Studi Kinetika Proses Adsorpsi NOM pada Air Permukaan ... - Itenas

Jurnal Sains dan Teknologi ISSN: 2085-1227

Lingkungan

Volume 1, Nomor 2, Juni 2009, Halaman 107-116

Kinetika AdsorpsiProses NOM pada Ail Permukaan dengan Zeolit dan Karbon Aktif

Studi

M. Rangga Jurusan Teknik

Sururi,

Reza EtihHusyaeri Hartarti,

Lingkungan ITENAS, JL. PHH.Mustafa 23, Bandung e-mail: [email protected]

Abstrak

Natural organic matter (NOW merupakan prekursor produk samping pada pr Adsorpsi menpakan alternative proses pengolahan pendahuluan air baku. untuk media karbon dunkinetika zeolit aktif terhadap Penelitian ini ditujukan untukadsorpsimengetahui efektifitas sorpsi terbesar dalam penyisihan NOM sehingga diketahuimana yang media memiliki menyisihkan melaluiNOM kinetika adsorpsi.

Pada proses adsorpsi dengan karbon dun zeolit aktif pada NOM dalam air permukaan, model kinetik m ~ d edengan kinetika l orde I , karena memilikiqe nilai orde 2 dianggapbaik jika dibandingkan lebih (jumlah adsorbat yang teradsorpsi setimbangj pada sebesar waktu 0,29 mg/gr untuk karbon aktij dun sebesar 0,34 mg/gr. Media 0,336 mg/gr untuk zeolit.qe tersebut Nilailebih mendekatiqe experiment nilai zeolit pada percobaanmenyerap bahan ini dapatorganik c.:ami dalam air permukaan Lbih baik dengan dibandingkan dengan karbon aktif;adsorben karena polar yang zeolit sifar memiliki merupakan hidrofilik.

Kata kunci: Adsorpsi,

setimbang,

zeolit

karbon

aktif;

1. Pendahuluan Air baku dalam proses

pengolahan minum dapat berasal air

dan air angkasa. Namun pada

dari permukcx, air air tanah, mata air

umumnya untuk penyediaan

skala air kota, minum sumber air

yang digunakan berasal dari air permukaan dan mata

air,

baku

sedangkan untuk sistem individual

Fissanya digunakan air tanah. Umumnya

tanah, mata air

dan airair permukaan mengandung bahan organik, baik bahan organik

alami (Natural organic matter, NOM) ataupun bahan

organikberasal dari yang pc:;cemaran akibat

keg;?tan anthropogenic. NOM secara garis besar dapat dibap ~ e n j a ddua i yaitu: Particulat organic carbon (POC),

dengan ukuran diatas 0.45 pm, biasanya

organic carbon (DOC). DOC

dari kurang 10% NOM; dan Dissolved

merupakan bagian dari NOM yang sangat mempengaruhi kualitas air.

DOC sebagian Lzsar (80%) terdiri dari mareri hidrophobik ;an hidrophilik (Shon et al., 2006). Huinus merupakan

yangmateri terkandungm pada hampir

setiap dalam sumber air. Humus dapat

dihasikan secara alami dari proses dekomposisi tumbuhan (Anirldhac, 2008). Bahan zrganik merup~kanprekursor produk samping pada

proses desinfeksi - i r minum. Bahan

organik ber1,alogen ketika bereaksi dengan klor dapat menghasilkan Triha!:)mct;tn dengarr bentuk

