase Penyisihan Logam Besi 25

Gambar 4.3 Grafik Persentase Penyisihan Mangan 27

Gambar 4.4 Grafik Persentase Penyisihan Ammonia 28

Gambar 4.5 Grafik Persentase Penyisihan LAS 30

Gambar 4.6 Grafik Persentase Penyisihan Besi Campuran 32

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan persentase penyisihan logam

besi data tunggal dan campuran 32

Gambar 4.8 Grafik Persentase Penyisihan Mangan Campuran 34

Gambar 4.9 Grafik perbandingan persentase penyisihan Mangan

data tunggal dan data campuran 34

Gambar 4.10 Grafik Persentese Penyisihan Amonia Campuran 36

Gambar 4.11 Grafik perbandingan persentase penyisihan Amonia pada

bahan pencemar tunggal dengan bahan pencemar campuran 36

Gambar 4.12 Grafik Persentese Penyisihan LAS Campuran 38

Gambar 4.13 Grafik perbandingan persentase penyisihan LAS pada

pencemar tunggal dan campuran 38

Gambar 4.14 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses

Penyisihan Logam Besi 41

Gambar 4.15 Hasil linearisasi pada orde (n=3/2) untuk penyisihan

logam besi 42


Penyisihan Mangan 46

Gambar 4.17 Hasil Kinetika reaksi orde (n=0) pada penyisihan Mangan 47


Halaman


Penyisihan Ammonia 50

Gambar 4.19 Hasil Linearisasi pada orde (n=5/2) untuk penyisihan

Ammonia 50


Penyisihan LAS 53

Gambar 4.21 Hasil Linearisasi pada orde 0 untuk penyisihan LAS 54

Gambar 4.22 Hasil Linearisasi pada orde (n=1) untuk penyisihan

logam besi campuran 57

Gambar 4.23 Hasil Linearisasi pada orde (n=0) untuk penyisihan

logam mangan campuran 60

Gambar 4.24 Hasil Linearisasi pada orde nol (n=0) pada penyisihan

Ammonia campuran 63

Gambar 4.25 Hasil Linearisasi pada orde 1 (n=1) untuk penyisihan

LAS campuran 66


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Setiap mahluk hidup di bumi sangat membutuhkan air untuk keberlangsungan

hidupnya, tidak terkecuali bagi manusia. Sekitar 70 % dari berat tubuh manusia terdiri

dari air. Kegunaan air bagi tubuh, di antaranya sebagai bahan pembentukan sel, bahan

pembawa, pengatur suhu, pelarut, pereaksi, pelumas dan sebagai bantalan/adsorber

(Bekti, 2009). Dengan begitu besarnya kegunaan air bagi tubuh tersebut, maka

mengkonsumsi air dengan kuantitas yang cukup serta kualitas yang baik diperlukan oleh

setiap manusia.

Umumnya untuk memenuhi kebutuhan air minum, masyarakat menggunakan air

dalam kemasan (termasuk air isi ulang), air dari PDAM maupun air tanah. Namun,

karena harga air dalam kemasan yang semakin tinggi serta masih belum dapatnya PDAM

melayani seluruh kebutuhan air minum masyarakat, maka sebagian masyarakat masih

menggantungkan sumber air minumnya pada air tanah.

Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik (2008) DKI Jakarta, persentase

banyaknya rumah tangga dan sumber air minum yang digunakan di Jakarta yaitu : air

kemasan 49,01 %, ledeng (PDAM) 25,29 %, air tanah (baik dengan sumur pompa, sumur

terlindung maupun tidak terlindung) 24,89 %, dan lainnya 0,81 %. (Awaludin, 2007)

Air minum yang layak konsumsi harus memenuhi persyaratan fisik, kimia,

mikrobiologi dan radioaktif. Namun akibat banyaknya air tanah yang telah tercemar oleh

limbah domestik serta limbah industri, menyebabkan air tanah sering kali tidak

memenuhi baku mutu untuk air minum terutama jika dilihat dari parameter kimia.

Berdasarkan data dari Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (2006)

Provinsi DKI Jakarta, pemantauan yang dilakukan pada 75 sumur memperlihatkan bahwa

persentase sumur yang sudah melebihi baku mutu air bersih untuk parameter besi dan

mangan yaitu masing-masing sebesar 13% dan 43%. Pemantauan lain yang dilakukan

oleh BPLHD pada tahun 1996 terhadap 60 sumur dangkal di setiap kota administrasi


Jakarta, menunjukkan bahwa persentase sumur yang melebihi baku mutu air minum

untuk parameter amonia dan detergen yaitu masing-masing sebesar 19,67% dan 47,67%

(BPPT, n.d 2007).

Menurut Keputusan Menteri Kesehatan Nomor 907 Tahun 2002, kandungan

maksimum besi yang diperbolehkan untuk air minum adalah sebesar 0,3 mg/L, mangan

0,1 mg/L, amonia 1,5 mg/L, LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonat, sebagai surfaktan pada

deterjen) sebesar 0,05 mg/L. Kandungan besi yang berlebih pada air minum dapat

menyebabkan efek jangka pendek (akut) bagi yang mengkonsumsinya seperti iritasi

terhadap tenggorokan saluran pernafasan dan hidung serta efek jangka panjang (kronis)

seperti gangguan pada hati, sistem kardiovaskular, saluran pernafasan atas, pankreas

(Iron Metal MSDS, n.d. 2007). Mangan dalam jumlah yang melebihi baku mutu juga

dapat menyebabkan iritasi terhadap tenggorokan (akut) dan gangguan pada paru-paru,

otak, darah, sistem saraf pusat (kronis) (Manganese MSDS, n.d. 2007). Sedangkan

kandungan amonia yang berlebih pada tubuh manusia dapat mengakibatkan mual,

muntah dan pingsan (MSDS Anhydrous Ammonia, n.d. 2007). Linear Alkylbenzene

Sulfonat dapat menyebabkan kerusakan parah dan permanen pada saluran pencernaan,

luka bakar pada saluran pencernaan, muntah, dan diare (MSDS LAS, n.d. 2007). Oleh

karena itu, untuk menghindari efek negatif seperti yang dijelaskan diatas, maka sumber

air minum yang mengandung bahan kimia (seperti : besi, mangan, amonia dan LAS)

perlu diolah terlebih dulu sebelum dikonsumsi oleh manusia.

Pada umumnya metode pengolahan air yang digunakan untuk menyisihkan bahan

pencemar pada sumber air minum adalah dengan metode kimia, fisika maupun kombinasi

dari keduanya. Metode fisika dapat dilakukan dengan cara filtrasi, aerasi, pertukaran ion

(ion exchange), flotasi maupun adsorpsi. Sedangkan metode kimia dapat dengan cara

klorinasi, ozonasi, koagulasi serta flokulasi.

Teknologi membran merupakan salah satu teknologi alternatif dalam pengolahan

air limbah. Keunggulan teknologi membran dibandingkan dengan pengolahan

konvensional di antaranya adalah energi yang digunakan relatif rendah untuk operasi dan

pemeliharaan, peralatannya modular sehingga mudah di-scale up, tidak memerlukan

kondisi ekstrem (temperatur dan pH), tidak memerlukan bahan kimia dan tidak

menghasilkan limbah tambahan, serta mudah dikombinasikan dengan proses lain


(Budiyono & Buchori, 2007; Wenten, 1996; Fane, n.d). Namun membran juga memiliki

kekurangan, yaitu mudah mengalami fouling (penyumbatan) baik di dalam maupun di

luar dari pori membran. Terjadinya fouling akan menyebabkan penurunan fluksi permeat

dan menurunkan efisiensi ekonomi dari plant pengolahan air. Fouling dapat terjadi

karena adanya pertumbuhan biologis oleh bakteri maupun mikroorganisme, adsorpsi

organik pada permukaan membran serta endapan material koloid. Fouling yang

disebabkan oleh pertumbuhan biologis dapat dicegah dengan penambahan disinfektan,

sedangkan fouling yang terjadi akibat material koloid dan senyawa organik dapat dicegah

dengan perlakuan awal (pretreatment) (Manis et al., 2006).

Salah satu metode perlakuan awal yang biasa digunakan untuk membran adalah

dengan ozonasi. Ozonasi merupakan teknologi yang ramah terhadap lingkungan, instalasi

pengolahannya tidak membutuhkan tempat yang luas, proses pengolahannya relatif cepat,

tidak memerlukan pemakaian bahan kimia lain serta dapat membentuk radikal hidroksida

(OH•) yang merupakan oksidator terkuat dalam air hasil dari dekomposisi ozon (Bismo,

1998). Namun ozon memiliki kelarutan dan stabilitas ozon dalam air yang relatif rendah

(I. Oyane et al., 2005; Gunten, 2003a).

Advanced Oxidation Procecces (AOPs) merupakan pengolahan limbah cair yang

memanfaatkan radikal hidroksil yang tebentuk dengan cara oksidasi dengan

menggunakan gas ozon yang dikombinasikan dengan proses lain seperti sinar ultraviolet,

peroksida, ataupun kavitasi. Pada proses oksidasi lanjut, teknik berikut digunakan seperti:

proses berbasis H2O2 (H2O2 + UV, Fenton, photo-Fenton dan proses Fenton lainnya),

fotolisis, fotokatalisis, proses berbasis ozon (O3, O3 + UV dan O3 + katalis) (Pera-Titus

dkk, 2003).

Teknologi oksidasi lanjut berbasis ozon dilakukan karena proses ini bersifat

sebagai oksidator. Selain itu, ozon mudah terdekomposisi menjadi senyawa-senyawa

yang jauh lebih reaktif yaitu radikal OH dan akan bereaksi dengan senyawa-senyawa lain

yang tidak dapat bereaksi dengan ozon. Teknologi oksidasi lanjut berbasis ozon juga

efektif digunakan dalam pengolahan air yang mengandung komponen organik yang sulit

untuk dihilangkan.


Kekurangan dari proses ini adalah kelarutan dan stabilitasnya ozon di air yang

rendah dengan cepat terdekomposisi menjadi oksigen. Pada proses ozonasi, laju reaksi

kimia total dipengaruhi oleh kinetika reaksi dan perpindahan massa. Laju perpindahan

massa ozon dapat ditingkatkan dengan memperbesar luas permukaan kontak melalui

penggunaan gelembung dengan diameter yang lebih kecil tau disebut gelembung mikro.

Fenomena kavitasi dapat memaksimalkan kinerja ozon. Hal inilah yang membuat

teknologi oksidasi lanjut berbasis ozonasi dan kavitasi merupakan teknologi alternatif

yang dapat dimanfaatkan untuk pengolahan air.

Proses pengolahan air minum dengan menggunakan metode hibrida ozonasi –

membran telah banyak dilakukan sebelumnya. Antara lain yaitu dengan menggunakan

kombinasi proses ozonasi dan membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dari bahan keramik

terbukti mampu mengurangi fouling (Sclichter, et al., 2003). Penelitian lainnya juga

telah dilakukan dengan ozonasi gelembung mikro untuk menyisihkan logam besi (Fe),

Mangan (Mn), Amonia (NH3), dan linear alkilbenzene sulfonat (LAS) (Nofi Rahmawati

A.R.S. 2011). Penelitian ini hanya sebatas melakukan penelitian tentang kemampuan

proses hibrida ozonasi-membran dalam menyisihkan senyawa polutan dalam air tanpa

menjelaskan identifikasi laju reaksi penyisihan tersebut.

Oleh karena itu, diperlukan adanya suatu pengembangan aplikasi dari data yang

dihasilkan dari penelitian tersebut untuk menggambarkan kinetika reaksi penyisihan yang

terjadi, yaitu dengan cara melakukan identifikasi laju reaksi. Identifikasi laju reaksi yang

akan dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggaplikasikan data yang dihasilkan

dari penelitian sebelumnya ke dalam suatu persamaan kinetika empiris. Tujuannya adalah

untuk menentukan parameter kinetika seperti konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang

terjadi selama proses penyisihan polutan. Dengan cara ini, diharapkan dapat memberikan

suatu gambaran mengenai laju reaksi penyisihan polutan dalam air.


1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana gambaran

fenomena kinetika berdasarkan identifikasi laju reaksi dalam reaksi penyisihan polutan

dalam air yang meliputi penentuan konstanta laju reaksi dan orde reaksi dari suatu model

kinetika empiris yang dihasilkan dari pengaplikasian data dari penelitian sebelumnya

dengan pendekatan matematis.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kinerja unit pengolahan air dengan

Proses Oksidasi Lanjut (ozonasi/kavitasi hidrodinamik) dan filtrasi membran keramik

dalam menyisihkan besi, mangan, amonia dan LAS (secara terpisah maupun bersana)

berdasarkan pengkajian laju reaksi.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah adalah sebagai berikut :

1. Data yang diperoleh berdasarkan hasil penelitian tesis (Rahmawati, 2011 )

dengan judul Oksidasi Lanjut dan Filtrasi Membran Keramik untuk

Penyisihan Besi, Mangan, Amonia dan Linear Alkylbenzene Sulfonate dari

Air Tanah.

2. Data berupa nilai penyisihan konsentrasi terhadap waktu dengan bahan

polutan yaitu besi, mangan, amonia, dan LAS. Penyisihan dilakukan

secara bertingkat tiga (yaitu: retentate hasil filtrasi dimasukkan lagi ke

dalam reservoir untuk diproses kembali, recycle terhadap retentate

dilakukan 2 kali), baik dengan data penyisihan tunggal maupun campuran.

3. Hasil data yang diperoleh diolah dengan menggunakan persamaan hukum

pangkat sederhana berdasarkan variasi orde reaksi yang ditentukan. Orde

reaksi yang digunakan yaitu 0, 1/2 , 1 , 3/2 , 2 , dan 5/2.


4. Proses validasi terhadap persamaan yang diperoleh dilakukan dengan

metode linearisasi. Persamaan yang paling sesuai dengan kinetika laju

reaksi dilihat dari nilai regresi linear ( R2) yang mendekati satu.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada tesis ini adalah sebagai berikut:

BAB 1 PENDAHULUAN

Berisikan latar belakang permasalahan, rumusan masalah, tujuan penelitian,

batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan tentnang teori kinetika umum, teori kinetika ozonasi dan aplikasi

kinetika.

BAB 3 METODE PENELITIAN

Berisikan tentang metode penelitian

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi hasil yang diperoleh dalam penelitian dan pembahasannya.

BAB 5 KESIMPULAN

Berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Pembahasan bab ini terbagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu: pembahasan

mengenai karaktersistik besi, mangan, amonia, LAS, Kinetika Reaksi Langsung Ozon,

Penerapan Kinetika Kimia, dan Penentuan Model Kinetika

2.1 Besi (Fe)

Besi adalah salah satu logam berat yang berlimpah pada kerak bumi. Terdapat

secara alami di dalam air dalam bentuk terlarut sebagai senyawa ferro atau besi-II (Fe2+

);

ferri atau besi-III (Fe3+

); tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 mm) atau lebih

besar, seperti Fe(OH)3; dan tergabung dengan zat organik atau zat padat yang anorganik

(seperti tanah liat dan partikel halus terdispersi). Senyawa besi-II dalam air yang sering

dijumpai di alam adalah FeO, FeSO4, FeSO4.7H2O, FeCO3, Fe(OH)2, dan FeCl2.

