falih ghoniyal haq penurunan kadar bod dan cod pada limbah vinasse menggunakan arang aktif dari...

7/24/2019 Falih Ghoniyal Haq Penurunan Kadar Bod Dan Cod Pada Limbah Vinasse Menggunakan Arang Aktif Dari Eceng Go

1/24

1

Program Penelitian Mahasiswa

PROPOSAL PENELITIAN MAHASISWA

PENURUNAN KADAR BOD DAN COD PADA LIMBAH

VINASSE MENGGUNAKAN ARANG AKTIF DARI ECENG

GONDOK (Eichornia crasipe)

Oleh:

Falih Ghoniyal Haq, 5511311006

Hesmita Wijayanti, 5511312014

Bayu Kurniawan, 5511312010

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

MARET, 2014


2/24

ii

HALAMAN PENGESAHAN PROPOSAL PENELITIAN MAHASISWA

1. Judul Penelitian :

2. Bidang Penelitian : Teknik

3. Ketua Peneliti

a. Nama : Falih Ghoniyal Haq

b. Jenis Kelamin : Laki - laki

c.

NIM : 5511311006

d. Semester : VI

e.

Fakultas/Program Studi : Teknik/D3 Teknik Kimia

f. Pusat Penelitian : Laboratorium Teknik Kimia FT-UNNES

4. Alamat Ketua Peneliti

a.

Alamat Prodi/Telp/Email :

b. Alamat Rumah/Telp/Email :

5. Jumlah Anggota Peneliti : 2 orang

a. Nama Anggota 1 : Hesmita Wijayanti

b. Nama Anggota 2 : Bayu Kurniawan

6. Lokasi Penelitian : Laboratorium Teknik Kimia FT-UNNES

7. Kerjasama dengan Institusi Lain

a. Nama Institusi : PG. Madukismo, Yogyakarta8.

Lama Penelitian : 2 bulan

9. Biaya yang diperlukan :

a. Sumber dari Lembaga Penelitian

Universitas Negeri Semarang : Rp. 3.627.000

b. Sumber Lain, sebutkan : Rp.-

Jumlah : Rp. 3.627.000

Semarang, 14 Maret 2014

Menyetujui, Ketua Peneliti

Dekan Fakultas

Drs. Muhammad Harlanu, M.Pd Falih Ghoniyal Haq

NIDN. 00115026605 NIM. 5511311006

Menyetujui

Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat,

Prof. Dr. Totok Sumaryanto F., M.PdNIDN. 0017126002

PENURUNAN KADAR BOD DAN COD PADA

LIMBAH VINASSE MENGGUNAKAN

ARANG AKTIF DARI ECENG GONDOK(Eichornia crasipe)

Ngembal Rejo RT 03 RW 06 Kec. Bae Kab.

Kudus/085741531940/[email protected]

Gedung E1 Lantai 2 Fakultas Teknik, KampusUnnes Sekaran Gunungpati, Semarang 50229

Telp. (024)8508101 ext 114


3/24

1

A. JUDUL PENELITIAN

PENURUNAN KADAR BOD DAN COD PADA LIMBAH VINASSE

MENGGUNAKAN ARANG AKTIF DARI ECENG GONDOK (Eichornia crasipe)

B. RUANG LINGKUP

Ruang lingkup dari penelitian ini meliputi :

a.

Bagian eceng gondok yang digunakan adalah bagian batang dari eceng gondok

(Eichornia crasipe)

b. Aktivator arang aktif yang digunakan adalah asam phospat.

c. Variabel yang digunakan adalah lama pengontakan adsorben dengan limbah vinasse

yaitu 5 hari, 7 hari tanpa pengadukan, 7 hari dengan pengadukan

C. LATAR BELAKANG MASALAH

Masalah yang sering dihadapi oleh industri etanol saat ini adalah limbah yang

dihasilkan dari produksi etanol. Limbah cair pabrik etanol yaitu vinasse, terutama

pabrik yang berbahan baku molasses, tidak layak dibuang ke lingkungan karena

beberapa faktor, antara lain tingginya kadar organik di dalamnya dengan BOD antara

20.000 - 40.000 mg/l serta COD dapat mencapai 80.000 - 90.000 mg/l dan suhunya

yang tinggi 100oC. Limbah ini tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan air atau

sungai, karena akan mengeliminasi oksigen terlarut di dalamnya yang pada akhirnya

merusak sistem kehidupan biota di sana (Barqi, Iqbal Safirul et al. 2010).

Pengendalian limbah secara cermat dan terpadu harus dilakukan oleh pelaku

industri agar limbah yang dihasilkan dapat memenuhi baku mutu limbah sehingga

volume limbah, konsentrasi dan toksisitas kontaminan limbah dapat diminimalkan.

Penanganan limbah industri pangan yang umum digunakan adalah dengan kolamaerobik, koagulasi dan lumpur aktif (Jenie dan Rahayu, 1993). Kelemahan dari metode

koagulasi dan lumpur aktif adalah dihasilkannya lumpur kimia (sludge) yang cukup

banyak dan diperlukan pengolahan lebih lanjut (Forlink, 2000 dalam Hidayat, 2007).

Pemilihan teknologi pengolahan juga harus disesuaikan dengan karakteristik limbah

yang akan diolah sehingga dapat dicari solusi terbaik dalam pengolahan limbah yang

efisien dan murah (Setiadi 2007 dalam irmanto et al. 2010).

Salah satu alternatif pengolahan limbah cair industri etanol adalah dengan

menggunakan arang aktif. Arang aktif dapat digunakan sebagai adsorben karena arang

aktif bersifat sangat aktif terhadap partikel yang kontak dengan arang aktif tersebut


4/24

2

(Sembiring, 2003). Arang aktif memiliki ruang pori yang sangat banyak dengan ukuran

tertentu yang dapat menangkap partikel yang sangat halus dan menjebaknya disana

(Irmanto et al. 2010).