108 M. Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri

CHx9 dimana x dapat

Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan

berupa C1, Br atau I, senyawa ini bersifat karsinogenik sehingga dapat

inerugikan kesehatan (Roosmini, 1991). Jika kita menggunakan ozon sebagai desinfektan aka1 membentuk produk sainping berupa adanya

maka reaksi antara akibat ozon dengan NOM

organik bahan dengan berat inolekul rendah, serta dengan

brom ionakan terbentuk produk samping berupa

halogen bahan yang dapat menimbulkan

gangguan terhadap kesehatan (USEPA, 1999). Skema reaksi

peinbentukan produk samping dengan

ozon dapat dilihat pada Gambar 1. Organic Precursors

Organic

Dari

pembentukan samping desinfeksi produkdengan ozon (USEPA, 1999)

uraian di atas maka sebelum dilakukan proses

untuk menyisihkan bahan

,Brorninaki Organic DB?s

pK, = 8.7 @ 25'~

Gambar 1. Skema

Aldehydes and

* Oxidized Organics

desinfeksi maka diperlukan proses pendahuluan

organik alami yang terkandung

sehingga dalam dapatairmeminimasi

peinbentukan produk sainping desinfeksi. Salah satu teknik yang memungkinkan untuk menyisihkan

organikbahan dalam air adalah dengan

menggunakan teknil: adsorpsi. Adsorpsi adalah peristiwa menempelnya sustu zat pada permukaan zat

lain

ketidakseimbangan karena gaya-gaya pada

permukaan. Adsorpsi merupakan suatu proses

peinisahan dimana komponen dari fase larutan berpindah ke permukaan fase padatan (Metcalf & Edy, 1991).

Peilelitian ini ditujukan unnll men get ah^; kinetika adsorpsi media

karbon aktif dan zeolit terhadap

penyisihan NOM . Sedangkan tujuannya adalah untuk mengetahui media mana yang memiliki efektifitas sorpsi terbesar dalam meuyisihkan NOM melalui

2. Metodologi

Langkah pengerjaan dala~npenelitian ini adalah:

kinetika adsorpsi.

Volume 1Nomor

Juni 2009 2

Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan 109

a. Tinjauan Pustaka Pada

tahap

ini

studi pustaka ini dijadikan

dilakukan

identifikasi

bermanfaat acuan

sebagai

dalam

literatur

dan

dasar-dasar

menganalisa

jurnal

serta dalamdapat

data

hasil

melaks

penelitian.

b. Persiapan Penelitian

Sainpel

air

on site

dilakukan

permukaan. Pemeriksaan digunakan ini adalah'air dalam penelitian

yang

kekeruhan

terhadap

dan

Media

yang

paraineter

(Dissolved kandungan Oxygen), pH, oksigen

suhu.

digunakan

dalam

Bahan media yang akan di,ounakan

disaring

Ukuraninimasing-masing yaitu karbon

penelitian

digunakan sebcsai 1,68 mm-2,33 mm merupakan

media yang

Sampel

yangukuran tersedia di pasaran.

terlebih dahuiu agar

ukuran

homogtn. Setelah itu dilaicukan pencucian menggunaka~la~iladeslalu dengan suhu 105'~. Pemanasan

dilakukan

pori-pori

lebih

dalam

media

benar-benar media

dipanaskan

dalam

untuk kadar air dalam menghilangkan media

sehingga

terbentuk maksimaldan kinerja (Viariawan, 2004).

media

c. Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan yang

di Air Laboratorium Teknik Lingkungan Itenas. Adapun

digunakan

alat

dan

ini pada adalah: penelitian

Alat -

Labu

erlenmeyerml

300

- Pemutar (shaker)

i

- Timbangan e

~

Bahan -

Media

karbon

-

Media

zeolit

-

Air

-

ditimbang ~ainpelsebanyak rpm). Sebelum mengetahui

ukuran (1,68 mrn-+d sedang mm)

aquades

Setelah dilakukan ,

aktif (1,68ukuran inm-2,38 mm)sedang

pengukuran bahan organik kanaungan pada 30 seberat gram diinasukkan kedalam

labu

sampel,

erlenmeyer ml yang sudah terisi300

300 erlenrneyel ml. tersebut Labu kzmudian ditempatkan penelitian inti dilakukan nilai adsorbat jumlah yang

teriebih teradsorpsi

yangkemudian sudah

dahulu pada

air

shake.^diatas (:. = 105 dilakukanuntuk_ waktu

pen

setiinbang

-

Jurnal Sains dan

110 M.Rangga Sururi; Etih Hartarti; Reza Husyaeri

Teknologi Lingkungan

orgailik bahan dilakukail dalam rentang waktu selaina 1 jam, 3 jam, 6 jam,

Pengukuran kandungan 24 jam, dan 48 jam.