Sedangkan senyawa besi-III yang sering dijumpai adalah FePO4, Fe2O3, FeCl3, Fe(OH)3.

Kandungan besi pada air juga dapat berasal dari industri, pertambangan, korosi logam

dan lain-lain (Lenore et al., 2005; Said, 2003; Lenntech, n.d).

Kandungan zat besi pada air permukaan relatif rendah yakni kurang dari 1 mg/L,

sedangkan konsentrasi besi pada air tanah bervariasi mulai dari 0,01 mg/L sampai dengan

± 25 mg/L. Pada air tanah yang tidak mengandung oksigen (O2), umumnya besi

berada dalam bentuk terlarut (Fe2+

), sedangkan pada air sungai yang mengalir dan

terjadi aerasi, Fe2+

teroksidasi menjadi Fe3+

yang sulit larut dalam air pada pH 6 sampai 8

(kelarutan hanya di bawah beberapa mg/L), bahkan dapat menjadi ferihidroksida

Fe(OH)3, atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa mengendap.

Masalah utama yang ditimbulkan akibat adanya kandungan besi yang tinggi pada

air adalah mengenai estetika air. Kandungan besi dalam air akan memberikan warna

karat pada air, menimbulkan noda berwarna coklat kemerahan pada pipa ledeng, porselin,

piring maupun pakaian serta memberikan rasa logam sehingga tidak enak jika

dikonsumsi.

Ada banyak metode yang dapat digunakan untuk menyisihkan logam besi dalam

air. Seperti dengan aerasi, namun penggunaan aerasi sebagai satu-satunya cara untuk

oksidasi besi umumnya tidak dianjurkan, karena laju oksidasi besi secara kinetika lambat


dan dipengaruhi oleh pH. Selain itu juga, penggunaan gas klor (Cl2) saat ini dihindari

karena dapat berpotensi menghasilkan Trihalometan (THMs), organo-klorida lainnya,

atau bahkan dioksin yaitu senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik dan mutagenik

akibat adanya reaksi antara senyawa-senyawa organik berhalogen dalam air baku dengan

gas klor (Vercellotti, 1988).

Potasium permanganat juga telah banyak digunakan untuk mengoksidasi besi dan

mangan. Umumnya penggunaan potasium permanganat diikuti dengan penambahan

bahan kimia yaitu dengan filter manganese green sand (pasir mangan). Namun metode

tersebut memiliki kelemahan yaitu biaya bahan kimia yang tinggi dan kerusakan filter

ketika pH dibawah 7 (Hoigne' et al, 1985). Hoigné dkk (1985), menggunakan ozon untuk

mengoksidasi besi dengan pH larutan awal 7, dimana besi dapat teroksidasi secara

sempurna hanya dalam waktu kurang dari 2 menit.

Resin pertukaran ion (ion exchanger) dapat digunakan untuk menyisihkan ion-ion

logam (senyawa anorganik) dari air minum termasuk besi dan mangan, namun

pembentukan oksida logam tidak terlarut dapat menurunkan kinerja resin pertukaran ion

(Vaaramaa & Lehto, 2003).

Kwang-Ho Choo dkk (2005), melakukan penelitian menggunakan gas klorasi

diikuti dengan membran ultrafiltrasi (UF) untuk menyisihkan besi (1 mg/L) dan

mangan (0,5 mg/L). Hasilnya, penyisihan besi dalam jumlah besar dapat tercapai

meskipun tanpa menggunakan gas klor, karena dengan oksigen terlarut saja sudah

mampu mengoksidasi ferro (besi terlarut) menjadi ferri (endapan zat besi) yang kemudian

akan dihilangkan dengan membran UF. Jumlah penyisihan mangan dapat diabaikan

dengan tidak adanya gas klor, tapi dengan penambahan gas klor efisiensi penyisihan

mangan meningkat tajam dan mencapai lebih dari 80% (kurang dari 0,1 mg/L) dengan

dosis gas klor sekitar 3 mg/L sebagai Cl2. Hasil memperlihatkan bahwa endapan material

oleh oksidasi (ferrihidrat) dapat berperan dalam menghilangkan NOM dan kekeruhan dari

air dengan cara menyerapnya (sorption).

Besi dapat membentuk larutan kompleks dengan zat organik (seperti : jenis asam humic

dan asam fulvic) yang terdapat pada air permukaan atau air tanah. Bentuk larutan

kompleks tersebut dimungkinkan tidak dapat teroksidasi menjadi bentuk tidak terlarut

(insoluble) tanpa menggunakan oksidan kuat (Vaaramaa & Lehto, 2003).


Besi (Fe) adalah logam berwarna putih keperakan, liat dan dapat dibentuk. Fe di

55,85 g.mol-1

, nomor atom 26, berat jenis 7.86g.cm-3

. Untuk lebih lengkapnya sifat fisika

untuk besi dapat dilihat pada Tabel 2.1. dibawah ini :

Tabel 2.1. Sifat Fisika Besi

Sifat Fisika Nilai

Massa jenis (g/cm3) 7,86

Titik leleh (oC) 1.538

Titik didih (oC) 2.861

Kalor peleburan (kJ/mol) 13,81

Kalor penguapan (kJ/mol) 340

Kapasitas kalor (J/mol K) 25,1

Sumber : Iron. (n.d). http://en.wikipedia.org/wiki/Iron

2.2 Mangan (Mn)

Mangan merupakan salah satu logam yang banyak dijumpai di kulit bumi dan

sering terdapat bersama besi. Mangan terlarut dalam air tanah dan air permukaan yang

miskin oksigen. Mangan bisa membentuk oksida yang tidak larut dan menghasilkan

endapan bila terpapar dengan oksigen, sehingga menimbulkan masalah berupa

penampilan fisik air yang mengganggu.

Mangan digunakan dalam campuran baja, industri pigmen, las, pupuk, pestisida,

keramik, elektronik, dan alloy (campuran beberapa logam dan bukan logam, terutama

karbon), industri baterai, cat, dan zat tambahan pada makanan. Di alam jarang sekali

berada dalam keadaan unsur. Umumnya berada dalam keadaan senyawa dengan berbagai

macam tingkat oksidasi atau valensi. Di dalam hubungannya dengan kualitas air yang

sering dijumpai adalah senyawa mangan

dengan valensi 2, valensi 4, valensi 6. Mangan di dalam senyawa MnCO3, Mn(OH)2

mempunyai valensi dua, zat tersebut relatif sulit larut dalam air, tetapi untuk senyawa Mn

seperti garam MnCl2, MnSO4, Mn(NO3)2 mempunyai kelarutan yang besar di dalam air

(Lenore et al., 2005; Said, 2003; Crossgrove & Wei Zheng, 2004).

Umumnya untuk menyisihkan mangan, metode yang banyak digunakan adalah

dengan cara fisik-kimia, dengan mengoksidasi Mn2+

menjadi Mn4+

, yang kemudian


http://en.wikipedia.org/wiki/Iron

terbentuk presipitat/endapan dalam bentuk mangan dioksida (MnO2). Endapan tersebut

kemudian dipisahkan dari air dengan penyaringan.

Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu–abu keperakan yang merupakan unsur pertama

logam golongan VII-B, dengan berat atom 54.94 g.mol-1

, nomor atom 25, berat jenis

7,43g.cm-3

. Mangan termasuk logam berat dan sangat rapuh tetapi mudah teroksidasi.

Sifat fisika dari mangan dapat dilihat pada Tabel 2.2 di bawah ini.

Tabel 2.2 Sifat Fisik Mangan

Sifat Fisika Nilai

Massa Jenis (g/cm3) 7,21

Titik lebur (oK) 1519

Titik didih (oK) 2334

Kalor peleburan (kJ/mol) 12.91

Kalor penguapan (kJ/mol) 221

Kapasitas kalor (J/mol K) 26.32

Sumber : Manganese. (n.d). http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

2.3. Amonia (NH3)

Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini didapati

berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia

memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah

senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Amonia yang digunakan secara komersial

dinamakan amonia anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan

tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam

tekanan tinggi atau temperatur amat rendah.

Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani

dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. "Amonia rumah" atau amonium

hidroksida adalah larutan NH3 dalam air. Sifat fisika dari amonia bisa dilihat pada Tabel

2.1 berikut:

Tabel 2.3 Sifat Fisika Amonia

Rumus Molekul NH3


http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

Berat molekul 17,03 gram/g.mol

Titik didih -33,45 oC

Titik cair normal -77,7 oC

Temperatur kritis 207,5 oC

Tekanan kritis 111,3 atm

∆Hof -39,222 kJ/mol

Volume kritis 0,08040 m3/kg.mol

Warna dan sifat Tidak berwarna dan berbau tajam (khas amonia)

Fase Cair jenuh (30 oC; 11,5 atm)

Specific gravity 0,817 (-79 oC); 0,617 (15

oC)

Kelarutan dalam air (25 oC) 0,94%

(sumber : Hernawan, D, 2008)

Sedangkan sifat kimia dari senyawa amonia adalah sebagai berikut:

1. Amonia dapat membentuk campuran, mudah terbakar dengan udara pada

nilai ambang batas (16,25% volume).

2. Bahaya ledakan amonia akan semakin meluas apabila kontak dengan

oksigen pada temperatur serta tekanan tinggi di atmosfer.

3. Reaksi oksidasi-reduksi

2NH3 + O2 2NO + 3H2O (2.1)

Jika tanpa katalis

2NH3 + O2 N2 + 3H2O (2.2)

3CuO + 2NH3 3Cu + 3H2O + N2 (2.3)

4. Reaksi substitusi

Masuknya ion H+ dalam amonia, yang sering disebut ammonisasi.

NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH

- (2.4)

NH3 + HX NH4+ + X

- (2.5)

5. Reaksi ammonolisis

Reaksi amonia dengan senyawa lain dimana amonia bereaksi sebagai

gugus NH2.


HgCl2 + 2NH3 Hg(NH2)Cl + NH4Cl (2.6)

Amonia dapat menjadi limbah organik yang beracun dan berbahaya. Amonia

yang terlarut dalam lingkungan perairan merupakan masalah besar karena dapat

membahayakan kesehatan manusia dan merusak lingkungan. Berdasarkan data Lembaga

Kajian Ekologi dan Konservasi Lahan Basah tahun 2003, delapan sungai di Bekasi

telah tercemar oleh limbah amonia. Kandungan amonia di Sungai Blencong - Bekasi

mencapai 11,60 mg/L; Sungai Bojong mencapai 19,52 mg/L; dan Sungai Kaliabang Hilir

mencapai 59,06 mg/L. Selain itu, didapatkan tambahan data bahwa bahan baku air yang

dikelola PT Thames PAM Jaya atau TPJ, yang berasal dari Kali Malang, tercemar

amonia berkadar tinggi, yakni 1,77 ppm (part per million). Sedangkan berdasarkan

Peraturan Menteri Kesehatan R.I Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010, konsentrasi

amonia yang diperbolehkan berada dalam air bersih adalah sebesar 1,5 mg/L.

Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat

memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm

volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi

dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Amonia juga dapat

menyebabkan timbulnya gejala gangguan patologis yaitu gangguan terhadap organ-organ

dalam seperti hati, ginjal dan menimbulkan komplikasi.

2.4. Linier Alkil Benzen Sulfonat (LAS)

Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai

ujung berbeda yaitu bagian hidrofil dan hidrofob. Bahan aktif ini berfungsi menurunkan

tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada

permukaan bahan. Secara garis besar, terdapat empat kategori surfaktan yaitu anionik,

kationik, ionik dan amfoterik. Linear Alkil benzen Sulfonat (LAS) merupakan salah satu

surfaktan dalam bentuk anionik. Senyawa LAS dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Struktur molekul LAS


Untuk sifat-sifat fisika dari LAS, dapat dilihat Tabel 2.2 berikut ini:

Tabel 2.4. Sifat-sifat Fisika LAS

Rumus Molekul C12H25C6H4SO3Na

Berat Molekul 348 gram/g.mol

Titik Didih 637 oC

Titik Leleh 277 oC

Densitas 1198,4 kg/m3

Wujud dan Warna Cair dan bening

Kapasitas Panas 0,6 kcal/kg.K

Viskositas 23,87 cp

(sumber : www.chemicalland21.com)

Sedangkan sifat-sifat kimia dari LAS adalah sebagai berikut sangat larut dalam air

dan bersifat sebagai surfaktan yang menimbulkan busa.

LAS merupakan campuran kompleks homolog yang berbeda panjang rantai alkil

(C10 - C13) dan isomer posisi fenil 2 sampai 5-fenil, yang masing-masing memiliki

sebuah cincin aromatik tersulfonasi pada posisi para dan melekat pada sebuah rantai alkil

linier pada posisi manapun dengan pengecualian dari terminal satu (1-fenil).

LAS merupakan surfaktan sintetis karena biaya yang relatif rendah, memiliki

kinerja yang baik dan mudah terdegradasi/ramah lingkungan karena

memiliki rantai lurus. LAS digunakan sebagai deterjen rumah tangga, seperti deterjen

serbuk, serbuk laundry (deterjen serbuk laundry), cairan laundry (deterjen cair), produk

pencuci peralatan rumah tangga dan pembersih. Selain itu, LAS juga digunakan dalam

industri tekstil dan fiber, bahan kimia, dan pertanian (HERA, 2009).

Menurut Asosiasi Pengusaha Deterjen Indonesia (APEDI), surfaktan anionik

yang digunakan di Indonesia saat ini adalah alkil benzen sulfonat rantai bercabang (ABS)

sebesar 40% dan alkil benzen sulfonat rantai lurus (LAS) sebesar 60%, dengan produksi

deterjen Indonesia rata-rata per tahun sebesar 380 ribu ton. Sedangkan tingkat

konsumsinya, menurut hasil survey yang dilakukan oleh Pusat Audit Teknologi di

wilayah Jabotabek pada tahun 2002, per kapita rata-rata sebesar 8,232 kg

(http://buletin.melsa.net.id/news/46deterjen.html).


http://www.chemicalland21.com/

LAS pada kondisi aerob (cukup oksigen dan mikroorganisme) mudah terurai.

Tetapi, LAS tidak dapat terurai pada kondisi anaerob (tidak terdapat udara), sehingga jika

badan air memang sudah menghitam seperti kondisi sungai Jakarta, akan terjadi kondisi

anaerobik yang tidak memungkinkan LAS terurai. LAS yang tidak terurai ini memiliki

efek sangat toksik bagi organisme (cukup dapat mematikan ikan dalam kadar 3-10

mg/liter) dan bersifat bioakumulatif (tersimpan dalam jaringan) (Sudradjat, 2002).