Penelitian pendahuluan yang telah dilakukan Andika Endah Valentina (2013), telah

menunjukkan bahwa penggunaan arang aktif dari eceng gondok dapat menurunkan

kadar kekeruhan, COD dan BOD pada air sumur gali di sekitar pabrik gula. Arang aktif

eceng gondok mampu menurunkan kekeruhan sebesar 78,71%, COD sebesar 58,14%

dan BOD sebesar 64.71%.

Berdasarkan uraian diatas, arang aktif yang berasal dari eceng gondok diharapkan

dapat digunakan sebagai adsorben yang murah dan efisien dalam menurunkan kadar

BOD dan COD dalam air limbah industri etanol.

D. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahan dalam

pengelolaan limbah pabrik etanol adalah debit vinasse yang besar menyebabkan

pengelolaan dengan menggunakan beberapa metode masih menimbulkan dampak lain

yang kurang efisien. Limbah vinasse yang tidak layak untuk langsung dibuang ke

lingkungan karena mempunyai kadar BOD dan COD yang tinggi. Sehingga diperlukan

metode pengolahan limbah yang lebih efisien salah satunya menggunakan metode

adsorbsi arang aktif namun metode tersebut masih jarang digunakan.

E. TUJUAN PENELITIAN

Mengelola limbah pabrik etanol dengan metode yang tepat, sehingga debit vinasse

yang ada akan semakin berkurang. Menurunkan kadar BOD dan COD dalam limbah

vinasse sehingga limbah tersebut layak untuk dibuang ke lingkungan dengan

menggunakan metode adsorbsi arang aktif untuk mengetahui karakteristik metode

tersebut dalam mengelola limbah vinasse.F. KONTRIBUSI PENELITIAN

Industri etanol mempunyai limbah yang berbahaya bagi lingkungan sekitar, salah

satunya adalah limbah vinasse. Limbah vinasse merupakan limbah hasil penyulingan

yang mempunyai daya polusi 100 kali lebih kuat daripada limbah domestik dan

mempunyai kadar BOD dan COD yang tinggi sehingga tidak dapat langsung dibuang ke

lingkungan. Beberapa penelitian terdahulu telah meneliti metode untuk mengurangi

kadar BOD dan COD pada limbah vinasse akan tetapi belum ada metode yang tepat

untuk mengelola limbah tersebut. Salah satu alternatif pengolahan limbah vinasse

adalah dengan metode adsorbsi menggunakan arang aktif.


5/24

3

Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan karbon aktif adalah eceng gondok

karena memiliki pori yang sangat banyak sehingga dapat menjerap partikel yang ada

dalam limbah. Selain itu eceng gondok yang ada di sungai terlihat sebagai tumbuhan

penggangu karena jumlahnya yang banyak dan masih sedikitnya pengolahan yang

menggunakan eceng gondok.

Sehingga, dalam penelitian ini dapat mengetahui karakteristik metode adsorbsi

untuk mengelola limbah industri etanol dan dapat mengurangi eceng gondok yang dapat

menggangu ekosistem di sungai.

G. TINJAUAN PUSTAKA

1. Limbah Industri Alkohol dan Spiritus

Industri alkohol dan spiritus sebagai pendayaguna sumber daya alam juga

menghasilkan limbah yang kemudian dibuang kelingkungan. Apabila jumlah limbah

yang dibuang tersebut melampaui daya asimilasi lingkungan maka akan terjadi

pencemaran. Jadi, sebagai pengelola limbah pabrik gula dan mendayagunakannya

menjadi suatu produk, pabrik juga menimbulkan masalah limbah industri yang cukup

serius (Freddy Anantha 2007).

Pabrik di dalam operasinya menghasilkan berbagai macam limbah. Beslag hasil

peragian (tangki fermentasi) tidak seluruhnya ditarik masuk kekolom destilasi. Bahan-

bahan padat yang mengendap di dalam beslag tetap tertinggal dan menetap di bagian

bawah tangki fermentasi, sehingga setiap kali selesai peragian, tangki harus dibersihkan

dengan membuka katup pembuangan di bagian bawah. Bahan padat ini kemudian

disebut sisa peragian yang kemudian dilarutkan dalam air pencucian tangki untuk

dialirkan melalui saluran khusus yang dibuang langsung ke persawahan sekitar pabrik

(Freddy Anantha 2007).

Limbah cair utama yang memiliki daya pencemaran yang cukup tinggi adalah hasilbawah dari kolom destilasi kasar (maise column). Limbah dari proses ini disebut

slop/stillage atau lebih dikenal dengan vinasse(Freddy Anantha 2007).

Pembuangan limbah dalam jumlah besar tanpa penanganan yang tepat akan

menyebabkan pencemaran lingkungan. Sebagai contoh besarnya limbah pabrik etanol

dari proses fermentasi glukosa dari material karbohidrat, berupa limbah vinasse dan

produk etanol yang ikut terbuang dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Hingga

saat ini, hampir seluruh industri etanol yang melibatkan proses fermentasi masih kurang

mampu dalam pengolahan limbahnya. Sebagai contoh pabrik spiritus dan etanol di

Cirebon tidak diperbolehkan berproduksi karena pengolahan limbah yang kurang


6/24

4

memenuhi peraturan pemerintah Kep-51/MENLH/10/1995 mengenai batas maksimal

kadar COD dalam air sebesar 150 ppm. (Choiruddin Sinaga 2011).

2. Limbah Vinasse

Pabrik etanol menghasilkan limbah cair berbahaya yang biasa disebut vinasse.