Pengukuran organik dilakukan bahan dengan metode titrasi permanganometri.

d. Analisa Data

Data

hasil

penelitian ini dianalisa

menggunakan dengan kinetika adsorpsi untuk melihat

(kecepatan) adsorpsi yang terjadi. Banyak model kinetika yang telah dapat menggambarkan reaksi orde dari sistein adsorpsi berdasarkan solusi konsentrasi kinetika ini

2 jenis yang ada

dua (Bulut, Ozacar,

biasa

dandari adsorben. kapasitas Persamaan

yaitu digunakan kinetika orde reaksi satu dan kinetika orde reaksi

sengil, dan2008). Dalain

studi

ini, yang dicari lebih sesuai mana untuk data

penelitian adsorpsi yang didapat. Reaksi orde satu Reaksi orde satu

yang kecepatannya suatu reaksi bergantung hanyalah pada salah satu

adalah

zat yang berealchi. Atau sebanding dengan salah satu pangkat reaktmnya. Persamaan orde reaksi m u dalam s sebagai berikut (Bulut, Ozacar, dun Sengil, 2008):

satu dinyatakan

Setelah diintegrasikan

dan

diaplikasikan saat terjadinya penyisihan adsorbat pada oleh adsorben

waktu (t) = 0 sampai t = t dan besamya penyisihan pada saat t = 0 (qo) sampai q = qt,

yaitu dari

maka persainaan

diatas

Untuk mendapatkan nilai kl dalam harm diubah

menjadi bentuk persamaan

menjadi:

menganalisis data kinetika nantinya maka persamaan (2-6) linear,

yaitu:

q,

= jumlah

adsorbat yang teradsorpsi pada waktu equilibrium (mg/gr)

q,

= jumlah

adsorbat yang

kl

= laju

t

= wabtu

adsorpsi (lljam) (jam)

teradsorpsi t waktu (mglgr) pada

laju

Volume 1Nomor 2 Juni 2009

Jurnal Sains dan

Keinudian

plotgrafik kedalam ln(q,-qt) terhadap t sehingga terjadi

titiknya

yang

dapat

g a r i ~lurus (y = mx + b) sehingga .

-

Teknologi Lingkungan 111

hubungan

linear

digainbarkan sebagai garis trendline nya untuk mendapatkan

persam

slope, nilai gradien dan interceptnya dapat diketahui.

Reaksi orde dua Reaksi orde dua adalah

suatu yang reaksi kelajuannya berbanding

dengan lurus hasil kali

konsentrasi

dua

reaktannya langsung atau berbanding .dengan kuadrat konsentrasi salah satu

reaktannya.

yang terjadi Jika adsorpsi mekanisme

adalah orde dua reaksi dimana

kecepatan

adsorpsi yang terjadi

berbanding lurus dengan dua konsentrasi

pengikutnyapengikut

berpangkat dua. Laju

kinetika adsorpsi reaksi orde dua dapat dinyatakan dalam persamaan

berikut (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):

Hasil integrasi persanlaan d i ~ t a sdiaplikasikan setelah terjadinya ikatan maka persamaan tersebut menjadi (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):

Dengan bentuk persainaan linearnya(Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008):

dengan: kZ

= kesetimbangan

laju adsorpsi reaksi

dua orde (gfmg jam)

t

=waktu(jam)

q,

= jumlah

adsorbat yang

teradsorpsi

qt

= jumlah

adsorbat yang

teradsorpsi t waktu (mglgr) pada

I

Persamaan (6) diatas

juga

equilibrium pada (mglgr) waktu

dapat efektifitas menyatakan penyisihan adsorbat oleh

persamaan (6) dapat diaplikasikan dengan data penelitian yang ada maka

adsorben. Jika grafik dari t/q,

terhadap t akan membentuk sebuah garis lurus yang linear yang menipakan garis trendline dari titik-titik ycng ada,

garis dari tersebut dapat diketahui

(y = mx + b) yans merupzkan nilai slope dan gradienny?.