Keberadaan LAS umumnya sebagai deterjen rumah tangga dapat memberikan

dampak jika kontak dengan kulit baik secara langsung maupun tidak langsung, terhirup

dan tertelan dari sisa pencucian yang terakumulasi di peralatan makan dan minum.

Paparannya diperkirakan 4 μg/kg berat badan/hari. Pada beberapa percobaan yang

dilakukan terhadap tikus, LAS dengan konsentrasi 500 – 2480 mg/kg berat badan dapat

bersifat racun akut. LAS juga bersifat racun akut pada konsentrasi 9,1 mg/L untuk alga,

pada konsentrasi 4,1 mg/L untuk invertebrata, dan pada konsentrasi 3,5 mg/L untuk ikan

(HERA, 2009).

2.5. Kinetika Reaksi Langsung Ozon

Reaksi ozonasi pada air masih berhubungan dengan reaksi gas-cair pada

komponen gas (ozon) dari fase gas (oksigen dan udara) ke fase air, dimana reaksi

disimulasikan dengan zat kimia (polutan) yang menghambur. Kinetika ozone ini dapat

menentukan konstanta rata-rata reaksi dan koefesiensi transfer massa.

Pada kenyataannya kesetimbangan kimia, hukum kinetik empiris dan

penetapannya dapat dilakukan dengan cara eksperimen. Salah satu hal dari hasil

eksperimen ozon yakni reaksi homogenasi ozon, dimana ozone dan beberapa senyawa

dapat tersuspensi dalam air dan bercampur dengan masing-masing konsentrasi mereka.

Hukum kinetika memperlihatkan reaksi kimia rata-rata pada konsentrasi tertentu pada

reaksi irrevesible, dapat dilihat contoh sebagai berikut:

zO3O3 + zBB zpP (2.7)

dimana zO3, zB dan zp adalah koefesien dari ozone B dan P.

Reaksi ozon dibawa oleh satu reaktan (B atau O3) yang berlebih sehigga proses tersebut

menunjukan nilai order reaksi (n). Sebagai contoh, jika diasumsikan B berlebih, lalu sisa

konsentrasinya konstan pada waktu tertentu dimana kadar ozone berkurang.


Reaksi ozon pada proses heterogen ataupun homogen memiliki kelebihan dan

kekurangan. Seperti contohnya pada proses homogen, tidak memiliki masalah pada

transfer massa dan konstanta rata-rata dari data waktu konsentrasi. Tetapi sangat

disayangkan, perbandingan antara transfer massa dan kecepatan reaksi kimia terjadi

sangat cepat pada reaksi ozone, sehingga dibutuhkan peralatan yang mahal untuk

menganalisanya seperti septrophotometer (Beltran, J, Fernando. 2005)

2.6. Penerapan Kinetika Kimia

Adapun beberapa tujuan penerapan model kinetika kimia pada proses hibrida

adalah sebagai berikut:

a) Menentukan kecepatan reaksi dan koefesien transfer massa dalam sebuah

ruang lingkup laboratrium standar/kecil (small content).

b) Membuat model matematika dari sistem kinetika yakni kesetimbangan

massa.

c) Memecahkan masalah dengan sistem model matematika kinetik yang

dapat terjadi pada reaktor.

d) Untuk mengaplikasikan konstruksi model pada skala besar dan

membandingkan hasil komputerisasi dengan hasil eksperimen nyata.

(Beltran, J, Fernando. 2005).

2.7. Penentuan Model Kinetika Empiris dengan Hukum Pangkat Sederhana

Salah satu metode untuk menentukan model kinetika empiris adalah dengan

Hukum Pangkat Sederhana (Simple Power Law). Tujuannya adalah untuk menentukan

nilai konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang kemudian akan dievaluasi dengan data

percobaan.

Reaksi ozonasi senyawa polutan dapat dituliskan secara sederhana sebagai

berikut:

A + Oz P (2.8)

dengan A adalah polutan, Oz adalah ozon, dan P adalah produk.

Dengan Hukum Pangkat Sederhana, hubungan laju reaksi penyisihan polutan A

dengan konsentrasi reaktan dapat di rumuskan sebagai berikut:

n

Oz

m

A

A

A CCkdt

dCr . (2.9)


Dengan menggunakan pseudo-nth order pada ozon, maka hubungan tersebut dapat

dirubah menjadi (Beltrán, Fernando J., 1955):

m

A

A

A Ckdt

dCr '. (2.10)

Dimana k’ = k.COzn.

Dari persamaan 13, kita dapat mendapatkan orde reaksi untuk polutan A, m.

Solusi persamaannya dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Untuk m = 1

tkC

C

A

A '.ln0

(2.11)

Untuk m ≠ 1

tkmCC m

A

m

A '..11

0

1 (2.12)

Solusi persamaan (2.10) dan (2.11) dapat diperoleh dengan memplot grafik ln0A

A

C

C t

dengan slope –k’untuk nilai m = 1. Sedangkan untuk m ≠ 1, dapat diselesaikan dengan

memplot grafik (m

A

m

A CC 1

0

1) vs t dengan slope (m – 1)k’.

Dengan cara ini, nilai k’ dan m akan diperoleh. Selanjutnya untuk menentukan orde reaksi

ozon, n, dan nilai konstanta laju reaksi, k, dapat dicari dengan cara berikut:

OZCnkk ln.)ln('ln (2.13)

Dengan memplot grafik ln (k’) vs ln (COZ) dengan slope n makan nilai k dapat diperoleh.


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

Mulai

Studi Literatur

Pengumpulan Data

Selesai

metode grafik untuk berbagai

variasi nilai orde reaksi

Menetukan grafik yang memiliki

nilai laju reaksi mendekati 1 (r =

1)

Penentuan Persamaan Kinetika

Validasi

Teori kinetika, kinetika ozon

dalam air dan menentukan

persamaan kinetika

Data konsentrasi beberapa

polutan seperti Besi, Mangan,

LAS, dan Amonia


3.2 RANCANGAN PENELITIAN

Rancangan penelitian dibagi menjadi 4 tahap utama yaitu :

1. Studi Literatur

2. Pengumpulan Data

3. Penentuan Persamaan Kinetika

4. Validasi

3.2.1 Study Literatur

Studi literatur meliputi teori kinetika, kinetika ozon dalam air dan juga

menentukan persamaan kinetika. Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan materi-

materi yang diperlukan dalam penelitian ini. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mencari

materi-materi yang dibutuhkan dari berbagai sumber yang ada, baik dari internet maupun

dari buku - buku dan jurnal - jurnal yang ada perpustakaan.

3.2.2 Pengumpulan Data

Data yang digunakan adalah konsentrasi beberapa polutan di dalam air. Polutan

tersebut adalah Besi, Mangan, Amonia dan LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonate ). Data

kinetika yang digunakan pada penelitian ini adalah data percobaan dari penelitian

sebelumnya yang belum ada pembahasan tentang kinetika reaksi yang terjadi. Data

kinetika yang dipakai adalah data hasil penelitian skripsi Nofi Rahmawati A.R.S. (2010).

3.2.3. Penentuan Persamaan Kinetika

Metode untuk menentukan persamaan kinetika pada penelitian ini adalah dengan

menerapkan Hukum Pangkat Sederhana (Simple Power Law). Tujuannya adalah untuk

menentukan nilai konstanta laju reaksi dan orde reaksi yang kemudian akan dievaluasi

dengan data percobaan.


Reaksi ozonasi senyawa polutan dapat dituliskan secara sederhana sebagai

berikut:

A + Oz P

dengan A adalah polutan, Oz adalah ozon, dan P adalah produk.

Dengan Hukum Pangkat Sederhana, hubungan laju reaksi penyisihan polutan A

dengan konsentrasi reaktan dapat di rumuskan sebagai berikut:

n

Oz

m

A

A

A CCkdt

dCr . (3.1)

Dengan menggunakan pseudo-nth order pada ozon, maka hubungan tersebut dapat

dirubah menjadi (Beltrán, Fernando J., 1955):

m

A

A

A Ckdt

dCr '. (3.2)

Dimana k’ = k.COzn.

Dari persamaan 2, kita dapat mendapatkan orde reaksi untuk polutan A, m. Solusi

persamaannya dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Untuk m = 1

tkC

C

A

A '.ln0

(3.3)

Untuk m ≠ 1

tkmCC m

A

m

A '..11

0

1 (3.4)

Solusi persamaan (2.3) dan (2.4) dapat diperoleh dengan memplot grafik ln0A

A

C

C vs t

dengan slope –k’untuk nilai m = 1. Sedangkan untuk m ≠ 1, dapat diselesaikan dengan

memplot grafik (m

A

m

A CC 1

0

1) vs t dengan slope (m – 1)k’. dengan cara ini, nilai k’ dan m

akan diperoleh.


Selanjutnya untuk menentukan orde reaksi ozon, n, dan nilai konstanta laju reaksi,

k, dapat dicari dengan cara berikut:

OZCnkk ln.)ln('ln (3.5)

Dengan memplot grafik ln (k’) vs ln (COZ) dengan slope n makan nilai k dapat diperoleh.

3.2.4 Validasi

Validasi dalam metode grafik ini adalah memilih grafik yang memiliki nilai laju

reaksi kinetik nya adalah mendekati atau sama dengan satu ( r = 1). Setelah mendapatkan

persamaan kinetika, langkah berikutnya adalah menguji persamaan kinetika tersebut

dengan data kinetika. Pengujian ini dilakukan untuk

mendapatkan persamaan kinetika yang sesuai dengan data kinetika yang ada. Pengujian

dilakukan dengan cara melihat nilai regresi linier (R2) dari grafik yang diperoleh dalam

penentuan orde reaksi pada polutan (m). Pada penelitian ini, Persamaan kinetika

dikatakan benar atau yang terbaik apabila nilai R2 mendekati 1 yang mengindikasikan

persamaan kinetika tersebut cocok untuk menjadi persamaan kinetika reaksi penyisihan

dengan proses hibrida ozonasi-membran.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Deskripsi Proses

Pengolahan air pada penelitian kali ini diawali dengan Proses Oksidasi

Lanjut/AOP (ozonasi dan kavitasi hidrodinamik) yang kemudian dilanjutkan dengan

proses filtrasi (membran) untuk memisahkan padatan hasil oksidasi. Membran yang

digunakan setelah Proses Oksidasi Lanjut harus stabil secara kimia, mekanis dan suhu

akibat dari pengaruh yang akan ditimbulkan dari penggunaan kavitasi hidrodinamik dan

ozonasi pada tahap awal. Membran dengan bahan penyusun polimer tidak memiliki

ketentuan seperti yang diharapkan di atas. Oleh sebab itu dalam penelitian kali ini akan

digunakan membran dengan bahan penyusun dari keramik yang memiliki stabilitas secara

kimia, mekanis dan suhu yang baik.

Tahap awal penyisihan pencemar dalam air (besi, mangan, amonia dan LAS) akan

dilakukan dengan Proses Oksidasi Lanjut (gabungan ozonasi dan kavitasi hidrodinamik)

kemudian dilanjutkan dengan proses filtrasi membran keramik. Pengolahan air dengan

Proses Oksidasi Lanjut dan filtrasi membran keramik ini, dilakukan secara bertingkat tiga

(yaitu: retentate hasil filtrasi dimasukkan lagi ke dalam reservoir untuk diproses kembali,

recycle terhadap retentate dilakukan 2 kali). Membran keramik berfungsi untuk

menyaring padatan tidak terlarut hasil dari Proses Oksidasi Lanjut.

Kondisi optimal dalam kinerja membran pada umumnya dinyatakan oleh

besarnya permeabilitas dan selektivitas membran. Permeabilitas dilihat dari laju alir

volumetrik, sedangkan selektivitas berdasarkan pada pengukuran laju permeasi relatif

dari komponen yang berbeda. Adapun gambar skema proses pada proses ozonasi dan

membran dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut ini.


Tangki Umpan

Air Umpan

Pompa

Flowmeter Injektor

Membran

Tangki Permeat Tangki RetentateOzonator

3 way valve

Gambar 4.1 Skema Unit pengolahan Air

Proses Oksidasi Lanjut (Ozonasi dan Kavitasi hidrodinamik) dan Filtrasi

(Rahmawati,2011)

4.2 Karakteristik Data

Data yang diperoleh pada proses hibrida ozonasi dan membran adalah berupa data

hubungan antara konsentrasi dan waktu untuk setiap tingkatan proses. Data-data inilah

yang akan digunakan untuk mendapatkan nilai laju reaksi dalam bentuk konstanta dan

orde reaksi. Adapun nilai perubahan konsentrasi terhadap waktu ditentukan berdasarkan

tingkatan orde reaksi seperti yang tertera sebagai berikut:

Orde reaksi 0 (n = 0)

nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu

Orde reaksi 1/2 (n = 1/2)

nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu(

)




nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu (

)





nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu (

).

Selanjutnya nilai persamaan kinetika diaplikasikan ke dalam suatu grafik

linearisasi dengan menggunakan persamaan yang bertujuan untuk mendapatkan

nilai regresi linear (R2).

Nilai regresi linear (R2) didalam grafik menunjukan kesamaan antara

persamaan kinetika dengan kinerja proses hibrida ozonasi dan membran. Semakin

besar nilai R2 atau maksimal mendekati 1 maka proses hibrida tersebut dapat

dikatakan memiliki kesamaan dengan persamaan kinetika.

Nilai regresi linear inilah yang akan menentukan nilai orde reksi tersebut. Dalam

hal ini orde suatu reaksi adalah jumlah semua eksponen (dari konsentrasi dalam

persamaan laju. Orde reaksi juga menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi reaktan

(pereaksi) terhadap laju reaksi. Persamaan kinetika tersebut yang selanjutnya dijadikan

acuan dalam menentukan nilai tetapan laju reaksi (k). Nilai k adalah tetapan laju yang

bersifat spesifik untuk reaksi tertentu dan temperatur tertentu, ditentukan dari percobaan.

4.2.1 Penyisihan Logam Besi (Fe)

Penyisihan logam besi ini dilakukan dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi

membran keramik bertingkat 3 (retentate hasil filtrasi dimasukkan kembali ke

dalam reservoir untuk diproses kembali, recycle terhadap retentate dilakukan 2

kali). Berikut data penyisihan konsentrasi logam besi yang diperoleh dalam

percobaan:

Tabel 4.1 Data penyisihan logam besi


Tingkat Waktu Konsentrasi Besi

(menit) (mg/L)

1 0 4,67

10 0,59

20 0,34

30 0,08

2 10 0,19

20 0,04

30 0,03

3 0 4,135

10 0,06

20 0,07

30 0,03

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan logam besi terhadap waktu yang

diperoleh dari data di atas.

Gambar 4.2 Grafik Persentase Penyisihan Logam Besi

Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa penyisihan logam besi dengan proses oksidasi

lanjut ozonasi dan filtrasi membran keramik berjalan sangat baik dengan persentase

penyisihan total sebesar 99,77 %.

