PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri tekstil merupakan industri yang cepat berkembang di
Indonesia, hal ini dapat dilihat dari nilai ekspor tekstil dan produk tekstil
(TPT) yang terus meningkat. Tercatat pada tahun 2001 nilai ekspor TPT
mencapai US$ 2,02 miliar, kemudian meningkat menjadi US$ 8,40 miliar
pada tahun 2008. Data peningkatan nilai ekspor TPT dari tahun ke tahun
Nilai Ekspor (Milyar US $)
ditunjukkan pada Gambar 1.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tahun
Gambar 1. Data jumlah ekspor tekstil di Indonesia (Kompas, 2008).
Semakin meningkatnya produksi tekstil di Indonesia menyebabkan
masalah lingkungan berupa limbah buangan dari proses pewarnaan (dyeing) di
industri tekstil. Adapun limbah yang dihasilkan tergantung dari jenis pewarna
dan proses yang digunakan.
Ada bermacam-macam jenis zat warna tekstil digunakan dalam proses
pewarnaan. Dalam penelitian ini digunakan zat warna vertigo blue 49 yang
merupakan zat warna reaktif biru yang banyak digunakan dalam pewarnaan
kain. Limbah dari industri tekstil ini sangat berbahaya jika langsung dibuang
1
ke lingkungan karena mengandung senyawa beracun seperti fenol, urea dan
logam berat lainnya. Sebagian besar pengolahan limbah cair konvensional
menggunakan proses biologi. Sedangkan zat warna tekstil merupakan
senyawa aromatik yang sukar terurai oleh sistem pengolahan air limbah secara
biologi. Selain itu, cara tersebut memerlukan biaya yang cukup mahal.
Belum lama ini telah banyak diusulkan alternatif
pengolahan air
limbah yang lebih murah. Diantaranya, proses adsorpsi secara batch maupun
kontinyu. Saat ini, pengolahan air limbah dengan proses adsorpsi sangat
efektif mengurangi kadar zat warna dalam limbah cair. Penelitian tentang
penjerapan zat warna tekstil jenis vertigo blue 49 dan orange DNA 13
menggunakan media bottom ash telah dilakukan dengan sistem batch (Dincer
et al., 2006). Gupta (2004), juga melakukan penelitian tentang penggunaan
bottom ash sebagai adsorben untuk zat warna malachite green.
Pengolahan air limbah dengan proses adsorpsi secara kontinyu
merupakan cara yang mudah dan murah untuk mengolah limbah cair industri
tekstil. Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan sangat
diperlukan untuk menekan biaya proses adsorpsi. Salah satu adsorben yang
paling banyak dimanfaatkan adalah arang batubara (bottom ash).
Arang batubara ini berasal dari material buangan sisa pembakaran
batubara dari PLTU maupun industri. Penelitian sebelumnya menggunakan
karbon aktif dari arang batubara untuk menjerap zat warna tekstil dan logam
berat dari limbah tekstil secara batch dan penelitian yang menggunakan sistem
kontinyu belum pernah dilakukan.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini dibuat model matematis adsorpsi zat warna
vertigo blue 49 dengan karbon aktif arang batubara melalui proses kontinyu
untuk
keperluan
perancangan
alat.
Adapun
analisis
perhitungannya
menggunakan pendekatan kurva breakthrough. Sampel limbah yang
2
digunakan adalah limbah sintetis dari pelarutan zat warna dengan air
terdeionisasi.
3
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad, A. A., and B. H. Hameed. 2009. Fixed-bed Adsorption of Reactive Azo Dye Onto
Granular Activated Carbon Prepared from Waste. Journal of Hazardous
Materials, 175: 298–303.
Bernasconi, G. et al. 1995. Teknologi Kimia bagian 2. Terjemahan oleh Lienda Handojo.
Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
Chatterjee, D., B. Ruj, and A. Mahata. 2001. Adsortion and Photochatalysis of Colour
Removal
From
Wastewater
Using
Fly
ash
and
Sunlight.
Catalysis
Communication. 2: 113-117.
Chunfeng, W., L. Jianseng, W. Lianjun, S. Xiuyun, and H. Jiajia. 2009. Adsorption of
Dye from Wastewater by Zeolites Synthesized from Fly Ash: Kinetic and
Equilibrium Studies. Chinese Journal of Chemical Engineering. 17: 513-521
Dewa, I. K., I. Sastrawidana, B. Lay, A. Fauzi, dan D. Santosa. 2009. Pengolahan
Limbah Tekstil Sistem Kombinasi Anaerobik-Aerobik Menggunakan Biofilm
Bakteri Konsorsium Dari Lumpur Limbah Tekstil. Jurnal Seminar Nasional
Tekhnologi Industri.