Limbah cair ini berasal dari produk bawah hasil destilasi pada proses pembuatan etanol.

Jumlah produk vinasse adalah 9-12 kali lipat dari produksi bioetanol karena jumlah

alkohol pada larutan hasil fermentasi maksimal hanyalah 10%, sisanya ialah limbah

vinassetersebut (Iqbal Safirul B 2012).

Vinasse ini bersifat asam dengan pH berkisar 3,9-4,3 dan suhunya tinggi serta

berbau (Tabel 1).

Tabel 1 Karakteristikslop/stillage

Sifat Keterangan

Debit 480 m per hari

pH 3,94,3

Residu tersuspensi Tinggi

NH3 200 ppm

BOD5, 20oC Sangat tinggi

COD Sangat tinggi

Warna Coklat tua sampai hitam

(Sumber PG Madukismo, 2007)

Hasil analisa laboratorium untuk vinasse atau slop/stillage ini dapat dilihat pada

Tabel 2. Analisa laboratorium untuk vinasse dilakukan dua kali setiap bulan.

Tabel 2 hasil analisa laboratorium untuk vinasse

No Vinasse Suhu (oC) pH BOD

(ppm)

COD (ml/g)

1 Vinasse asli dari

PS

95 4 57.875 115.750

2 Limbah masuk

UPLC

85 4 53.940 107.880

3 Limbah keluar

UPLC

29 4,6 5.023 10.044

(Sumber PG Madukismo, 2007)

Keterangan :

PS : Pabrik spiritus

UPLC : Unit Pengolahan Limbah Cair

Vinassetergolong buangan yang berbahaya, antara lain karena suhunya yang tinggi

100o

C serta memiliki BOD dan COD yang sangat tinggi dengan angka BOD > 30.000

ppm dan COD > 50.000 ppm. Padahal, nilai baku mutu BOD untuk air buangan harus


7/24

5

sama atau kurang dari 150 ppm sesuai Kep-51/MENLH/10/1995[2]. Maka, limbah ini

tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan air atau sungai, karena akan mengeliminasi

oksigen terlarut di dalamnya yang pada akhirnya merusak sistem kehidupan biota di

sana. Pengolahan limbah secara biologis terbukti belum menyelesaikan masalah seiring

dengan tingginya BOD dan COD pada limbah vinasse(Iqbal Safirul B 2012).

3. BOD (Biological Oxygen Demand) dan COD (Chemical Oxygen Demand)

BOD (Biological Oxygen Demand ) didefinisikan sebagai banyaknya oksigen yang

diperlukan oleh mikroorganisme untuk memecahkan bahan-bahan organik yang

terdapat di dalam air. Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban

pencemaran akibat air buangan penduduk atau industri, dan untuk mendesain sistem

pengolahan biologis bagi air yang tercemar tersebut. Pemecahan bahan organik

diartikan bahwa bahan organik ini digunakan oleh organisme sebagai bahan makanan

dan energinya diperoleh dari proses oksidasi (Alaerts dan Santika, 1984).

Berkurangnya oksigen selama oksidasi ini sebenarnya selain digunakan untuk

oksidasi bahan organik, juga digunakan dalam proses sintesa sel serta oksidasi sel dari

mikroorganisme. Oleh karena itu uji BOD ini tidak dapat digunakan untuk mengukur

jumlah bahan-bahan organik yang sebenarnya terdapat di dalam air, tetapi hanya

mengukur secara relatif jumlah konsumsi oksigen yang digunakan untuk mengoksidasi

bahan organik tersebut. Semakin banyak oksigen yang dikonsumsi, maka semakin

banyak pula kandungan bahan-bahan organik di dalamnya (Kristanto, 2002).

COD atau kebutuhan oksigen kimia (KOK) adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan

untuk mengoksidasi zat-zat organik yang ada dalam satu liter sampel air, dimana

pengoksidanya adalah K2Cr2O7 atau KMNO4. Angka COD merupakan ukuran bagi

pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi melalui

proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air.

Sebagian besar zat organik melalui tes COD ini dioksidasi oleh K2Cr2O7dalam keadaan

asam yang mendidih optimum,

CaHbOc+ Cr2O72-+ H+ E CO2+ H2O + 2Cr

3+

Ag2SO4

Kuning katalisator Hijau

(Alaerts dan Santika, 1984).

Perak sulfat (Ag2SO4) ditambahkan sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi.

Sedangkan merkuri sulfat ditambahkan untuk menghilangkan gangguan klorida yang

pada umumnya ada di dalam air buangan untuk memastikan bahwa hampir semua zat


8/24

6

organik habis teroksidasi maka zat pengoksidasi K2Cr2O7masih harus tersisa sesudah

direfluks. K2Cr2O7yang tersisa menentukan berapa besar oksigen yang telah terpakai.

Sisa K2Cr2O7tersebut ditentukan melalui titrasi dengan Ferro Ammonium Sulfat (FAS).

Reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut.

6Fe2++ Cr2O72-+ 14H+ 6Fe3++ 2Cr3++ 7H2O

(Alaerts dan Santika, 1984).

Indikator ferroin digunakan untuk menentukan titik akhir titrasi yaitu disaat warna

hijau biru larutan berubah menjadi coklat merah. Sisa K2Cr2O7dalam larutan blanko

adalah K2Cr2O7awal, karena diharapkan blanko tidak mengandung zat organik yang

dioksidasi oleh K2Cr2O7(Alaerts dan Santika, 1984).

4.

Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsur-unsur pokok dari suatu

larutan fluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu

(adsorben). Dengan cara ini, komponen-komponen dari suatu larutan, baik dari larutan

gas ataupun cairan, bisa dipisahkan satu sama lain (Treybal, 1980). Adsorpsi melibatkan

proses perpindahan massa dan menghasilkan kesetimbangan distribusi dari satu atau

lebih larutan antara fasa cair dan partikel. Pemisahan dari suatu larutan tunggal antara

cairan dan fasa yang diserap membuat pemisahan larutan dari fasa curah cair dapat

dilangsungkan. Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan

adsorbat, adsorpsi dibagi menjadi 2 (dua) jenis :

1. Adsorpsi fisik adalah adsorpsi yang terjadi akibat gaya interaksi tarik-menarik

antara molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Adsorpsi ini melibatkan

gaya-gaya Van der Wals (sebagai kondensasi uap). Jenis ini cocok untuk

proses adsorpsi yang membutuhkan proses regenerasi karena zat yang

teradsorpsi tidak larut dalam adsorben tapi hanya sampai permukaan saja.Pada adsorpsi fisik, adosrbat tidak terikat kuat pada permukaan adsorben

sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian

permukaan lainnya. Permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat dapat

digantikan oleh adsorbat lainnya (multilayer).

2. Adsorpsi Kimia adalah adsorpsi yang terjadi akibat interaksi kimia antara

molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Proses ini pada umumnya

menurunkan kapasitas dari adsorben karena gaya adhesinya yang kuat sehingga

proses ini tidak reversibel. Ikatan yang terbentuk merupakan ikatan yang kuat

sehingga lapisan yang terbentuk adalah lapisan monolayer.


9/24

7

4.1Jenis Adsorben

Adsorben merupakan material berpori dan proses adsorpsi berlangsung di

dinding pori. Adsorben dapat digolongkan menjadi 2 (dua) jenis yaitu adsorben

tidak berpori (non-porous sorbents) dan adsorben berpori (porous sorbents).

1. Adsorben tidak berpori (non-porous sorbents)

Adsorben tidak berpori dapat diperoleh dengan cara presipitasi deposit kristalin

seperti BaSO4 atau penghalusan padatan kristal. Luas permukaan spesifiknya

kecil, tidak lebih dari 10 m2/g dan umumnya antara 0,1 1 m2/g. adsorben

tidak berpori seperti filter karet (rubber filters) dan karbon bergrafit

(graphitized carbon blacks) adalah jenis adsorben tidak berpori yang telah

mengalami perlakuan khusus sehingga luas permukaannya dapat mencapai

ratusan m2/g.

2.

Adsorben berpori

Luas permukaan spesifik adsorben berpori berkisar antara 100 1000 m2/g.

Beberapa jenis adsorben berpori yang telah digunakan secara komersial antara

lain adalah karbon aktif, zeolit, silica gel, activated alumina.

4.2FaktorFaktor Adsorpsi

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya adsorpsi suatu adsorben: (Arfan, 2006)

1. Jenis Adsorbat

a. Ukuran molekul adsorbat

Ukuran molekul merupakan hal yang sangat penting diperhatikan agar proses

adsorpsi dapat terjadi dan berjalan dengan baik. Ukuran molekul adsorbat

nantinya mempengaruhi ukuran pori dari adsorben yang digunakan. Molekul-

molekul adsorbat yang dapat diadsorpsi adalah molekul-molekul yang

diameternya lebih kecil dari diameter pori adsorben.b. Kepolaran Zat

Adsorpsi lebih kuat terjadi pada molekul yang lebih polar dibandingkan

dengan molekul yang kurang polar pada kondisi diameter yang sama. Molekul-

molekul yang lebih polar dapat menggantikan molekul-molekul yang kurang

polar yang telah lebih dahulu teradsorpsi. Pada kondisi dengan diameter yang

sama, maka molekul polar lebih dahulu diadsorpsi.

2. Karakteristik Adsorben

a. Kemurnian Adsorben


10/24

8

Sebagai zat yang digunakan untuk mengadsorpsi, maka adsorben yang lebih

murni lebih diinginkan karena memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih baik.

b. Luas permukaan dan volume pori adsorben

Jumlah molekul adsorbat meningkat dengan bertambahnya luas permukaan dan

volume pori adsorben. Dalam proses adsorpsi, adsorben seringkali diberikan

perlakuan awal untuk meningkatkan luas permukaannya karena luas

permukaan adsorben merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi

proses adsorpsi.

3.

Tekanan Absolut

Yang dimaksud tekanan absolut adalah tekanan adsorbat. Pada saat molekul-

molekul gas atau adsorbat melekat pada permukaan adsorben, akan terjadi

pembebasan sejumlah energi. Selanjutnya peristiwa adsorpsi ini dinamakan

proses eksotermis. Pada adsorpsi fisika, berkurangnya temperatur akan

menambah jumlah adsorbat yang teradsorpsi dan demikian sebaliknya.

4. Tekanan Adsorbat

Pada adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikkan jumlah yang

diadsorpsi. Sebaliknya pada proses kimia kenaikan tekanan adsorbat justru

akan mengurangi jumlah yang teradsorpsi.

5. Karbon Aktif

Karbon aktif atau arang aktif adalah karbon yang sudah diaktifkan sehingga pori-

porinya lebih terbuka dan permukaannya menjadi lebih luas dengan demikian daya

adsorpsinya menjadi lebih besar. Karakteristik karbon aktif meliputi sifat adsorbansinya

dan sifat fisiknya yang meliputi total surface area, density, effective size, dan coefisien

uniformity. Sedangkan sifat kimia dari permukaan (surface dan activated site) sangat

menentukan terjadinya proses adsorbsi , yaitu cenderung untuk lebih mudah mengikat

partikel yang mempunyai sifat yang sejenis, misalnya unsur yang kurang bersifat polar

(non polar) akan lebih mudah terserap pada karbon non polar bila dibandingkan dengan

yang bersifat polar. Volume pori dan luas permukaan karbon aktif merupakan hal yang

sangat penting dalam adsorpsi. Luas permukaan yang besar pada karbon aktif

disebabkan struktur pori-pori. Pori-pori inilah yang menyebabkan karbon aktif

mempunyai kemampuan untuk menyerap (Sudibandriyo, 2003).