92,60 92,83

98,21 98,39 98,39

99,54 99,30 99,53 99,77

88,00

90,00

92,00

94,00

96,00

98,00

100,00

10 20 30

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i be

si (

%)

Waktu Penyisinan (menit)

Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3


Persen penyisihan tiap tahap memiliki nilai yang berbeda. Hal ini juga dapat

dilihat pada grafik. Pada tingkat 1 untuk 10 menit pertama memiliki nilai sebesar 92,60%

dan pada menit selanjutnya mengalami kenaikan persen. Begitu juga dengan tingkat 2

dan 3 akan semakin besar nilai persen penyisihan seiring dengan bertambah waktu.

Persen penyisihan logam besi untuk setiap tahap masih berada pada nilai lebih dari 90%,

artinya proses berjalan baik. %. Dimana konsentrasi awal besi pada tingkat satu sebesar

4,46 mg/L dan konsentrasi besi pada akhir pengolahan (tingkat tiga, menit ke-30) sebesar

< 0,01 mg/L.

4.2.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn)

Unsur pencemar air berikutnya dalam percobaan adalah Mangan (Mn),

Seperti halnya pada penyisihan logam besi, penyisihan mangan-pun dilakukan

dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi membran keramik bertingkat 3. Berikut

data penyisihan Mangan (Mn) yang diperoleh dalam percobaan:

Tabel 4.2 Data penyisihan Mangan (Mn)

Tingkat Waktu Konsentrasi mangan

(menit) (mg/L)

1 0 4,96

10 4,65

20 4,28

30 4,29

2 0 4,73

10 4,55

20 4,17

30 4,08

3 0 4,62

10 4,33

20 4,01

30 3,66

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan logam mangan yang

diperoleh dari percobaan.


Gambar 4.3 Grafik Persentase Penyisihan Mangan

Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa persen penyisihan logam mangan total

hanya sebesar 20,78 % pada tingkat 3.

Pada percobaan penyisihan logam mangan (Mn) dilakukan secara 3 tingkat

dengan variasi waktu yang sama.

Dari grafik juga dapat dilihat bahwa persen penyisihan logam Mangan berada

pada nilai di bawah 50%. Misalkan pada tahap 1 untuk menit 10 hanya sebesar 6,25 %

dan untuk menit 20 sebesar 13,71%.

Tingkat 3 merupakan proses yang paling baik untuk penyisihan logam Mangan

karena mempunyai nilai persen penyisihan yang paling besar yaitu sebesar 20,78%.

4.2.3 Penyisihan Ammonia (NH3)

Pada kali ini, akan dilakukan penyisihan amonia dengan konsentrasi awal rata-

rata pada tiga kali tingkatan yakni 58,68 mg/. Setiap tahap akan menghasilkan data

penurunan konsentrasi mangan terhadap waktu. Berikut merupakan data penyisihan

konsentrasi terhadap waktu untuk logam mangan

6,25

13,71 13,51

3,81

11,84 13,74

6,28

13,20

20,78

-

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

10 20 30

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i Man

gan

(%)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3


Tabel 4.3 Data penyisihan ammonia

Gambar 4.4 memperlihatkan penyisihan amonia sangat kecil. Berikut ini adalah

grafik persen penyisihan amonia.

Gambar 4.4 Grafik Persentase Penyisihan Ammonia

Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa penurunan konsentrasi amonia begitu kecil. Dari

grafik 4.5 diatas didapatkan persen penurunan konsentrasi ammonia terbesar pada

0,34 0,29

0,92 0,87

1,50

2,21

0,96 1,19

2,47

-

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

10 20 30

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i Am

mo

nia

(%)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3

Tingkat Waktu Konsentrasi ammonia

(menit) (mg/L)

1 0 58,98

10 58,78

20 58,81

30 58,44

2 0 58,84

10 58,33

20 57,96

30 57,54

3 0 58,22

10 57,66

20 57,53

30 56,78


percobaan ke-3 (t = 30 menit) sebesar 2,47% dengan nilai akhir konsentrasi sebesar 56,78

mg/L.

Persen penyisihan Amonia memiliki nilai yang jauh lebih kecil dibandingkan

dengan logam besi dan mangan, yaitu di bawah 10%. Pada tahap 1, 2, dan 3 nilai yang

kecil ini dapat dikarenakan proses kurang maksimal. Karena untuk jumlah konsentrasi

awal adalah sangat besar, sedangkan proses hanya berjalan 2,5 %, berarti proses hanya

mampu menghilangkan 1,5 mg/L konsentrasi Amonia. Pada penyisihan amonia memiliki

persentase penurunan konsentrasi yang kecil, khusus untuk amonia hal ini karena proses

oksidasi NH3 dengan ozonasi berlangsung lambat, sehingga penyisihan amonia berjalan

lambat.

4.2.4 Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat (LAS)

Penyisihan LAS tetap dilakukan dengan proses oksidasi lanjut - filtrasi

membran keramik bertingkat 3. Berikut merupakan data penyisihan LAS.

Tabel 4.4 Data penyisihan LAS

Tingkat Waktu Konsentrasi LAS

(menit) (mg/L)

1 0 25,77

10 20,91

20 21,52

30 16,21

2 0 21,84

10 16,45

20 15,65

30 9,22

3 0 18,72

10 13,17

20 8,38

30 5,02

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan LAS yang diperoleh dari

percobaan.


Gambar 4.5 Grafik Persentase Penyisihan LAS

Pada gambar 4.5 menunjukan persentase penyisihan LAS pada reaksi ozonasi

yang berjalan cukup baik yakni pada percobaan ke-3 sebesar 69,98% pada konsentrasi

5,02 mg/L.

Penyisihan LAS berjalan baik dengan diperoleh konsentrasi LAS pada air

permeate tingkat tiga menit ke-30 sebesar 5,02 mg/L dengan konsentrasi awal 25,77

mg/L (% penyisihan 80,52%).

Proses penyisihan LAS memiliki peningkatan persen yang signifikan, karena semakin

waktu bertambah persen juga bertambah. Dari grafik dapat dilihat pada tingkat 3 pada 10

menit pertama adalah sebesar 21,23 % sedangkan pada 20 menit dan 30 menit naik

sebesar 48,99 % dan 69,89 %. Proses yang terjadi pada tahap 3 adalah yang paling baik

karena retentate pada tingkat sebelumnya akan menambah konsentrasi limbah untuk

tingkat selanjutnya.

4.3 Penyisihan Amonia, LAS, Besi dan Mangan secara campuran

Dalam suatu kasus dengan campuran berbagai bahan pencemar, dilakukan

penyisihan bersama-sama seperti dalam percobaan ini yang melakukan penyisihan

terhadap Amonia, LAS, Besi dan Mangan dalam air dengan prinsip ozonasi.

Berikut karakterisktik data yang diperoleh dalam penyisihan masing-masing

bahan pencemar tersebut:

4.3.1 Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran

18,86 16,49

37,10

31,04

24,68

57,78

21,23

49,88

69,98

-

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

10 20 30

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i LA

S(%

)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3


Proses dilakukan dengan perlakuan yang sama pada logam pencemar

tunggal yaitu sebanyak 3 tingkat. Berikut ini adalah tabel data penyisihan besi

campuran.

Tabel 4.5 Data Penyisihan Besi campuran

Tingkat Waktu Konsentrasi Besi

(menit) (mg/L)

1 0 4,67

10 0,59

20 0,34

30 0,08

2 0 4,38

10 0,19

20 0,04

30 0,03

3 0 4,14

10 0,06

20 0,07

30 0,03

Berikut dibawah ini adalah grafik persen penyisihan besi campuran yang

diperoleh dari percobaan.

Gambar 4.6 menunjukan persentase penyisihan logam besi campuran.

Grafik menunjukan total penyisihan besi sebesar 99,27 % pada tingkat 3. Pada

tingkat 1 juga memiliki nilai persentase yang besar, yaitu pada menit 10 sebesar

87,37 % dan pada menit 30 nilai persen penyisihan naik menjadi 98,55 %. Begitu

juga dengan tingkat 2 mengalami kenaikan persen penyisihan. Kenaikan persen

penyisihan pada logam besi campuran memiliki kecendrungan nilai yang sama

untuk persen penyisihan data tunggal.


Gambar 4.6 Grafik Persentase Penyisihan Besi Campuran

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan perbandingan antara logam

besi tunggal dengan campuran :

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan persentase penyisihan logam besi data

tunggal dan campuran

Dari grafik 4.7 menunjukan nilai penyisiham logam besi pada bahan

pencemar tunggal memiliki nilai efektifitas lebih baik dibanding dengan bahan

pencemar campuran.

87,37

95,66

98,55

92,72

99,09 98,31

98,29

99,32 99,27

80,00

82,00

84,00

86,00

88,00

90,00

92,00

94,00

96,00

98,00

100,00

10 20 30

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i be

si (

%)

Waktu Penyisihan (menit)

Tingkat 1

Tingkat 2

96,76 96,92

99,17

93,86

96,70

98,96

91,00

92,00

93,00

94,00

95,00

96,00

97,00

98,00

99,00

100,00

10 20 30

Pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i (%

)

Waktu (menit)

Pencemar tunggal besi

Pencemar Campuran logam besi


Pada menit awal (t=10) penyisihan konsentrasi antara bahan pencemar

tunggal dengan bahan pencemar campuran untuk logam besi sangat berbeda.

Tetapi setelah menit ke-30, diperoleh nilai persentase yang tidak jauh berbeda.

Yaitu untuk pencemar tunggal sebesar 99,17 % dan untuk campuran sebesar 98,96

%. Data yang digunakan pada data tunggal adalah rata rata dari ketiga tingkat

proses dan begitu juga dengan data campuran.

4.3.2 Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran

Penyisihan Mangan pada bahan pencemar campuran tidak terlalu besar.

Penyisihan mangan campuran juga dilakukan sebanyak 3 tingkat dengan proses ozonasi

dan filtrasi. Berikut ini adalah data penyisihan logam mangan campuran.

Tabel 4.6 Data Penyisihan Mangan campuran

Tingkat Waktu Konsentrasi mangan

(menit) (mg/L)

1 0 5,43

10 5,28

20 5,14

30 4,72

2 0 5,14

10 4,91

20 4,45

30 4,21

3 0 5,00

10 4,55

20 4,33

30 4,26

Gambar 4.8 menunjukan nilai persentase penyisihan logam mangan campuran.

Nilai persentase total penyisihan mangan dari grafik adalah sebesar 14, 80 % untuk

tingkat 3. Nilai persentase ini juga tidak terlalu memiliki perbedaan besar dengan mangan

tunggal. Hal ini dikarenakan jumlah konsentrasi awal mangan tidak terlalu besar, yaitu

hanya 5,43 mg/L sehingga retentate untuk tingkat selanjutnya tidak menambah

konsentrasi.


Gambar 4.8 Grafik Persentase Penyisihan Mangan Campuran

Berikut ini adalah grafik persen penyisihan perbandingan antara logam

mangan tunggal dengan campuran :

Gambar 4.9 Grafik perbandingan persentase penyisihan Mangan data tunggal dan

data campuran

2,76

4,47

9,00

5,34

13,42 13,40 13,08

18,09

14,80

-

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

1 2 3

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i Man

gan

(%

)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3

5,44

12,92

16,01

0,92

10,60

15,19

-

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

10 20 30

Pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i (%

)

Waktu (menit)

Pencemar tunggal mangan

Pencemar Campuran mangan


Dilihat pada grafik 4.9 persentase penyisihan mangan rata-rata pada menit

ke-30 sebesar 15,19%, lebih rendah dibandingkan dengan bahan pencemar

tunggal mangan. Sedangkan pada menit sebelumnya nilai persen yang diperoleh

sangat kecil yaitu di bawah 15 %. Data yang digunakan pada grafik perbandingan

di atas adalah berupa nilai rata rata konsentrasi awal pada ketiga tingkat.

4.3.3 Penyisihan Amonia (NH3) Campuran

Konsentrasi amonia pada limbah cukup besar. Proses penyisihan amonia juga

dilakukan dalam 3 tingkat. Berikut adalah data konsentrasi amonia pada proses

penyisihan:

Tabel 4.7 Data Penyisihan Amonia campuran

Berikut di bawah ini adalah grafik persen penyisihan untuk amonia

campuran. Dapat dilihat bahwa persen penyisihan amonia memiliki nilai sangat

kecil. Dari gambar 4.10 menunjukan nilai persen total penyisihan hanya sebesar

2,09 %. Hal ini dikarenakan reaksi oksidasi yang terjadi antara amonia dengan

ozon berjalan lambat sehingga penyisihan amonia kecil.

Tingkat Waktu Konsentrasi ammonia

(menit) (mg/L)

1 0 60,22

10 59,88

20 59,45

30 58,96

2 0 59,86

10 59,25

20 59,34

30 58,86

3 0 59,49

10 59,04

20 58,67

30 58,48


Gambar 4.10 Grafik Persentese Penyisihan Amonia Campuran

Berikut ini adalah grafik persentase perbandingan penurunan konsentrasi

amonia tunggal dan amonia campuran :

Gambar 4.11 Grafik perbandingan persentase penyisihan Amonia pada bahan

pencemar tunggal dengan bahan pencemar campuran

0,72

0,99

1,87

0,19

1,18

1,82

-

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

10 20 30

Pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i (%

)

Waktu (menit)

Pencemar tunggal ammonia

Pencemar Campuran ammonia

0,56

1,02

0,76

1,28

0,87

1,38

2,09

1,67 1,70

-

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

1 2 3

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i am

mo

nia

(%

)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3


Dari gambar 2.11 ditunjukan bahwa total penyisihan amonia campuran

adalah sebesar 1,82 % sedangkan untuk penyisihan amonia data tunggal adalah

sebesar 1,87 %. Sedikitnya nilai penyisihan ammonia pada bahan pencemar

campuran dapat juga disebabkan oleh tingkat keasaman larutan (pH). pH awal

dalam percobaan sebesar 7, sehingga amonia dalam bentuk kation (NH4+) yang

lebih dominan dibandingkan dengan amonia dalam bentuk molekul (NH3) dalam

larutan tersebut (Said, 2003).

4.3.4 Penyisihan Linear AlkilBenzene Sulfonat Campuran

Proses penyisihan LAS campuran juga sama perlakuannya yaitu dengan 3

tingkat. Berikut ini adalah data penyisihan konsentrasi dari LAS.

Tabel 4.8 Data Penyisihan LAS campuran

Tingkat Waktu Konsentrasi LAS

(menit) (mg/L)

1 0 25,17

10 20,52

20 14,44

30 10,89

2 0 22,56

10 16,43

20 12,33

30 9,98

3 0 16,01

10 11,38

20 6,02

30 5,01

Persen penyisihan LAS dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Persen

pernyisihan LAS campuran memiliki nilai yang baik pada tingkat 3 yaitu

sebesar 68,71 % dan sebagai nilai penyisihan total juga. Gambar 4.10

menunjukan juga bahwa terjadi peningkatan nilai nilai persentase dari setiap

tingkat. Nilai tertinggi yaitu pada tingkat 3 dan terendah pada tingkat 1, hal ini

dikarenakana retentate akan menambah jumlah konsentrasi ke tingkat

selanjutnya.