q, dan k2dari nilai

persamaan garis lurus

atau

1 1 2 M. Rangga Sururi; Etih


Hartarti; Reza Husyaeri

-

3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Karakteristik sampel a i r Karakteristik

air pennukaan sainpel yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Karakteristik Air S a m ~ e l

1 6,32 1

26,2

55

1

5,2 dan 4,8

1

67,15

Dari tabel diatas dapat dilihat sampel air memiliki kandungan organik awal sebesar 67,15 mg/L. Pada

penelitian

ini yang parameter mempengaruhi proses lain adsorpsi seperti pH, kekeruhan

dan

suhu dibiarkan p;da kondisi alartli dan tidak dikondisikan.

3.2. Kinetika adsorpsi bakan o~ganikpada samnel air Untuk menentukan mekanisme

laju adsorpsi dan suatu media maka dibutuhkan suatu pendekatan kinetika (Bulut, Ozacar, dun sengil, 2008). Pada penelitian

dengan menggunakan model yang dibahas yaitu

kinetika orde satu dan kinetika reaksi reaksi orde dua. Bnrdasarkan hasil

dengan

percobaan didapatkan nilai

experiment yang merupakan nilai qe

untuk

aktif

da,l zeolitkarbon

kinetikaini

penyisihan adsorbat per adsorben

pada kes~timbangan kondisi sebesar 0,34 mg/gr.

1 I

3.2.1. Adsorps; bahan orgraik dengan media karbon aktif a. Reaksi orde satu adsorpsi bahan organik dengan media karbon aktif Penentuan

ordereaksi satu

linier

kinetika

media

karbon

dilakukan dengan regresi linier menggunakan persamaan

I

3.

Regresi

6.

Regresi

kereaksi satu pada proses orde penyisihan bahan organik dengan menggunakan aktifpada Gainbar danat 2. dilihat

Dari Gainbar 2 diatas dapat dilihat bahwa persamaan garis yang didapatkan dari linearisasi adalah y = - 0 , 0 2 4 ~+ 1,869 dengan R* = 0,975. Dari persamaan garis tersebut dapat diketahui nilai kl yaitu 0,024 Vinenit dan nilai qe dari b. Reaksi orde

persamaan tersebut (qe teoritis) sebesar 0,15 mg/gr.

adscrpsi dua behan organik dengan media karbon aktif

Penentuan reaksi orde clua dilabukan dengan regresi linier menggunakan persamaan linier untuk kineti~areaksi media

karbon aktif dapat dilihat

dua ordepada proses penyisihan bahan organik dengan menggunakan Gambal pada 3.


Jurnal Sains dan

-1,oo

--

-

4.4

-c 6

2.00

+

Series1 -Linear (Serlesl)

-i,9+*+

c

-2,SO -

-3,OO

-

y = 4,024~ 1,869 R' = 0,975

-1.50

--%

Teknologi Lingkungan 113

-

v -3,04

-3,50 1

Gambar 2. Kurva In (q,-q,) terhadap pada media t karbon aktif

R2= 0,992

Serlesl

Gambar 3. Kurva tlq, terhadap pada media t karbon aktif Dari

Gambar

+ 4,592

dengan R~ = 0,992.

slopenya adalah

garis berdasarkan linearisasi hasil adalah y = 3 , 3 7 5 ~ dilihat bahwa persamaan

3 dapat Dari

garis persamaan tersebut dapat

dengan 3,375 nilai tlrtercepmya adalah

4,592.

diketahui

nilai

Sehingga = llq, dan b

= nilai

l1(k2~2) artinya nilai k2 sebesar 2,48 gr/(mg jam), dan qe dari persamaan tersebut (qe teoritis)sebesar 0,29 mglgr.