Berdasarkan bentuknya karbon aktif dibagi menjadi 3 jenis:


11/24

9

1.

Powdered Activated Carbon(PAC) memiliki diameter 50 nm dan berfungsi sebagai pintu masuk adsorbatmenuju ke dalam micropore.

Sifat utama yang membedakan karbon adsorben fase gas dan karbon fase cair

adalah distribusi dan ukuran pori-porinya. Karbon adsorben fase gas biasanya memiliki

jumlah pori-pori paling banyak pada area micropore sedangkan karbon fase cair

memiliki jumlah pori-pori terbanyak pada area mesopore. Namun pada umumnya,

karbon fase cair memiliki luas permukaan hampir sama dengan karbon adsorben fase

gas, tetapi dengan volume pori-pori yang lebih besar.


12/24

10

Gambar 2. Pori-pori Karbon Aktif

5.1Proses Pembuatan Karbon Aktif

Secara garis besar, ada tiga tahap pembuatan karbon aktif, yaitu proses dehidrasi,

karbonisasi, dan aktivasi. Ketiga proses ini bertujuan untuk membentuk pori-pori

pada karbon agar mendapatkan luas permukaan besar untuk mengadsorp suatu zat.

Secara umum, mekanisme pembentukan pori pada karbon aktif di setiap tahap.

1. Proses Dehidrasi

Proses dehidrasi bertujuan untuk menghilangkan air yang terkandung di

dalam bahan baku. Caranya yaitu dengan menjemur di bawah sinar matahari

atau pemanasan di dalam oven sampai diperoleh bobot konstan. Dari proses

dehidrasi ini, diperoleh bahan baku yang kering. Hal ini disebabkan oleh

kandungan air dalam bahan baku semakin sedikit.

2. Proses Karbonisasi

Karbonisasi atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu

tertentu dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen sangat terbatas,

biasanya dilakukan di dalam furnace. Proses ini menyebabkan terjadinya

penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentukmetanol, uap asam asetat, tar-tar, dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal

setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan pori-pori yang

sempit (Cheremisinoff, 1993).

Karbonisasi dilakukan pada temperatur 400-600oC dalam suatu sistem yang

sedikit mungkin berhubungan dengan udara. Untuk mempertinggi daya serap

karbon perlu dilakukan tahapan selanjutnya yaitu proses aktivasi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi karbonisasi adalah kadar air, ketebalan

bahan baku, kekerasan bahan baku, udara sekeliling dapur pembakaran

(furnace), dan waktu pemanasan.


13/24

11

Selama karbonisasi banyak elemen non karbon, hidrogen, dan oksigen di

ubah menjadi gas oleh dekomposisi pirolisis dari bahan mula-mula, dan atom-

atom karbon bebas mengelompok dalam formasi kristalografis yang dikenal

sebagai kristal grafit. Susunan kristal tidak beraturan, sehingga celah-celah

bebas tetap ada di antaranya dan rupanya hasil dari penumpukan dan

dekomposisi bahan-bahan tar ini mengotori atau paling sedikit memblokir

karbon yang tidak terorganisasi (amorph). Bahan karbon yang demikian

kemudian dapat di aktivasi secara parsial degan mengubah produk tar dengan

memanaskannya dalam aliran gas inert, atau dengan mengekstraksinya

3. Proses Aktivasi

Aktivasi arang bertujuan menghilangkan zat-zat yang menutupi pori-pori

pada permukan arang yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau

mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami

perubahan sifat baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaan bertambah

besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi (Sembiring, 2003). Proses

aktivasi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu :

a. Proses Aktivasi Termal atau Fisika

Aktivasi fisika merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa

organik dengan bantuan panas, uap, dan CO2 (Sembiring, 2003). Metode

aktivasi secara fisika antara lain dengan menggunakan uap air, gas karbon

dioksida, nitrogen dan oksigen.

Pada saat pengaktifan dengan gas-gas pengoksidasi, lapisan-lapisan

karbon kristalit yang tidak teratur akan mengalami pergeseran yang

menyebabkan permukaan kristalit atau struktur rongga yang ada pada arang

menjadi terbuka sehingga gas-gas pengaktif dapat mendorong residu-residuhidrokarbon seperti tar, fenol, metanol atau hidrokarbon-hidrokarbon pengotor

yang menempel pada arang dan memperluas permukaannya.

Kenaikan temperatur aktivasi pada kisaran 450o-700oC dapat

meningkatkan luas permukaan spesifik dari karbon aktif. Bila suhu aktivasi

yang terlalu tinggi beresiko terjadinya oksidasi lebih lanjut pada karbon

sehingga merusak ikatan C-C dalam bidang lempeng heksagonal karbon yang

akan menurunkan luas permukaan internal (Diao et al., 2002). Perbedaan bahan

baku akan menyebabkan variasi suhu pada metode termo. Dalam proses yang


14/24

12

menggunakan steam, aktivasi berlangsung secara berkesinambungan karena

reaksi karbon menjadi CO2 adalah eksotermis (Kirk dan Othmer, 1978).

b. Proses Aktivasi Kimia

Aktivasi kimia merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa

organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia (Sembiring, 2003). Bahan-

bahan kimia atau aktivator bersifat mengikat air yang menyebabkan air yang

terikat kuat pada pori-pori karbon yang tidak hilang pada saat karbonisasi

menjadi lepas. Selanjutnya zat aktivator tersebut akan memasuki pori dan

membuka permukaan arang yang tertutup. Pada saat dilakukan pemanasan,

senyawa pengotor yang berada dalam pori menjadi lebih mudah terjerap

sehingga luas permukaan karbon aktif semakin besar dan meningkatkan daya

serapnya. Bahan kimia yang dapat digunakan sebagai pengaktif diantaranya

bersifat asam (HNO3, HCl, H3PO4, H2SO4, dan sebagainya), bersifat basa

(KOH, Ca(OH)2, NaOH, dan sebagainya), dan garam CaCl2, NaCl, MgCl2,

Ca3(PO4)2, ZnCl2, dan sebagainya). Semua bahan aktif ini umumnya bersifat

sebagai pengikat air (Dabrowski et al., 2005; Li et al., 2008)

Salah satu faktor penting dalam aktivasi kimia adalah tingkat impregnasi.