23,71

30,35

54,95

6,16

50,12

60,40

-

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

10 20 30

Pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i (%

)

Waktu (menit)

Pencemar tunggal LAS

Pencemar Campuran LAS

Gambar 4.12 Grafik Persentase Penyisihan LAS Campuran

Berikut grafik perbandingan penyisihan LAS antara bahan pencemar

campuran (besi, mangan, amonia dan LAS) dengan bahan pencemar tunggal LAS.

Persentase penurunan nilai LAS campuran memiliki kecendrungan naik dari tahap

satu ke tahap selanjutnya :

Gambar 4.13 Grafik perbandingan persentase penyisihan LAS pada

pencemar tunggal dan campuran

18,47

27,17 28,92

42,63 45,35

62,40 56,73 55,76

68,71

-

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

1 2 3

pe

nu

run

an k

on

sen

tras

i LA

S (%

)


Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3


Saat bahan pencemar (besi, mangan, amonia dan LAS) di campur,

penyisihan untuk LAS tidak jauh berbeda ketika bahan pencemar tersebut sebagai

bahan pencemar tunggal pada unit pengolahan air. Hal ini dapat dilihat pada

grafik bahwa nilai persentase total untuk pencemar LAS tunggal adalah sebesar

54,95 %, sedangkan pada persen penyisihan LAS campuran adalah 60,40 %. Hal

ini dikarenakan radikal hidroksida cukup efektif dalam penyisihan LAS.

4.4 Identifikasi Laju Reaksi Dari Grafik Kinetika Reaksi

Bahan pencemar yang dianalisa persamaan kinetiknya pada penelitian ini

adalah logam besi, logam mangan, amonia, dan LAS. Penentuan persamaan

kinetika untuk limbah tersebut dilakukan dengan proses ozonasi dan filtrasi

membran. Data yang diperoleh berupa persentase penurunan konsentrasi yang

kemudian dari data tersebut ditentukan persamaan kinetikanya yang sesuai dengan

menggunakan persamaan kinetika untuk ozon dan membran pangkat sederhana

yaitu

m

A

A

A Ckdt

dCr '.

(4.1)

Konstanta laju reaksi ( k ) merupakan nilai yang menyatakan perbandingan dengan

laju reaksi. Nilai k yang semakin besar artinya laju reaksi tersebut makin besar juga. Orde

reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi

komponen tersebut dalam hukum laju. Orde reaksi juga menyatakan ketergantungan laju

reaksi terhadap konsentrasi senyawa. Nilai k dipengaruhi oleh orde reaksi ( n ).

Persamaan kinetika yang sudah diperoleh dengan menggunakan persamaan diatas dengan

variasi orde, selanjutnya divalidasi dengan cara melihat nilai regresi linearnya. Semakin

besar nilai regresi linear atau mendekati 1, maka persamaan kinetika tersebut cocok untuk

data yang tersedia. Berikut ini adalah data tetapan laju reaksi beserta grafik persamaan

kinetika dari beberapa limbah data tunggal :

4.4.1 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe)


Dari data penyisihan logam besi kemudian diolah secara sistematis berdasarkan

rumus nilai perubahan konsetrasi terhadap waktu yang berkaitan dengan tingkatan orde

reaksi, sehingga diperoleh hasil kinetika reaksi sebagai berikut:

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Nilai regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data

Penyisihan Logam Besi

Orde Reaksi

Regresi linear (R2) Tetapan Laju Reaksi (k)

Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,6464 0,6093 0,6038 3,92 x 10-8

3,88 x 10-8

3,82 x 10-8

1/2 0,7309 0,6515 0,6301 8,21 x 10-9

8,68 x 10-9

8,85 x 10-9

1 0,8649 0,7875 0,751 3,61 x 10-8

4,82 x 10-8

5,5 x 10-8

3/2 0,8933 0,9347 0,9374 1,38 x 10-8

2,95 x 10-8

1,4 x 10-7

2 0,7913 0,8222 0,9624 1,10 x 10-7

4,46 x 10-7

9,43 x 10-7

5/2 0,701 0,7249 0,885 1,98 x 10-7

1,58 x 10-6

4,72 x 10-6

Tabel 4.9 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada logam

besi. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi mengalami fluktuatif,

dan nilai regresi yang paling mendekati 1 adalah pada orde reaksi 3/2 yaitu

sebesar 0,8933. Pada tingkat 1 persamaan tidak dapat dibuat menjadi linear karena

berdasarkan trial dari orde reaksi nilai regresi hanya maksimal pada orde 3/2 dan

untuk orde selanjutnya nilai regresi semakin menurun. Sedangkan untuk konstanta

pada tingkat 1 yang memiliki nilai konstanta pada orde 3/2 sebesar 1,38 x 10-8

mol/s.

Pada tingkat 2 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling mendekati satu

adalah pada orde 3/2 dengan nilai 0,9374. Pada tingkat 2 nilai regresi sudah lebih

mendekati 1 dibandingkan dengan pada tingkat sebelumnya, artinya persamaan

lebih linear pada tingkat 2 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 2,95 x 10-8

mol/s.

Sedangkan untuk tingkat 3 nilai regresi yang mendekati linear adalah pada orde 2

dengan nilai sebesar 0,9624 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,43 x 10-7

mol/s.

Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 3 adalah yang paling besar. Hal ini dapat

dianalisa dari proses, artinya proses berjalan paling baik pada tingkat 3. Proses dikatakan

paling baik dengan dibuktikan dari persen penyisihan logam besi pada tingkat 3 sebesar

99,77 %.


Nilai konstanta laju reaksi pada tiap tahap menunjukan perbedaan yang

signifikan antara konstanta pada tingkat 2 dan tingkat 3. Hal ini dapat dianalisa

berdasarkan pada proses keseluruhan yang terjadi. Nilai konstanta pada

penyisihan logam besi dengan nilai yang kecil, artinya dapat dikatakan bahwa

nilai ini disebabkan oleh proses penyisihan yang kurang baik. Salah satunya dapat

disebabkan oleh proses filtrasi membran. Reaksi penyisihan logam oleh ozonasi

dapat terjadi dalam reaksi oksidasi dan pengendapan. Reaksi pengendapan logam

dapat menyumbat membran sehingga mengurangi kinerja proses filtrasi membran.

Adapun reaksi ozonasi logam besi adalah :

2 Fe2+

+ O3(aq) + 5 H2O → 2 Fe(OH)3(s) + O2(aq) + 4 H+

(4.2)

Sedangkan Nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar dapat disebabkan oleh

analisa pH. Semakin besar konsentrasi awal maka kebutuhan akan radikal

hidroksil juga akan semakin besar, semakin besar produksi radikal hidroksil maka

nilai pH juga akan bertambah, semakin besar nilai pH maka reaksi oksidasi juga

akan semakin besar.

Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu pada penyisihan logam

besi.

Gambar 4.14 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Logam

Besi

Berdasarkan tabel kinetika nilai regresi dan konstanta laju reaksi dapat

ditentukan bahwa persamaan dipilih adalah yang paling linear (R2 mendekati 1)

pada tingkat 3 dengan nilai regresi sebesar 0,9624 dan nilai konstanta laju reaksi

sebesar 9,43 x 10-7

mol/s. Setiap tingkat memiliki perbedaan nilai konstanta laju

7

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30

pH

waktu (menit)

tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3


reaksi. Semakin besar tingkat maka nilai konstanta akan semakin besar. Tingkat 3

memiliki nilai konstanta yang paling besar, hal ini dapat disebabkan oleh persen

penyisihan konsentrasi pada tingkat 3 yang paling besar adalah 99,77 %. Semakin

besar selisih penyisihan konsentrasi, maka konstanta akan juga semakin besar

karena laju reaksi juga akan semakin besar.

Maka dapat ditentukan persamaan laju reaksi untuk penyisihan logam besi

dari data yang yang dipilih adalah

27- .10 x 9,43 AA

A Cdt

dCr

(4.3)

Berikut ini adalah grafik hasil linearisasi untuk persamaan laju reaksi yang

mendekati 1 atau paling linear.

Gambar 4.15 Hasil linearisasi pada orde (n=3/2) untuk penyisihan logam besi

Persamaan kinetika yang tepat untuk logam besi adalah pada orde 3/2. Orde

reaksi menyatakan ketergantungan nilai laju reaksi terhadap nilai perubahan konsentrasi.

Dari persamaan 4.1 dapat dilihat bahwa nilai laju reaksi sangat tergantung dari gradien

konsentrasi dan konstanta laju reaksi yang dipengaruhi oleh orde reaksi. Semakin besar

nilai perubahan/gradien konsentrasi dan orde reaksi maka nilai laju reaksi semakin besar

y = 0,3692x - 1,0426R² = 0,7913

y = 1,4931x - 2,9261R² = 0,8222

y = 3,1596x - 1,7369R² = 0,9624

(20,0000)

-

20,0000

40,0000

60,0000

80,0000

100,0000

120,0000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

CA

^(-1

) -

CA

0^(

-1)

t - t0

tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3


dengan faktor pengali dari konstanta. Pada penyisihan logam besi dapat dilihat besarnya

persen penyisihan menunjukan nilai laju reaksi yang semakin besar juga. Penyisihan

konsentrasi terlarut logam besi dari menit awal sebesar 4.135 mg/L menjadi 0,03 mg/L

menunjukan gradien penurunan konsentrasi yang besar. Maka semakin besar nilai

perubahan konsentrai dengan pangkat orde reaksi yang besar juga pada orde 2, maka

dapat dikatakan bahwa laju reaksi penyisihan logam besi adalah besar. Secara matematis

dapat dikatakan bahwa untuk menghasilkan persamaan yang linear maka dibutuhkan

sebuah gradien konsentrasi yang besar. Orde yang semakin besar akan membuat laju

reaksi semakin besar juga. Analisa sifat fisik limbah terhadap nilai orde yang besar pada

penyisihan logam besi yaitu pada n = 2 menunjukan bahwa logam besi Fe2+

sangat

mudah teroksidasi membentuk Fe3+

di dalam air maupun oksigen yang masuk karena

pertukaran dengan udara sekitar, maka jumlah Fe2+

yang teroksidasi juga meningkat,

selain itu juga dengan adanya kavitasi pada proses oksidasi lanjut maka dapat

meningkatkan konsentrasi radikal hidroksida yang cukup efektif untuk menyisihkan

logam besi (Gunten, 2003).

4.4.2 Identifikasi laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn)

Data penyisihan logam Mangan selanjutnya ditentukan nilai tetapan laju

reaksi dengan menggunakan persamaan regresi dari grafik. Proses penyisihan

logam mangan juga dilakukan dengan 3 tingkat.

Berikut ini adalah hasil perhitungan nilai regresi linear dan tetapan laju

reaksi :

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data

Penyisihan Mangan (Mn)

Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,8892 0,9509 0,9982 7,22 x 10-9

7,07 x 10-9

9,71 x10-9

½ 0,8898 0,9511 0,9965 1,70 x 10-9

1,70 x 10-9

2,40 x 10-9


1 0,8903 0,9514 0,9942 1,57 x 10-9

1,61 x 10-9

2,37 x 10-9

3/2 0,8906 0,9516 0,9913 1,82 x 10-10

1,97 x 10-10

2,88 x 10-10

2 0,8907 0,9517 0,9878 3,34 x 10-10

1,67 x 10-10

2,82 x 10-10

5/2 0,8907 0,9517 0,9838 1,21 x 10-10

1,37 x 10-10

2,12 x 10-10

Tabel 4.10 menunjukan nilai regresi linear dan tetapan laju reaksi pada

logam mangan. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang paling

linear atau mendekati 1 adalah pada orde 2 dengan nilai regresi sebesar 0,8907.

Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1. Persamaan

untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan dibutuhkan orde

yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk persamaan yang linear.

Sedangkan persen penyisihan untuk logam mangan adalah nilai persen yang kecil.

Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 3,34 x 10-10

mol/s pada orde 2.

Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling

linear dihasilkan pada saat orde reaksi 2 yaitu sebesar 0,9517. Pada tingkat 2

persamaan lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1

dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,67 x 10-10

mol/s.

Sedangkan pada penyisihan tingkat 3 persamaan kinetika laju reaksi yang

dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar

0,9982 dengan nilai konstanta laju reaksi sebesar 9,71 x 10-9

mol/s.


ditentukan bahwa persamaan dipilih adalah yang paling linear (R2 mendekati 1)

pada tingkat 3 dengan nilai regresi sebesar 0,9982 dan nilai konstanta laju reaksi

sebesar 9,71 x 10-9

mol/s.

Sehingga persamaan laju reaksi untuk penyisihan mangan adalah

09- .10 x 9,71 AA

A Cdt

dCr

(4.4)

Setiap tingkat pada penyisihan logam mangan memiliki nilai konstanta laju

reaksi yang berbeda beda. Nilai konstanta mengalami fluktuatif dari tingkat 1 ke

tingkat 3. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 memiliki nilai yang lebih

besar dibandingkan dengan tingkat 2, perbedaan ini dapat dianalisa berdasarkan

proses yang terjadi. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 merupakan nilai


yang kecil. Bila dianalisa dari proses penyisihan logam mangan maka nilai

konstanta yang kecil ini dapat disebabkan oleh persen penyisihan mangan yang

kecil juga pada tingkat 1 dengan total penyisihan 13,51 %. Karena semakin besar

penyisihan atau selisih konsentrasi penyisihan awal dan akhir, maka nilai

konstanta akan semakin besar juga karena laju reaksi semakin besar. Selain itu

juga dapat disebabkan oleh proses penyisihan oleh ozonasi dan filtrasi. Sama

halnya seperti logam besi, mangan juga akan membentuk endapan pada saat

bereaksi dengan radikal hidroksida sehingga endapan tersebut akan menghambat

proses penyaringan oleh membran.

Adapun reaksi antara logam mangan dengan ozon adalah sebagai berikut :

Mn2+

+ O3(aq) + H2O → MnO2(s) + O2(aq) + 2 H+ (4.5)

Sedangkan nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 2 menurun dibandingkan

pada tingkat 1. Semakin besar laju reaksi maka konstanta akan semakin besar.

Laju reaksi dapat dipengaruhi oleh selisih konsentrasi. Berdasarkan data persen

penyisihan logam mangan dapat dilihat bahwa penyisihan total pada tingkat 2

hanya sebesar 13.74 %. Sama halnya seperti pada tingkat 1, bahwa nilai konstanta

tidak menunjukan nilai yang signifikan bahkan kecendrungan menurun.

Kecenderungan ini dapat disebabkan oleh sifat fisik dari mangan. Berdasarkan

persamaan 4.4 dapat dilihat bahwa mangan akan membentuk endapan apabila

bereaksi dengan ozon dan endapan ini akan terus bertambah pada tingkat

selanjutnya sehingga akan menurunkan kinerja penyaringan membran yang dapat

menurunkan persen penyisihan. Dengan menurunnya proses penyisihan maka

nilai laju reaksi akan menurun juga sehingga nilai konstanta akan ikut menurun

juga.