3.2.2. Adsorpsi bahan

1

a. Reaksi

I

Penentuan reaksi hasil kondisi pada

organik

satu orde adsorpsi bahan

percobaan

orde

satu

zeolit dengan organik

dengan

dilakukan

dengan

media

Zeolit

regresi 3, berdasarkan linier

m

qc yang melupakan nilai didapatkan nilaipenyisihan adsorbat per adsorbpv paaa

kesetimbangan 0,34 mglgr. Regresi sebesar 4. Gambar

media

untuk liniermendapatkan nihi k

dapat

dilihat

-



-1,oo -

-

y = - 0 , 0 7 7 ~ 1,367 R' = 0,932

Series1

C

-Linear

-4.00

(Seriesl)

-5.37

-6.00

t (jam) I

Gambar 4. Kurva In (q,-q,) terhadap Dari -

Gambar 4 dapat

1,367

dan

dengan R2 = 0,932.

media

bahwagaris persamaan berdasarkan Dari

hasil

garis persamaan tersebut dapat

laj media u adsorpi

regresi

zeolit

nilai0,077 Vmin

kons~ntrasi terhadaporganik.

orde

linier

dua

untuk

zeolit regresi 6, perhitungan persamaan

dilakukan linier menggunakan dengan mendapatkan

nilai

k

+

dilihat

p

Seriesl

-Linear

(Seriesl)

I

I

Gambar 5. Kurva t/qt terhadap pada media t Gambar dapat di!ihat5 bahwa

dengan R2 = 0,978. 2,975 Gzngan nilai

dapat

y = 2,978x+ 7,693 R' = 0,978

100.M)

Dari interceptnya

+ b) krhadap persamaan sehingga nilai k2 dapat teoritis) sebesd 0,336 mglgr.

i

linearisasi = -0,077~

diketahuikl yaitu

Reaksi orde dua adsorpsi bahan organik dengan media

Penentuan reaksi

Dari

zeolit

qe persamsan dari tersebut (qe te0ritis)sebeser 0,25 mglgr. Besaran nilai kl menyatakan

besarnya

b.

dilihat

t pada

persamaan garis hasil tersebut persamaan dapat

zeolit

linearisasi diketahui

=

2 , 9adalah: 7 8 ~+ 7,693,

nilai

slope

7,693. Jikaadalahdilihat bentuk dari persamaan garis lurus (y = inx model reaKsi o rkinctika d ~dua maka nilai m = llq, dan dan

diketahui yaitu sebesar 1,15 gr/(mg jam), dan qe

dari

=

bl/(kzq?)

persamaan terszbut (qe

y dan -



3.3. Perbandingan Model

Berdasarkan

Kinetika Adsorpsi Masing-masing Media

penelitian

diaplikasikan

yang

dilakukan garis lurus dari

kedua terhadap persamaan

pendekatan untuk mengetahui reaksi

satu orde dan

kinetika

kapasitas

kinetika

Untuk mengetahui komparasi hasil model

laju

persamaan yang

Masing-masing dilakukan

adsorpsinya

deng

dua.

padacocok penelitian untuk kinetikaditerapkanyang

regresi

yang

untuk proses adsorpsi bahan organik kinetika

orde

didapat data-data

adsorpsi.

dan

reaksi

inodel

parameter

115

didapatkan

pada alami air pada

sebelum

permukaan. Tabel 2

orde

satu

ini

dan

maka

ditentukan

merupakan orde

kompar

dua.

Tabel 2. Kom~arasi~arameterkinetika ~ a d setiau a adsorben

0.34 0.34

Ksrbon Aktif Zeolit Berdasarkan tabel 2,

di

baik aide 1 dan orde

antara

kedua

mendekati qe experiment adalah

0,29 mglgr untuk karbon aktif Pada Tabel 2

dapat

peubah

tingkat sailgat hubungan h a t . Namun jika

qe experiment (0,34 mglgr) dan ql hasil

mglgr dan untuk0,336

pada

dilihat

orde

nilai

memiliki hidrofilik,sifat dibandingkan (Viariawan,

regre

kesetimb

2 maka 2

komparasi adsorpsi antara kapasitas ke-2 media,

nilai

masing-masing

maka pada zeolit

dalampermukaan air dengan

dibandingkan dengan karbon aktif. Kondisi tersebut terjadi

hidropfobik

terikat

yang

zeolit.