Ini adalah tingkat perbandingan berat antara garam pengaktif anhydrous

dengan bahan kering mula-mula. Pengaruh tingkat perendaman pada porositas

produk yang dihasilkan terlihat dari kenyataan bahwa volume garam dalam

karbon sama dengan volume pori-pori yang di bebaskan oleh ekstraksinya. Jika

tingkat impregnasi ditambah lebih jauh, jumlah diameter pori yang lebih besar

bertambah dan diameter yang lebih kecil berkurang.

6. Eceng Gondok (Eichornia Crasipes)

Eceng gondok (Eichornia Crasipes) merupakan mikrophyta akuatik yang mampumenyerap senyawa-senyawa kimia dalam perairan. Dinyatakan dari berat kering 2.9

ton/ha/th, eceng gondok mampu menyerap fosfor (ortofosfat) sebesar 157 kg dan

nitrogen (Nitrat-NH3) sebanyak 693 kg (Mitchell. 1974 dalam Hanni Daylistio

Rahmaningsih. 2006).

Eceng gondok mampu berkembang biak secara generatif (seksual) dan vegetatif

(aseksual). Perkembangbiakan vegetatif lebih umum dibandingkan generatif. Induk

eceng gondok memperpanjang stolonnya kemudian tumbuh anaknya diujung stolon

(Hanni Daylistio Rahmaningsih, 2006).


15/24

13

Pertumbuhan eceng gondok memerlukan cahaya yang cukup. Suhu optimum untuk

pertumbuhannya antara 27 30oC, sehingga di daerah tropik tumbuhan ini dapat

berkembang dengan baik. Pertumbuhan terhenti pada suhu dibawah 10oC atau diatas

40oC, dan akan mati pada suhu dibawah 0oC atau pada 45oC dalam 48 jam (Gopal dan

Sharma, 1981). Faktor lain yang mempengaruhi pertumbuhannya adalah pH. Kisaran

pH optimum untuk pertumbuhannya adalah antara 6-8 (Gopal dan Sharma, 1981). Pada

pH 4, tumbuhan ini menyerap lebih banyak P, dan pada pH 7 lebih banyak menyerap N

dan K (Gopal dan Sharma, 1981). Pada pH 5 eceng gondok bertambah berat keringnya

17.4% atau 8 kali lebih besar dibandingkan pada pH 7 (5.4%). Kemudian pada pH 5

jumlah individu eceng gondok akan berlipat dua setelah 10 15 hari dengan

pertambahan individu 20%/hari dan pertambahan berat basah 13.8%/hari atau sekitar 15

g berat kering/m2/hari (Hanni Daylistio Rahmaningsih, 2006).

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Sukar (1987), pertumbuhan

eceng gondok tertinggi tercapai pada umur 3-4 minggu. Pengukuran laju pertumbuhan

relatif didasarkan pada berat kering yang diukur mulai tahap bertunas sampai tahap

berbunga (Hanni Daylistio Rahmaningsih, 2006).

Menurut Widyaningsih (2007), struktur anatomi eceng gondok terdiri dari struktur

batang, struktur daun dan struktur akar. Batang tanaman eceng gondok (petiola) yang

berbentuk bulat menggembung, di dalamnya penuh dengan ruang- ruang udara yang

berfungsi untuk mengapung di atas permukaan air. Lapisan terluar dari petiola adalah

epidermis. Lapisan epidermis pada eceng gondok tidak berfungsi sebagai alat

perlindungan jaringan, tetapi berfungsi untuk mengabsorbsi gas-gas dan zat-zat

makanan secara langsung dari air. Jaringan di sebelah dalam banyak terdapat jaringan

pengangkut yang terdiri dari xylem dan floem, dengan letak yang tersebar merata di

dalam parenkim.Tumbuhan eceng gondok terdiri atas helai daun, pengapung, leher daun, ligula,

akar, akar rambut, ujung akar, dan stolon yang dijadikan sebagai tempat

perkembangbiakan vegetatif. Gambar 3 ini menunjukkan morfologi dari tumbuhan

eceng gondok:


16/24

14

Gambar 3. Morfologi Eceng Gondok

Keterangan:

B = Helai daun (leaf blade)

F = Pengapung (float)

I = Leher daun (Isthmus)

L = Ligula

R = akar (Root)

Rh = Akar rambut (root hair)