Analisa lain yang dapat mempengaruhi nilai konstanta laju reaksi dari proses

adalah berdasarkan pH. Semakin besar nilai pH maka reaksi oksidasi yang terjadi

juga akan semakin baik. Tetapi pada proses penyisihan mangan nilai pH tidak

mengalami kenaikan. Kenaikan nilai pH dapat disebabkan oleh produksi radikal

hidroksida, dan produksi radikal hidroksida ditentukan oleh jumlah konsentrasi

terlarut dari polutan. Sedangkan konsentrasi mangan hanya sebesar 4,96 mg/L.

Sehingga menyebabkan nilai pH untuk penyisihan mangan tidak mengalami

perubahan signifikan.


Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk penyisihan

mangan.

Gambar 4.16 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Mangan

Sedangkan pada tingkat 3 persamaan yang dapat dijadikan paling linear adalah

pada orde reaksi 0. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak

bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi

reaktan tidak mengubah laju reaksi.

Berikut ini adalah grafik hasil linearisasi untuk persamaan yang paling linear

6,6

6,8

7

7,2

7,4

0 10 20 30

pH

waktu (menit)

tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3

y = -0,0238x - 0,058R² = 0,8892

y = -0,032x + 0,015R² = 0,9982

y = -0,0233x + 0,002R² = 0,9509

(1,0000)

(0,8000)

(0,6000)

(0,4000)

(0,2000)

-

0,2000

0 5 10 15 20 25 30

CA

-C

A0

t - t0



Gambar 4.17 Hasil Kinetika reaksi orde (n=0) pada penyisihan Mangan

Persamaan yang paling linear untuk penyisihan logam mangan adalah pada orde

0. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada

konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak

mengubah laju reaksi. Dari persamaan 4.1 dapat dilihat bahwa nilai laju reaksi sangat

tergantung dari gradien konsentrasi dan konstanta laju reaksi yang dipengaruhi oleh orde

reaksi. Semakin besar nilai perubahan/gradien konsentrasi dan orde reaksi maka nilai laju

reaksi semakin besar dengan faktor pengali dari konstanta. Penyisihan logam mangan

total hanya memiliki nilai sebesar 20,78 %, dan gradien konsentrasi untuk penyisihan

mangan adalah dari 4,96 mg/L menjadi 3,66 mg/L. Sehingga laju reaksi penyisihan

mangan adalah kecil dengan konstanta yang kecil juga.

4.4.3 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Amonia (NH3)

Tabel berikut adalah hasil perhitungan nilai regresi linear dan tetapan laju

reaksi pada penyisihan ammonia berdasarkan data dari penyisihan amonia.

Penyisihan amonia dilakukan dengan 3 tingkat sama halnya seperti pada

penyisihan mangan dan besi.

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada

Data Penyisihan Ammonia

Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,8236 0,9392 0,9958 1,89 x 10-8

5,29 x 10-8

5,07 x 10-8

1/2 0,8234 0,996 0,9387 5,94 x 10-10

1,72 x 10-9

1,66 x 10-9

1 0,8232 0,9961 0,9383 3,56 x 10-10

8,32 x 10-10

9,51 x 10-10

3/2 0,8229 0,9963 0,9379 2,97 x 10-11

2,97 x 10-11

2,97 x 10-11

2 0,8227 0,9965 0,9375 7,13 x 10-12

1,19 x 10-11

1,19 x 10-11

5/2 0,8225 0,9966 0,937 5,94 x 10-13

1,19 x 10-12

1,78 x 10-12


penyisihan amonia. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang


paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar

0,8236. Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1.

Persamaan untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan

dibutuhkan orde yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk

persamaan yang linear. Sedangkan persen penyisihan untuk amonia adalah nilai

persen yang kecil. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,89 x 10-8

mol/s. pada orde 0.

Pada penyisihan tingkat 2 dapat dilihat bahwa persamaan yang paling linear

dihasilkan pada saat orde reaksi 5/2 yaitu sebesar 0,9966. Pada tingkat 2



mol/s.




mol/s.


ditentukan bahwa persamaan yang sesuai adalah yang paling linear (R2 mendekati

1) pada tingkat 2 dengan nilai regresi sebesar 0,9966 dan nilai konstanta laju

reaksi sebesar 1,19 x 10-12

mol/s.

Maka persamaan untuk kinetika laju reaksi penyisihan amonia adalah

2/512- ..10 x 1,19 AA

A Cdt

dCr

(4.6)

Setiap tingkat memiliki nilai konstanta yang berbeda beda. Tingkat 1 memiliki

nilai konstanta yang lebih besar daripada tingkat 2, tetapi tingkat 2 memiliki nilai

konstanta yang lebih kecil daripada tingkat 3. Perbedaan nilai konstanta ini dapat

disebabkan karena beberapa faktor, antara lain yaitu dari laju reaksi yang terjadi.

Karena semakin besar laju reaksi maka nilai konstanta akan semakin besar begitu

juga sebaliknya. Laju reaksi ditentukan oleh nilai gradien penyisihan konsentrasi

dengan pangkat orde reaksi. Semakin besar nilai gradien konsentrasi penyisihan

amonia maka laju reaksi juga akan semakin besar. Berdasarkan persen penyisihan

amonia dapat dilihat bahwa penyisihan tingkat 1 hanya sebesar 0,92 %, untuk

tingkat 2 sebesar 2,21 % dan untuk tingkat 3 sebesar 2,47 %. Maka dengan nilai


persen penyisihan yang kecil diperoleh juga nilai konstanta laju reaksi yang kecil

juga.

Analisa terhadap proses dapat juga menyebabkan variasi nilai konstanta laju

reaksi, yaitu dari proses ozonasi dan membran. Ada keterkaitan antara nilai

gradien konsentrasi penyisihan amonia dengan proses yang terjadi. Penyisihan

amonia dari air dapat dilakukan dengan ozon. Ketersediaan ozon sebanding lurus

dengan jumlah polutan. Konsentrasi amonia terlarut berada dalam jumlah besar

yaitu 58,78 mg/L. Produksi ozon atau radikal OH yang terbatas menyebabkan

penyisihan amonia tidak maksimal yang menyebabkan gradien konsentrasi

penyisihan menjadi kecil sehingga konstanta laju reaksi dapat berubah untuk tiap

tingkat.

Faktor lain yang mempengaruhi perubahan nilai konstanta laju reaksi untuk

tiap tingkat adalah sifat fisik dari amonia. Amonia bereaksi sangat lambat dengan

ozon, sehingga penyisihan tidak maksimal.

Faktor lainnya yang dapat mempengaruhi perubahan konstanta laju reaksi

adalah nilai pH. Reaksi oksidasi antara ozon dengan amonia akan efektif pada pH

di bawah normal (pH<7). Karena ketika larutan yang mengandung amonia

memiliki pH 7, maka dalam larutan tersebut amonia dalam bentuk kation (NH4+)

yang lebih dominan dibandingkan dengan amonia dalam bentuk molekul (NH3)

(Said, 2003). Sedangkan ozon maupun OH•

lebih mudah mengoksidasi NH3

dibandingkan dengan NH4+ . Tetapi pada grafik perubahan pH di bawah ini dapat

dilihat bahwa selama proses berlangsung kondisi pH dominan berada di atas pH

normal. Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk proses

penyisihan amonia.

Gambar 4.18 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan Amonia

6,86,9

77,17,27,37,4

0 10 20 30

pH

waktu (menit)

tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3


Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan amonia untuk persamaan

yang paling linear

Gambar 4.19 Hasil Linearisasi pada orde (n=5/2) untuk penyisihan Ammonia

Gambar 4.19 menunjukan grafik linearisasi untuk penyisihan amonia.

Persamaan yang paling linear berada pada tingkat 2 yaitu sebesar 0,9966. Nilai

konstanta laju reaksi untuk tingkat 2 memiliki nilai yang sangat kecil yaitu sebesar

1,19 x 10-12

mol/s. Laju reaksi penyisihan pada tingkat 2 berjalan lambat. Orde

reaksi sebagai angka yang menyatakan ketergantungan laju reaksi terhadap nilai

perubahan konsentrasi. Walaupun nilai orde reaksi pada tingkat 2 memiliki nilai

yang besar yaitu 5/2 dan gradien penyisihan konsentrasi dari 58,84 mg/L menjadi

57,54 mg/L, tetapi karena nilai konstanta laju reaksi kecil, maka laju reaksi

berjalan lambat. Orde reaksi penyisihan amonia berada pada nilai 5/2, artinya

bahwa untuk menghasilkan persamaan yang linear dibutuhkan pangkat yang

besar, karena perubahan konsentrasi penyisihan amonia sangat kecil.

4.4.4 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzene Sulfonat

(LAS)

y = -0,001x + 0,0007R² = 0,8234

y = -0,0028x - 0,002R² = 0,996

y = -0,0029x - 0,0003R² = 0,9387

(0,1000)

(0,0800)

(0,0600)

(0,0400)

(0,0200)

-

0,0200

0 10 20 30 40

CA

^0.5

-C

A0

^0.5

t - t0tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3


Dari data persen penyisihan LAS, dapat ditentukan nilai regresi linearnya beserta nilai

tetapan laju reaksi dengan cara menggunakan grafik linearitas dengan persamaan kinetika

pangkat sederhana. Berikut ini adalah tabel nilai regresi dari penyisihan LAS :

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Nilai Regresi linear dan Tetapan Laju Reaksi pada Data

Penyisihan LAS

Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,8892 0,9509 0,9982 1,59 x 10-9

1,56 x 10-9

2,14 x 10-9

1/2 0,8546 0,8197 0,9921 1,03 x 10-9

1,59 x 10-9

2,10 x 10-9

1 0,849 0,8078 0,9764 9,10 x 10-10

1,67 x 10-9

2,72 x 10-9

3/2 0,8411 0,7904 0,949 5,35 x 10-11

1,10 x 10-10

2,28 x 10-10

2 0,8314 0,7692 0,9126 4,69 x 10-11

1,20 x 10-10

3,08 x 10-10

5/2 0,8200 0,7465 0,8711 6,69 x 10-12

2,68 x 10-11

8,03 x 10-11


penyisihan organik LAS. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi yang

paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi sebesar

0,8892. Akan tetapi nilai regresi ini masih jauh dari linear atau mendekati 1.

Persamaan untuk tingkat 1 tidak dapat dijadikan linear, karena kemungkinan

dibutuhkan orde yang lebih tinggi untuk mencapai hasil maksimal untuk

persamaan yang linear. Sedangkan persen penyisihan untuk LAS adalah nilai

persen yang cukup besar. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,59 x

10-9

mol/s pada orde 0.


dihasilkan pada saat orde reaksi 0 yaitu sebesar 0,9509. Pada tingkat 2 persamaan

lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai

konstanta laju reaksi sebesar 1,56 x 10-9

mol/s.




mol/s.






mol/sec.

Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan LAS adalah

09- .10 x 2,14 AA

A Cdt

dCr

(4.7)

Nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan LAS untuk tiap tingkat juga mengalami

fluktuatif atau perbedaan. Seperti dapat dilihat bahwa nilai konstanta laju reaksi untuk

tingkat 1 lebih besar dari tingkat 2, tetapi konstanta laju reaksi untuk tingkat 2 lebih kecil

dari tingkat 3. Nilai konstanta laju reaksi dapat dipengaruhi oleh dari nilai data

penyisihan ataupun juga dari selama proses berlangsung. Data penyisihan konsentrasi

menyatakan besarnya laju reaksi, semakin besar nilai gradien konsentrasi maka laju

reaksi semakin besar dengan pangkat orde yang besar juga. Dari data persen penyisihan

LAS dapat dilihat bahwa pada tingkat 1 penyisihan total sebesar 37,10 %, untuk

penyisihan pada tingkat 2 sebesar 57,78% dan untuk penyisihan pada tingkat 3 adalah

69,98 %.

Proses yang terjadi selama proses penyisihan LAS dapat mempengaruhi perbedaan

nilai konstanta laju reaksi untuk tiap tingkat. Pada tingkat 1 nilai konstanta lebih besar

dari tingkat 2 yaitu 2,59 x 10-9

mol/s dan tingkat 2 sebesar 1,03 x 10-9

mol/s. Pada saat

tingkat 1 nilai konstanta laju reaksi lebih besar dapat dianalisa dari proses ozonasi

maupun filtrasi. Reaksi ozon dengan LAS berjalan baik. Jika dikaitkan dengan

penyisihan LAS, maka kondisi pH akan mempengaruhi proses ozonasi karena nilai pH

merupakan variabel penting dalam dekomposisi ozon. pada pH larutan antara 4 – 9 maka

akan terjadi reaksi antara LAS dengan ozon yaitu reaksi langsung dan tidak langsung

dengan ozon. (Said.2003). Reaksi oksidasi langsung oleh ozon dalam air merupakan

reaksi molekul ozon dengan ikatan tak jenuh dan akan memicu terjadinya pemecahan

ikatan sedangkan reaksi tidak langsung yaitu dengan memanfaatkan hidroksil radikal

yang merupakan hasil dekomposisi dari ozon. Dari grafik perubahan pH terhadap waktu

untuk penyisihan LAS dapat dilihat bahwa selama proses terjadi perubahan pH tidak

terlalu signifikan. Tetapi kondisi pH masih berada di bawah kondisi yang optimal.

Berikut ini adalah grafik perubahan pH terhadap waktu untuk penyisihan LAS.


Gambar 4.20 Perubahan pH Terhadap Waktu pada Proses Penyisihan LAS

Sedangkan pada tingkat 2 nilai konstanta laju reaksi memiliki nilai yang lebih

kecil dibandingkan dengan tingkat 1 yaitu sebesar 1,56 x 10-9

mol/s. Nilai konstanta laju

reaksi yang lebih kecil dapat dikarenakan pada proses tingkat 2 kurang optimal. Hal ini

dapat dianalisa dari tahapan proses penyaringan. Nilai konstanta laju reaksi yang kecil

juga akan menyebabkan laju reaksi berjalan lambat. Laju reaksi dapat dikarenakan oleh

proses yang kurang optimal. Filtrasi dapat menyebabkan penurunan konstanta dan laju

reaksi. Hal ini dapat terjadi karena membran mikrofiltrasi tidak mampu menyisihkan ion

natrium dan sulfat yang merupakan hasil oksidasi gugus sulfonat dengan radikal

hidroksida serta ion-ion lainnya yang mungkin ada pada air limbah sehingga dapat lolos

dari membran. sehingga penyisihan LAS tidak optimal dan laju reaksi akan berpengaruh.

Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta laju reaksi naik menjadi 2,14 x 10-9

mol/s. Perbedaan nilai laju reaksi dari tingkat 2 ke tingkat 3 dapat dikarenakan pada saat

tingkat 3 gradien penyisihan konsentrasi lebih lebih besar dari 18,75 mg/L menjadi 5,02

mg/L, sehingga nilai laju reaksi dan konstanta laju reaksi akan ikut berpengaruh.

Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan Linear Alkilbenzene

Sulfonat yang paling linear

7,7

7,8

7,9

8

8,1

8,2

0 10 20 30p

Hwaktu (menit)

tingkat 1

tingkat 2

tingkat 3


Gambar 4.21 Hasil Linearisasi pada orde 0 untuk penyisihan LAS

Persamaan yang dapat dijadikan paling linear ada pada orde reaksi 0. Reaksi

dengan orde 0 adalah reaksi dimana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi

reaktan. Penambahan maupun pengurangan konsentrasi reaktan tidak mengubah laju

reaksi. Orde reaksi menyatakan ketergantungan nilai laju reaksi terhadap perubahan

konsentrasi. Untuk menghasilkan nilai laju reaksi maka dibutuhkan gradien konsentrasi

yang besar, sehingga persamaan menjadi linear, dan nilai orde reaksi akan menentukan

besarnya nilai laju reaksi. Akan tetapi karena gradien penyisihan pencemar organik LAS

sudah besar, maka tidak dibutuhkan nilai orde reaksi yang besar untuk menghasilkan laju

reaksi yang besar.

4.4.5 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Besi (Fe) Campuran

Data penyisihan campuran besi dengan pencemar lainnya selanjutnya

ditentukan nilai regresi linear dan nilai tetapan laju reaksi berdasarkan grafik.

Berikut ini adalah data yang dihasilkan dengan grafik linearitas :

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada bahan

pencemar campuran untuk logam besi

Orde Reaksi

Regrensi linear (R2) Tetapan Laju Reaksi (k)

Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,6915 0,6295 0,6059 4,18 x 10-8

3,94 x 10-8

3,67 x 10-8

½ 0,8144 0,7089 0,631 8,68 x 10-9

8,95 x 10-9

8,3 x 10-9

y = -0,2807x - 0,457R² = 0,8577

y = -0,3647x - 0,727R² = 0,8246

y = -0,3989x + 0,086R² = 0,9954

(14,0000)

(12,0000)

(10,0000)

(8,0000)

(6,0000)

(4,0000)

(2,0000)

-

2,0000

0 5 10 15 20 25 30

CA

-C

A0

t - t0



1 0,9545 0,87 0,7124 3,80 x 10-8

4,93 x 10-8

4,36 x 10-8

3/2 0,919 0,9627 0,8255 1,44 x 10-8

2,78 x 10-8

2,32 x 10-8

2 0,7843 0,9506 0,8505 1,14 x 10-7

3,55 x 10-7

2,89 x 10-7

5/2 0,692 0,9282 0,7987 2,02 x 10-7

1,03 x 10-6

8,40 x 10-7


penyisihan logam besi campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai

regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 1 dengan nilai

regresi sebesar 0,9545. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 3,80 x 10-

8 mol/sec pada orde 1.





mol/sec.




mol/sec.





mol/sec.

Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan logam besi campuran adalah

18- .10 x 3,80 AA

A Cdt

dCr

(4.7)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan logam besi campuran

pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada

penyisihan besi tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 besi campuran

memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data besi tunggal. Pada

besi tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,38 x 10-8

mol/sec sedangkan pada

data besi campuran sebesar 3,80 x 10-8

mol/sec . Nilai orde reaksi juga berbeda

untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data besi tunggal linear tercapai

pada orde 3/2 sedangkan pada besi campuran pada orde reaksi 1. Untuk tingkat 2


pada data besi campuran memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih kecil

dibandingkan dengan data besi tunggal. Nilai konstanta untuk besi tunggal sebesar

2,95 x 10-8

mol/sec dan untuk data besi campuran sebesar 2,78 x 10-8

mol/sec

dengan orde reaksi 2 untuk data tunggal dan 3/2 untuk data campuran. Sedangkan

pada tingkat 3 nilai konstanta jauh bebeda dengan nilai konstanta data besi

tunggal sebesar 9,43 x 10-7

mol/sec dan data besi campuran sebesar 2,89 x 10-7

mol/sec.Perbedaan nilai konstanta pada penyisihan logam besi antara campuran

dan tunggal dapat terjadi karena pada data campuran ketika logam besi

dicampurkan bersama dengan pencemar lainnya maka sifat fisik ataupun proses

akan berpengaruh. Persen penyisihan logam besi campuran sebesar 99,17 %,

sedangkan untuk data tunggal sebesar 98,96 %. Perbedaan ini dapat menyebabkan

nilai konstanta akan berbeda juga. Ketika besi dicampurkan ke dalam bahan

pencemar maka jumlah radikal hidroksida juga akan bertambah yang

menyebabkan pH reaksi menjadi naik. Oksidasi besi berjalan optimal dengan pH

yang tinggi, dan juga oksidasi besi lebih cepat terjadi ketika dicampur dengan

logam lain. Hal ini yang menyebabkan nilai konstanta laju reaksi penyisihan besi

campuran lebih besar dibandingkan dengan data besi tunggal untuk tingkat 1.

Pada tingkat selanjutnya perbedaan nilai ditunjukan signifikan pada tingkat

3. Pada data besi tunggal memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar

dibandingkan dengan data besi campuran. Perbedaan ini dapat disebabkan gradien

konsentrasi penyisihan data tunggal lebih besar dibandingkan dengan data

campuran. Untuk orde reaksi sama sama memiliki nilai orde reaksi yang tinggi,

karena penyisihan yang besar maka orde reaksi juga besar untuk persamaan

menjadi linear.

Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan logam besi campuran

y = -0,1275x - 0,2761R² = 0,9545

y = -0,1651x - 0,728R² = 0,87

y = -0,1462x - 1,1158R² = 0,7124

(6,0000)

(5,0000)

(4,0000)

(3,0000)

(2,0000)

(1,0000)

-

0 5 10 15 20 25 30

ln C

a -

ln C

a0

t - t0

tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3Identifikasi laju..., Ardhian Solichin, FT UI, 2011

Gambar 4.22 Hasil Linearisasi pada orde (n=1) untuk penyisihan logam besi campuran

4.4.6 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Logam Mangan (Mn) Campuran

Berikut ini adalah data nilai regresi dan tetapan laju reaksi dari logam mangan

campuran.

Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Nilai Regrensi linear dan tetapan laju reaksi pada

bahan pencemar campuran untuk Mangan

Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,9199 0,9811 0,891 6,89 x 10-9

1,07 x 10-8

7,40 x 10-9

1/2 0,9147 0,981 0,8965 7,58 x 10-10

1,14 x 10-9

8,65 x 10-10

1 0,9094 0,9806 0,9019 1,37 x 10-9

2,12 x 10-9

1,61 x 10-9

3/2 0,9094 0,9806 0,9019 6,98 x 10-10

1,06 x 10-9

8,19 x 10-10

2 0,8986 0,9793 0,9124 2,73 x 10-10

4,55 x 10-10

3,64 x 10-10

5/2 0,8931 0,9783 0,9174 2,71 x 10-7

7,58 x 10-10

4,55 x 10-10


penyisihan logam mangan campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai

regresi yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai

regresi sebesar 0,9199. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 6,89 x

10-9

mol/s.


dihasilkan pada saat orde reaksi 0 yaitu sebesar 0,9811. Pada tingkat 2 persamaan

lebih mendekati linear, karena nilai regresi yang lebih mendekati 1 dengan nilai

konstanta laju reaksi sebesar 1,07 x 10-8

mol/s.


dapat dijadikan paling linear adalah pada orde 3/2 dengan nilai regresi sebesar


mol/s.





mol/s.


Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan logam mangan campuran

adalah

08- .10 x 1,07 AA

A Cdt

dCr

(4.8)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan logam mangan

campuran pada tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama

halnya pada penyisihan mangan tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1

mangan campuran memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data

mangan tunggal. Pada mangan tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 3,34 x

10-10

mol/s sedangkan pada data mangan campuran sebesar 6,89 x 10-9

mol/s.

Nilai orde reaksi juga berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada

data mangan tunggal linear tercapai pada orde 2 sedangkan pada mangan

campuran pada orde reaksi 0. Untuk tingkat 2 pada data mangan campuran

memiliki nilai konstanta laju reaksi yang lebih besar dibandingkan dengan data

mangan tunggal. Nilai konstanta untuk mangan tunggal sebesar 1,67 x 10-10

mol/s

dan untuk data mangan campuran sebesar 1,07 x 10-8

mol/s dengan orde reaksi 2

untuk data tunggal dan 0 untuk data campuran. Sedangkan pada tingkat 3 nilai

konstanta berbeda dengan nilai konstanta data mangan tunggal sebesar 2,71 x10-9

mol/s dan data mangan campuran sebesar 8,19 x 10-10

mol/s.

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada data mangan tunggal maupun data

mangan campuran dapat terjadi karena beberapa hal. Antara lain dari sifat fisik dan kimia

dari mangan akan berbeda ketika mangan dicampur dengan pencemar lain. Pada tingkat 1

penyisihan tunggal memiliki nilai yang kecil dibandingkan dengan data mangan

campuran, karena pada saat campuran mangan dengan pencemar lain maka proses

oksidasi mangan lebih cepat terjadi dibandingkan dengan data tunggal. Hal lain dapat

menyebabkan perbedaan nilai konstanta laju reaksi antara data tunggal dengan data

campuran adalah dari gradien penyisihan konsentrasi mangan campuran lebih besar

dibandingkan dengan data mangan tunggal, sehingga menyebabkan laju reaksi campuran

menjadi lebih besar dan konstanta laju reaksi juga akan besar. Berbeda pada tingkat 3,

pada data tunggal nilai jauh dibawah nilai data campuran. Perbedaan ini sangat jauh dan


dapat disebabkan oleh proses yang lebih maksimal pada penyisihan logam mangan data

campuran.

Orde reaksi pada data tunggal yang menunjukan persamaan yang paling linear

terjadi pada tingkat orde 0, sedangkan nilai orde reaksi yang menunjukan persamaan

paling linear terjadi pada orde reaksi 0 juga. Reaksi dengan orde 0 adalah reaksi dimana

laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Penambahan maupun pengurangan

konsentrasi reaktan tidak mengubah laju reaksi. Secara data matematis dapat dikatakan

bahwa mangan tidak memiliki nilai laju reaksi yang besar terhadap ozon sehingga untuk

membuat persamaan menjadi linear tidak dibutuhkan nilai orde reaksi yang tinggi.

Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan logam mangan

campuran

Gambar 4.23 Hasil Linearisasi pada orde (n=0) untuk penyisihan logam

mangan campuran

4.4.7 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Amonia (NH3) Campuran

y = -0,0227x + 0,053R² = 0,9199

y = -0,0325x + 0,025R² = 0,9811

y = -0,0244x - 0,099R² = 0,891

(1,2000)

(1,0000)

(0,8000)

(0,6000)

(0,4000)

(0,2000)

-

0,2000

0 5 10 15 20 25 30

Ca

-C

a0

t - t0

tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3Linear (tingkat 1) Linear (tingkat 2) Linear (tingkat 3)


Data penyisihan dari Amonia selanjutnya ditentukan nilai dari tetapan laju

reaksi beserta nilai regresi dengan menggunakan persamaan grafik linearitas.

Berikut ini adalah data yang dihasilkan :


pencemar campuran untuk Ammonia

Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,9936 0,8330 0,9708 5,00 x 10-8

3,46 x 10-8

4,04 x 10-8

1/2 0,9934 0,8332 0,9711 1,66 x 10-9

1,13 x 10-9

1,31 x 10-9

1 0,9932 0,8334 0,9715 8,32 x 10-10

5,94 x 10-10

7,13 x 10-10

3/2 0,9929 0,8336 0,9718 0,00 1,78 x 10-11

2,38 x 10-11

2 0,9926 0,8337 0,9722 1,19 x 10-11

9,51 x 10-12

1,19 x 10-11

5/2 0,9924 0,8339 0,9725 0,00 1,19 x 10-12

1,19 x 10-12


penyisihan amonia campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi

yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 0 dengan nilai regresi

sebesar 0,9936. Nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 5,00 x 10-8

mol/s.



persamaan lebih menjauhi linear, karena nilai regresi yang lebih menjauhi 1


mol/s.




mol/s.





mol/s.

Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan amoni campuran adalah


08- .10 x 5,00 AA

A Cdt

dCr

(4.9)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan amonia campuran pada

tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada

penyisihan amonia tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 amonia campuran

memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data amonia tunggal.

Pada amonia tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,89 x 10-8

mol/s sedangkan

pada data amonia campuran sebesar 5,00 x 10-8

mol/s. Nilai orde reaksi juga

berbeda untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data amonia tunggal

linear tercapai pada orde 0 sedangkan pada amonia campuran pada orde reaksi 0

juga. Untuk tingkat 2 pada data amonia campuran memiliki nilai konstanta laju

yang sama dengan data amonia tunggal. Nilai konstanta untuk amonia tunggal

sebesar 1,19 x 10-12

mol/s dan untuk data amonia campuran sebesar 1,19 x 10-12

mol/s dengan orde reaksi 5/2 untuk data tunggal dan 5/2 untuk data campuran.

Sedangkan pada tingkat 3 nilai konstanta data amonia tunggal sebesar 5,07 x 10-8

mol/s dan data amonia campuran sebesar 1,19 x 10-12

mol/s.

Perbedaan yang signifikan terjadi pada tingkat 1. Nilai konstanta laju reaksi

untuk data tunggal amonia memiliki nilai konstanta yang lebih kecil dibandingkan

dengan data campuran. Pada saat amonia tunggal diproses melalui ozonasi maka

berdasarkan sifat fisik amonia yang kurang reaktif terhadap radikal OH sehingga

proses kurang maksimal. Hal lain berbeda terjadi ketika amonia dicampur

bersama dengan pencemar lain dan diproses bersama yang menyebabkan lebih

reaktif terhadap radikal OH. Maka ini yang menyebabkan konstanta laju reaksi

untuk amonia campuran lebih besar dibandingkan data amonia tunggal. Karena

pada dasarnya amonia kurang reaktif terhadap radikal OH ataupun ozon maka

untuk tingkat selanjutnya tidak terjadi perubahan nilai konstanta laju reaksi.

Orde reaksi yang menunjukan persamaan linear diperoleh pada orde 0 untuk

data amonia campuran, sedangkan pada data amonia tunggal terjadi pada orde

reaksi tinggi yaitu 5/2. Perbedaan orde reaksi ini dikarenakan perbedaan atau

gradien penyisihan konsentrasi untuk amonia campuran lebih besar dibandingkan

dengan data amonia tunggal. Sehingga untuk mendapatkan persamaan yang linear


hanya berada pada orde 0 artinya selama proses laju reaksi penyisihan amonia

campuran adalah sama.

Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan amonia campuran pada data yang

paling linear

Gambar 4.24 Hasil Linearisasi pada orde nol (n=0) pada penyisihan

Ammonia campuran

4.5.8 Identifikasi Laju Reaksi Penyisihan Linear Alkilbenzne Sulfonat Campuran

Data penyisihan LAS kemudian diaplikasikan ke dalam persamaan kinetika. Data

untuk nilai regresi dan konstanta laju reaksi pada data LAS campuran dilakukan untuk 3

tingkat proses.