percobaan ini dapat menyerap bahan organk alami yang

kinetika

korelasi

dari dan'q2 ordehasil dari 1 orde hasil mock1 kinetika dari

dilihat

0,992 0,978

adsorpsi model dapat kinetika dilihat bahwa model

memiliki nilai R~ diatas 0,95, artinya koefisien

2

orde reaksi tersebut inemiliki

paling

2,48 1,15

0,29 0,336

0,975 0,932

antara peubah bebas dan atauhuhungan derajat

kekuatan antara

0,024 0,077

0,15 0,25

lebih

b

karenainerupakan zeolit adsorben polar dengan aktif yang non karbon poiiir dan

bersifat

2004).

4. Kesimpulan dan Saran K2simpul-n dan

saran

dari

hasil

1. Kinetika pada proses adsorpsi dengan &lamidalam dengan

air

permukaan

R~nilai diatas 0,95.

penelitian media

adalah: karbon zeolit terhadap aktif

dan bahan

dm untuk 2 memiliki model nilai korelasiorde yang senzat 1 hat

or

-



adsorpsi dengan proses

2. Pada

permukaan, kinetika

karbon

model

zeolit

dengan

lebih

yang memiliki

dan

qe hasil nilai

bahan dengan

percobaan,

organik dalam air alami permukaan

baik

dengan

sifat

m254 dalam menentukan

pada

padaini dapat percobaan menyerap bahan dibandingkan hidrofilik.

kandungan

adsorben karbon polar aktif,

.-

lanjutan, dengan melakukan penelitian penelitian

4. Diperlukan

zeolit

jika dibandingkan baik orde lebih

q2 yang lebih mendekati memiliki nilai

1, karena orde

3. Media

2 dianggap kinetika

aktif

dengan zat

memperhatikan

organik metode titrimetri selain ~sbagai mengguna

perbandingan.

Daftar Pustaka

Bulut

Ernrah, O z x a r Mahmut, Sengi1 Ayhan I. (2008). Adsorption Of Malachite Bentonite: Equilibrium And Kinethics Studies And Process Elsevier. 115.234-256. Mesoporous Materials.

Metcalf dan Hill.

Edy.

Green O Design.

(2004). Waste Water Engineering: Treatment And Reuse. Singapore: Mcgraw-

Roosmini Dwina. Magister, Departemen

(1991). Trihdc=letan Pembentukan dalarn Teknik IT3, Bandung. Lingkungan

Dermukaan, Air Senyawa Tesis

Erdei, L.., Kim, Jong-Ho. of natural organic (2006). matter Shon, H kyong., 124. and its effect in water, Journal korean Ind, engineering, chemical, 17, 119-

Constituent (NOM)

T.S. Anirudhan, S. Suchithra, P. S. Rijith. (2008). Amine-modified polyacrylamide-bentonite composite for the adsorption inofaqueous humic acid solutions. Elsevier. 326. 147-1 56. USEPA. (1

a

999). Alte; , d i v e disinfectants and oxidants guidance manual, EPA, 8 15-R-99-014.

Viariawan, Febbi Studi Pemanfaatan A. (2004). Tempurung Kelapa Sawit Sebagai Bahan Dasar Cold Rolling Mill. Bandung: Karbon Aktif Granular Pada Pengolahan Akhir Liw bah Cair Tugas Akhir Teknik Lingkungan ITB. Yuri Ir?.wan'dan Petrus. (2004). Pengolahan Limbah Zat Cair Warna (Disperse Red 17) di Industri Tekstil Melalui Proses Adsorpsi Dengan Zeolit dan Karbon Aktif Sebagai Adsorben. Bandung: Tugas Akhir Teknik Itenas. Kimia