Rc = Ujung akar

S = Stolon

6.1Kemampuan Eceng Gondok Sebagai Adsorben

Eceng gondok memiliki akar yang bercabang-cabang halus. Permukaan

akarnya digunakan oleh mikroorganisme sebagai tempat pertumbuhan. Dengan

demikian kepadatan organisme dalam system meningkat, terutama nitrifikasi yang

peka menemukan tempat pertumbuhan yang sesuai dengan pada akar eceng

gondok. Nitrifikasi yang dihasilkannya serta denitrifikasi yang kemudian

berlangsung dalam sedimen, diamati sebagai proses yang memisahkan zat lemas

dalam kolam-kolam eceng gondok (Stowell et all., 1981 dalam Hanni Daylistio



17/24

15

Kemampuan eceng gondok dalam penyerapan adalah karena adanya vakuola

dalam struktur sel. Mekanisme penyerapan yang terjadi yaitu dengan adanya bahan-

bahan yang diserap menyebabkan vakuola menggelembung, maka sitoplasma

terdorong ke pinggiran sel sehingga protoplasma dekat dengan permukaan sel. Hal

ini menyebabkan pertukaran atau penyerapan bahan antara sebuah sel dengan

sekelilingnya menjadi lebih efisien. Adapun gambaran dari tumbuhan hipotetis

dapat dilihat pada Gambar 4 berikut ini:

Gambar 4. Diagram sebuah sel tumbuhan hipotetis diamati di bawah

mikroskop elektron (Loveless, 1987)

Sebuah sel yang bervakuola dapat mencapai ukuran lebih besar dari pada tanpa

vakuola. Sitoplasma berfungsi sebagai bengkel sel karena di dalamnya

berlangsung sebagian besar kegiatan kimiawi antar sel berlangsung melalui dinding

sel dngan proses difusi dan osmosa (Loveless, 1987 dalam Hanni Daylistio


Menurut Loveless (1987), kecepatan penyerapan garam mineral dan unsur hara

ditentukan pula oleh transpirasi dari tumbuhan tersebut. Eceng gondok memiliki

kecepatan transpirasi yang lebih besar apabila dibandingkan dengan tumbuhan lain


18/24

16

seperti kayambang (Salvinia sp.). Kecepatan transpirasi tanaman eceng gondok dua

kali lebih besar dibandingkan kayambang.

H. Metode Penelitian

1.

Alat yang diperlukan

a. Oven

b. Blender

c.

Beaker glass 250 mL

d. Beaker glass 500 mL

e. Beaker glass 1 L

f. Labu takar 100 ml

g.

Pengaduk kaca

h. Pipet ukur 25 ml

i.

Ball filler

j. Loyang

k. Neraca analitik

l.

Gelas arloji

m.Furnace

n.

Corong Buchner

o. Desikator

p. Cawan porselen

q. Mortar

r. Gelas arloji

s. Ayakan 120 mesh

t. Spatula

2. Bahan

a. H3PO49%

b. Akar eceng gondok

c. Aquades

d.

Kertas saring

e. PH meter

f. Limbah vinasse


19/24

17

3.

Prosedur penelitian

3.1Persiapan Bahan

1. Eceng gondok yang diperoleh diambil bagian batangnya.

2.

Bagian batang eceng gondok dicuci dengan air bersih untuk

menghilangkan kotoran.

3. Dikeringkan dibawah sinar matahari.

4.

batang eceng gondok yang sudah bersih dan kering dipotong beberapa

bagian.

5. batang eceng gondok siap untuk proses selanjutnya.

3.2

Proses Aktivasi Akar Eceng Gondok

1. Potongan batang eceng gondok yang sudah kering dan bersih dimasukkan

dalam beaker glass.

2. Kemudian ditambah activator H3PO49% dan direndam selama 24 jam.

3. Setelah itu batang eceng gondok ditiriskan

4.

Memasukkan batang eceng gondok ke dalam oven untuk dikeringkan

selama 1 jam pada suhu 200oC

5.

Setelah kering kemudian diaktivasi dengan alat aktivasi (furnace) selama 4

jam pada suhu 400oC.

6.

Arang yang telah diaktivasi kemudian dicuci dengan akuades kemudian

disaring menggunakan corong Buchner

7. Residu hasil penyaringan kemudian dipanaskan di dalam oven selama 2

jam pada suhu 150oC.

8. Arang didinginkan dalam desikator

9.

Kemudian arang dihaluskan dengan mortar10.Dilakukan pengayakan menggunakan ayakan ukuran 120 mesh

11.Arang siap digunakan untuk analisis penurunan kadar BOD dan COD

3.3Proses Adsorbsi Arang Aktif

1. Sampel air limbah vinasse diambil sebanyak 150 ml dan ditempatkan

dalam beaker glass.

2. Arang aktif sebanyak 1 gram dimasukkan ke dalam sampel vinasse.

3. Diaduk hingga tercampur merata.

4. Didiamkan dalam variabel waktu 5 hari, 7 hari tanpa pengadukan, dan 7

hari dengan pengadukan


20/24

18

5.

Analisis kadar BOD dan COD.

I. JADWAL PENELITIAN

Tabel 3. Jadwal Kegiatan Penelitian

Nama Kegiatan

Minggu ke-

1 2 3 4 5 6 7 8

A. Tahap Pertama (persiapan)

1. Perizinan Sewa Laboraturium

2. Persiapan Alat dan Bahan

B. Tahap Kedua (pelaksanaan)

1. Praktik

2. Analisa Hasil Praktik

C. Tahap Ketiga (monitoring)

1. Penyusunan Laporan

2. Seminar Artikel Ilmiah

3. Penyerahan Laporan

J. PERSONALIA PENELITIAN

1. Ketua Peneliti :

a. Nama Lengkap : Falih Ghoniyal Haq

b. NIM : 5511311006

c. Semester : 6

d. Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Kimia

e. Perguruan Tinggi : Universitas Negeri Semarang

f. Bidang Keahlian : Teknik Kimia

g. Waktu untuk penelitian ini : 2 bulan

2. Anggota Peneliti 1:

a.Nama Lengkap : Hesmita Wijayanti

b.

NIM : 5511312014

c.

Semester : 4

d.Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Kimia


21/24

19

e.

Perguruan Tinggi : Universitas Negeri Semarang


g.Waktu untuk penelitian ini: 2 bulan

3.