Berikut ini adalah data nilai konstanta dan regresi linear untuk LAS campuran.


pencemar campuran untuk LAS

y = -0,0421x + 0,039R² = 0,9936

y = -0,0291x - 0,096R² = 0,833

y = -0,034x - 0,06R² = 0,9708

(1,4000)

(1,2000)

(1,0000)

(0,8000)

(0,6000)

(0,4000)

(0,2000)

-

0,2000

0 5 10 15 20 25 30

Ca

-C

a0

t - t0



Orde Reaksi


Tingkat Tingkat

(n) 1 2 3 1 2 3

0 0,991 0,9607 0,9416 2,80 x 10-8

2,80 x 10-8

2,57 x 10-8

1/2 0,9936 0,9794 0,9543 1,97 x 10-9

1,78 x 10-9

2,08 x 10-9

1 0,9907 0,9923 0,9613 1,91 x 10-9

1,83 x 10-9

2,76 x 10-9

3/2 0,9823 0,9987 0,963 1,20 x 10-10

1,20 x 10-10

1,20 x 10-10

2 0,9687 0,9984 0,9605 1,20 x 10-10

1,27 x 10-10

3,28 x 10-10

5/2 0,9505 0,9918 0,9549 2,68 x 10-11

2,68 x 10-11

8,70 x 10-11


penyisihan LAS campuran. Dari data tingkat 1 dapat dilihat bahwa nilai regresi

yang paling linear atau mendekati 1 adalah pada orde 1/2 dengan nilai regresi

sebesar 0,9936 dengan nilai konstanta laju reaksi pada tingkat 1 adalah 1,97 x 10-9

mol/s.





mol/s.




mol/s.





mol/s.

Maka persamaan kinetika laju reaksi penyisihan LAS campuran adalah

2/39- .10 x 1,97 AA

A Cdt

dCr

(4.10)

Perbedaan nilai konstanta laju reaksi pada penyisihan LAS campuran pada

tiap tingkat juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor, sama halnya pada

penyisihan LAS tunggal. Konstanta laju reaksi pada tingkat 1 LAS campuran


memiliki nilai yang lebih besar daripada konstanta untuk data LAS tunggal. Pada

LAS tunggal konstanta pada tingkat 1 sebesar 1,59 x 10-12

mol/s sedangkan pada

data LAS campuran sebesar 1,97 x 10-9

mol/s. Nilai orde reaksi juga berbeda

untuk menunjukan persamaan yang linear. Pada data LAS tunggal linear tercapai

pada orde 0 sedangkan pada LAS campuran pada orde reaksi 1/2. Untuk tingkat 2

pada data LAS campuran memiliki nilai konstanta laju reaksi sebesar 1,20 x 10-10

mol/s, sedangkan pada LAS tunggal nilai konstanta sebesar 1,56 x 10-9

mol/s

dengan orde reaksi 0 untuk data tunggal dan 3/2 untuk data campuran. Sedangkan

pada tingkat 3 nilai konstanta laju reaksi data LAS tunggal sebesar 2,14 x 10-9

mol/s dan nilai konstanta data LAS campuran sebesar 1,20 x 10-10

mol/s.

Pada dasarnya bahan organik seperti LAS adalah reaktif terhadap radikal OH

ataupun ozon. Tetapi ketika bahan pencemar LAS dicampurkan dengan bahan pencemar

lain maka terjadi hal tambahan yang membuat LAS pada campuran memiliki konstanta

laju reaksi yang lebih besar dibandingkan dengan data LAS tunggal. Hal yang

membedakan adalah pada dasarnya penyisihan untuk LAS tidak jauh berbeda ketika

bahan pencemar tersebut sebagai bahan pencemar tunggal pada unit pengolahan air. Hal

tersebut bisa disebabkan karena presipitat besi dan mangan yang terbentuk dari proses

oksidasi dapat membantu dalam menyisihkan senyawa organik (seperti LAS), akibat

serapan (sorption) dari partikel teroksidasi tersebut. Seperti halnya penelitian yang

dilakukan oleh kwang Ho Choo dkk(2005), yang menyimpulkan bahwa endapan material

oleh oksidasi (ferrihidrat) dapat berperan dalam menghilangkan NOM (natural organic

matter) dan kekeruhan dari air dengan cara menyerapnya. Hal ini yang menjadikan nilai

konstanta pada tingkat 1 data campuran lebih besar dibandingkan dengan data tunggal.

Tetapi pada tingkat 2 nilai konstanta ini menurun, hal ini dapat disebabkan proses

absorbsi oleh endapan logam sudah tidak maksimal lagi, dan pada saat LAS campuran

radikal OH akan bereaksi dengan logam besi terlebih dahulu sehingga menyebabkan laju

reaksi untuk tingkat 2 menurun yang ditandai dengan menurunnya nilai konstanta laju

reaksi. Begitu juga yang terjadi pada tingkat 3 sama halnya yang terjadi pada tingkat 2.

Berikut ini adalah grafik linearisasi untuk penyisihan LAS campuran


Gambar 4.25 Hasil Linearisasi pada orde 1 (n=1) untuk penyisihan LAS campuran

y = -0,1275x - 0,2761R² = 0,9545

y = -0,1651x - 0,728R² = 0,87

y = -0,1462x - 1,1158R² = 0,7124

(6,0000)

(5,0000)

(4,0000)

(3,0000)

(2,0000)

(1,0000)

-

0 5 10 15 20 25 30ln

Ca

-ln

Ca0

t - t0

n = 1

tingkat 1 tingkat 2 tingkat 3Linear (tingkat 1) Linear (tingkat 2) Linear (tingkat 3)


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari Penelitian mengenai studi kinetika dari reaksi penyisihan Besi (Fe), Mangan

(Mn), Amonia (NH3), dan Linear Alkil Benzen Sulfonat (LAS) melalui proses hibrida

ozonasi gelembung mikro dan filtrasi membran yang telah dilakukan, dimana studi

kinetika tersebut dilakukan dengan pendekatan matematis sederhana menggunakan

metode hukum pangkat, dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya:

1. Proses penyisihan limbah secara data tunggal lebih besar dibandingkan

dengan penyisihan data campuran.

2. Dikarenakan ketidaktersediaan data konsentrasi ozon pada air hasil

olahan, maka persamaan kinetika hanya dipengaruhi oleh konstanta laju

reaksi dari proses gabungan dan konsentrasi polutan.

3. Pada studi kinetika proses penyisihan besi, diketahui bahwa nilai konstanta

laju reaksi (k) pada tingkat 1 sebesar 1,38 x 10-8

mol/s, tingkat 2 sebesar

2,95 x 10-8

mol/s, dan tingkat 3 sebesar 9,43 x 10-7

mol/s.

4. Pada studi kinetika proses penyisihan mangan, dihasilkan nilai konstanta

laju reaksi (k) pada tingkat 1, tingkat 2, dan tingkat 3 masing-masing

sebesar 3,34 x 10-10

mol/s, 1,67 x 10-10

mol/s, dan 9,71 x 10-9

mol/s.

5. Pada studi kinetika proses penyisihan amonia, menjelaskan bahwa

konstanta laju reaksi penyisihan amonia pada tingkat 1, tingkat 2, dan

tingkat 3 masing-masing hanya sebesar 1,89 x 10-8

mol/s, 1,19 x 10-12

mol/s, dan 5,07 x 10-8

mol/s

6. Pada studi kinetika proses penyisihan linier alkil benzene sulfonat,

didapatkan konstanta laju reaksi penyisihan pada tingkat 1, tingkat 2, dan

tingkat 3 masing-masing sebesar 1,59 x 10-9

mol/s, 1,56 x 10-9

mol/s, dan

2,14 x 10-9

mol/s.

7. Untuk menghasilkan laju reaksi yang besar, maka syarat utama nya adalah

gradien penyisihan konsentrasi harus besar juga.


5.2 Saran

Beberapa hal yang penulis sarankan dalam identifikasi laju reaksi ini adalah agar

proses antara ozonasi dan filtrasi dipisahkan. Karena hal ini akan terkait dengan

informasi kinetika. Sedangkan kinetika pada ozonasi hanya spesifik untuk proses ozonasi

saja.


DAFTAR PUSTAKA

Amonia. (n.d). July 5, 2010. http://id.wikipedia.org/wiki/Amonia.

Amonia (NH3). (n.d). July 5, 2010.

http://www.pupukkaltim.com/img/images//page/MSDS%20Amoniak.pdf

Andreozzi, Roberto., At al. (1999). Advance Oxidation Processes (AOP) for water

purification and recovery.

Awaluddin. N. (2007). Teknologi pengolahan air tanah sebagai sumber air minum pada

skala rumah tangga. Seminar ”Peran mahasiswa dalam aplikasi keteknikan

menuju globalisasi teknologi” Pekan Apresiasi Mahasiswa LEM-FTSP

Universitas Islam Indonesia 2007 Des 17-18

Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) Provinsi DKI Jakarta. (2006).

Kualitas air tanah di Provinsi DKI Jakarta. Mei 10, 2010.

http://bplhd.jakarta.go.id/NKLD%202006/Buku-I/Docs/3-3212.htm

Badan Pusat Statistik (BPS) Jakarta. (2008). Persentase rumah tangga menurut kota dan

sumber air minum tahun 2008. Jul 15, 2010.

http://medicastrore.com/seminar/102/Pentingnya_Minum_Air_yang_Cukup_setia

p_Hari.html

Bealtran, Fernando J. (2004). Ozone reaction kinetics for water and wastewater

Treatment. Florida : Lewis Publishers.

Bealtran, Fernando J., Juan F, Gracia-Araya dan Pedro M. Alvarez. (2000). Sodium

dodecylbenzenesulfonate removal from water and wastewater 1. Kinetics of

decomposition of ozone. American Chemical Society 2000 Jun 13

Bekti. (2009). Pentingnya minum air yang cukup setiap hari. Jul 15, 2005.

http://medicastrore.com/seminar/102/Pentingnya_Minum_Air_yang_Cukup_setia

p_Hari.html

Bismo, S. (1998). Kinetika dan kinerja produksi ozon pada prototipe ozonator untuk

pengolahan limbah cair industri “. Prosiding seminar teknik kimia 1998 Oct 27-

28. TGP-FT UI Jakarta.

Bismo, S., Karamah F. Eva., (2008). Pengaruh dosis koagulan PAC dan surfaktan SLS

terhadap kinerja proses pengolahan limbah cair yang mengandung logam besi


http://id.wikipedia.org/wiki/Amonia

(Fe), tembaga (Cu), dan nikel (Ni) dengan flotasi ozon. Prosiding Seminar

Nasional Teknik Kimia ISBN 978-979-98645-4-9.

Budiyono dan Buchori L. (2007). The performance of reverse osmosis membrane in

water treatment. Journal Teknik 2007, 29(1), 0852-1697.

BPPT. (n.d). Bab 1 Masalah pencemaran air di wilayah DKI Jakarta. Jul 6, 2010.

http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirLimbahDomestikDKI/BAB1MAS

ALAH.pdf

HERA (Human and Environmental Risk Assessment). (2002). Linear Alkylbenzene

Sulphonate [Online]. Jul 5, 2010. www.heraproject.com

Hoigne', J., Bader, H., Haag, W.R., dan Staehelin, J. (1985). Rate constants of reactions

of ozone with organic and inorganic compounds in water - III, Water Research,

19(8), 993

I. Oyane, M. Futura, C. E. Stavarache, K. Hashiba, S. Mukai, M Nakanishi et.al. (2005).

Inactivation of cryptosporidium parvum by ultrasonic irradiation. Journal

Enviromental science and technology, 39(18), 7294-98

Iron. (n.d). Jun 3, 2010. http://en.wikipedia.org/wiki/Iron

Iron Metal MSDS. (n.d). Aug 10, 2010.

http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9924400

Iron and manganese. (n.d). Aug 25, 2010. http://www.wrights-

trainingsite.com/iron_mangonb.html

Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor

907/MENKES/SK/VII/2002.(2002).Tentang syarat-syarat dan pengawasan air

minum. www.icel.or.id/indekx2.php?option=com_content& do_pdf=1.

Kwang-Ho Choo, Haebum Lee, Sang-June Choi. (2005). Iron and manganese removal

and membrane fouling during UF in conjunction with prechlorination for drinking

water treatment. Journal of Membrane Science, 267, 18–26

Lembaga Kajian Ekologi dan Konservasi Lahan Basah , 2003.

Lenore S. Clescerl, Andrew D. Eaton, Eugene W. Rice (2005). Standard Methods for

Examination of Water & Wastewater (21st ed.). Washington, DC: American

Public Health Association


http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirLimbahDomestikDKI/BAB1MASALAH.pdf

http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirLimbahDomestikDKI/BAB1MASALAH.pdf

http://www.heraproject.com/

http://en.wikipedia.org/wiki/Iron


http://www.wrights-trainingsite.com/iron_mangonb.html

http://www.wrights-trainingsite.com/iron_mangonb.html

Linear alkylbenzene sulfonic acid. (n.d). Jul 5, 2010.

http://www.chemicalland21.com/specialtychem/perchem/LAS.htm

Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS). (n.d). Jul 5, 2010.

http://www.scienceinthebox.com/en_UK/pdf/LAS.pdf

Manganese MSDS. (n.d). Aug 10, 2010.


Manganese. (n.d). July 5, 2010. http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

Manis Kumar, Samer S Adham, William R Pearce. (2006). Investigation of seawater

reverse osmosis fouling and its relationship to pretreatment type, Enviromental

Science and Technology, 40, 2037-44

MSDS Anhydrous Ammonia. (n.d). Aug 10, 2010.

http://www.alliedaviation.com/locations/pipeline/MSDS.pdf

MSDS Linear Alkylbenzene Sulfonate. (n.d). Aug 10, 2010.

http://www.labchem.net/msds/75441.pdf

Ozone properties. (n.d). Mar 8, 2010. http://www.ozoneapplications.com.

Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 43 Tahun 2008 tentang Air Tanah.

(2008). http://hukum.jogjakota.go.id/upload/PP%20No.43-2008.pdf

Pusat Audit Teknologi di wilayah Jabotabek pada tahun 2002.

http://buletin.melsa.net.id/news/46deterjen.html

Rahmawati A.R.S. (2011). Oksidasi Lanjut dan Filtrasi Membran Keramik untuk

Penyisihan Besi, Mangan, Amonia dan Linear Alkylbenzene Sulfonate dari Air

Tanah. Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Vaaramaa, K., Lehto, J., (2003). Removal of metals and anions from drinking water by

ion exchange, Desalination, 155(2), 157-170

Vercellotti, Joseph M. (1988). Kinetics of iron removal using potassium permanganate

and ozon. Thesis Master of Science, Ohio University.


http://www.chemicalland21.com/specialtychem/perchem/LAS.htm

http://www.scienceinthebox.com/en_UK/pdf/LAS.pdf


http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

http://buletin.melsa.net.id/news/46deterjen.html

universitas indonesia identifikasi laju reaksi … universitas indonesia. identifikasi laju reaksi...

Documents