Anggota Peneliti 2:

a. Nama Lengkap : Bayu Kurniawan

b. NIM : 5511312010

c. Semester : 4

d. Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Kimia

e. Perguruan Tinggi : Universitas Negeri Semarang


g. Waktu untuk penelitian ini : 2 bulan

K. ANGGARAN BIAYA PENELITIAN

Tabel 4. Anggaran Biaya Penelitian

No Kegiatan Jumlah (Rp)

1. Tahap Persiapan

- Kertas HVS

- Double tipe

-

Spidol

- Botol sampel

50.000

20.000

20.000

60.000

Sub total 150.000

2. Tahap Operasional

- Pengadaan Bahan Baku

-

Asam Phospat p.a

- Kertas Saring

-

Aquades 100 L

- Sewa Laboratorium

- Blender

- Beaker Glass 500 mL

-

Beaker Glass 250 mL

- Beaker Glass 1 L

- Cawan Porselen

-

PH meter- Masker

50.000

375.000

100.000

100.000

350.000

350.000

58.000

35.000

105.000

90.000

168.00032.000


22/24

20

- Sarung Tangan

-

Pisau

- Loyang

-

Stirer

-

Analisa BOD

- Analisa COD

- Transportasi

30.000

50.000

100.000

84.000

150.000

150.000

200.000

Sub total 2.577.000

3. Penyusunan Laporan

-

Penyusunan dan penggandaan laporan

-

Transportasi

- P3K

-

Dokumentasi

- ATK

100.000

50.000

25.000

150.000

100.000

Sub total 425.000

4. Seminar Penelitian

- Sewa LCD, laptop

-

Penyelenggaraan seminar

- Konsumsi

75.000

150.000

250.000

Sub total 475.000

Total 3.627.000


23/24

21

L. LAMPIRAN

1. Daftar Pustaka

Alaerts G., dan S.S Santika. 1984. Metode Penelitian Air Usaha Nasional.

Surabaya : Indonesia

Anantha, Freedy. 2007. Proses Pengolahan Limbah di PG. Madukismo,

Yogyakarta. Kerja Praktik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.

Arfan Y. 2006. Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Dasar Batubara Dengan

Perlakuan Aktivasi Terkontrol Serta Uji Kinerjanya. Depok :

Departemen Teknik Kimia FT-UI.

Barqi, Iqbal Safirul et al. 2010. Desain Proses Pengelolaan Limbah Vinasse

dengan Metode Pemekatan dan Pembakaran Pada Pabrik Gula

Alkohol Terintegrasi. Skripsi Institut Teknologi Sepuluh November.

Cheremisinoff, P. N., Cheremisinoff, N. P. 1993. Water Treatment and Waste

Recovery. New Jersey: Prentice hall, Englewood Cliffs.

Dabrowski, A., Podkoscielny, P., Hubicki, Z., Barczak, M. 2005. Adsorption of

Phenolic Compounds by Activated Carbona Critical Review.

Chemosphere 58, 10491070

Diao, Y., W.P. Walawender, L.T. Fan. 2002.Bioresource Technol. 81 45.

Irmanto dan Suyata. 2010. Optimasi Penurunan Nilai BOD, COD dan TSS

Limbah Cair Industri Tapioka Menggunakan Arang Aktif dari Ampas

Kopi. Disertasi Universitas Jenderal Soedirman.

Kirk, R.E and Othmer, D.F. (1978).Encyclopedia of Chemical Technology. Vol.

5. Interscience Encyclopedia. Inc. New York.

Kristanto, P. 2002.Ekologi Industri. Yogyakarta : Ando Offest

Putro, Agung Nur Hananto dan Sherviena Amanda Ardhiany. 2010. ProsesPengambilan Kembali Bioetanol Hasil Fermentasi dengan Metode

Adsorbsi Hidrophobik. Skripsi Universitas Diponegoro.

Rahmaningsih, Hanni Daylistio. 2006. Kajian Penggunaan Eceng Gondok

(Eichornia crassipe) Pada Penurunan Senyawa Nitrogen Efluen

Pengolahan Limbah Cair PT. Capsulgen Indonesia. Skripsi Institut

Pertanian Bogor.

Safirul B, Iqbal et al. 2012.Desain Proses Pengelolaan Limbah Vinasse dengan

Metode Pemekatan dan Pembakaran Pada Pabrik Gula Alkohol

Terintegrasi. Jurnal Teknik POMITS vol.1, No.1, (2012)1-6


24/24

22

Sembiring, Sinaga, 2003, Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya);

Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara;

Sumatera Utara

Sinaga, Choiruddin dan Annisa Damayanti. 2011. Optimalisasi Reflux Ratio dan

Penggunaan Energi Dalam Proses Destilasi Campuran Ethanol Air.

Skripsi Institut Teknologi Sepuluh November.

Sudibandriyo, M. 2003. A Generalized Ono-Kondo Lattice Model For High

Pressure on Carbon Adsorben, Ph.D Dissertation, Oklahoma State

University

Treybal, R.E.1980. Mass Transfer Operation, Singapore, Mc.Graw Hill, 3rd

edition.

Valentina, Andika Endah et al. 2013.Pemanfaatan Arang Eceng Gondok dalam

Menurunkan Kekeruhan COD, BOD pada Air Sumur. Indonesian Journal

of Chemical Science. 2(2), Agustus 2013, ISSN 22526951

Widyaningsih,T.S., 2007.Penyerapan Logam Cr Total dan CU2+dengan Eceng

Gondok Pada Sistem Air Mengalir. Tesis S2 Universitas Gadjah Mada

falih ghoniyal haq penurunan kadar bod dan cod pada limbah vinasse menggunakan arang aktif dari...

Documents