Dincer, A. R., Y. Gunes, N. Karakaya, and E. Gunes. 2006. Comparison of Activated
Carbon and Bottom Ash for Removal of Reactive Dye from Aqueous Solution,
Bioresource Technology. 98: 834–839.
Gupta, V. K., D. Mohan, S. Sharma and M. Sharma (2000), Removal of Basic Dyes
(Rhodamineb and Methylene Blue) from Aqueous Solutions Using Bagasse Fly
Ash, Separation Science Technology. 35: 2097–2113.
Gupta, V. K., A. Mittal, L. Krishnan, and V. Gajbe. 2004. Adsorption Kinetics and
Column Operations for The Removal and Recovery of Malachite Green from
Wastewater Using Bottom Ash. Journal of Hazardous Materials. 141: 529-535.
Gupta, V. K., I. Ali, and V. K. Saini, 2007, Adsorption Studies on The Removal of
Vertigo Blue 49 and Orange DNA 13 from Aqueous Solutions Using Carbon
Slurry Developed from a Waste Material. Journal of Colloid and Interface
Science. 315: 87-93.
22
Gupta, V. K. and Suhas. 2008. Application of low-cost adsorbents for dye removal – A
review. Journal of Environmental Management. 30: 1-30.
Eral, M., M. Majid, P. Lestari, Muawanah, dan A. Hidayat. 2009. Pemanfaatan Bagasse
Fly Ash Sebagai Adsorben Limbah Zat Warna Industri Tekstil. Jurnal Seminar
Nasional Tekhnologi Industri. 5: 93-98.
Jusoh, A., Y. K. Tam, A. G. Liew, M. J. Noor, and K. Saed. 2004, Adsorption Of
Remazol Dye Onto Granular Activated Carbon In Fixed Bed: A Case Study Of Red
3bs, International Journal of Engineering and Technology. 1(1): 58 – 63.
Kompas. 2008. Jumlah Ekspor Tekstil dan Produk Tekstil Indonesia.
Manurung, R., R. Hasibuan, dan Irvan. 2004. Perombakan Zat Warna Azo Reaktif Secara
Anaerob – Aerob. Jurnal Penelitian Universitas Sumatra Utara.
Malik, P. K. 2003. Use of Activated Carbons Prepared From Sawdust and Rice-Husk for
Adsorption of Acid Dyes: A Case Study of Acid Yellow 3. Dye Pigments. 56: 239–
249.
McCabe, J. W. Smith, and P. Harriot. 1993. Unit Operation of Chemical Engineering. 5th
ed. New York: McGraw-Hill.
Suwarsa, S. 1998. Penyerapan Zat Warna Tekstil BR Red HE 7B Oleh Jerami Padi .
JMS. 3(1): 32 – 40.
Sulistyoweni. 1994. Penanganan Limbah Industri Tekstil Di DKI Jakarta, Pusat
Penelitian Sumber Daya manusia dan Lingkungan. Jakarta: Lembaga Penelitian UI.
Treyball, R. E. 1981. Mass-Transfer Operation. 3rd ed. Tokyo: McGraw-Hill Book Co.
Uddin, T., M. R. Khan Rukanuzzaman, , and A. Islam. 2009. Adsorption of Methylene
Blue from Aqueous Solution by Jackfruit (Artocarpus Heteropyllus) Leaf Powder:
A Fxed-bed Column Study, Journal of Environmental Management, 90: 3443–3450
Wiloso, E. I., A. H. Setyawan, and V. Barlianti. 2009. Penyerapan Zat Warna Basic Redc
18 Dalam Kolom Dengan Menggunakan Media Dedak. Jurnal Peningkatan Daya
Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan
Produk dan Energi Alternatif.
Yang, R. T. 2003. Adsorbents: fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, Inc.
pp. 86-88.
23
Yogias.
2007.
Pengolahan
dan
Pemanfaatan
Limbah
Tekstil.
http://yogias.ngeblogs.com/2010/01/04/pengolahan-dan-pemanfaatan-limbahtekstil/, (dk. 07 Januari 2007).
Yunita, A dan A. Prasetya. 2009. Aktivasi Bagasse Fly Ash (BFA) untuk Adsorpsi Cu (II)
secara Batch dan Kontinyu: Eksperimen dan Pemodelan. Prosiding: STNKI 1920 Oktober, 2009, 1-8.
24
Bidang Teknologi
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA
(KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Peneliti Utama:
Denny Vitasari, ST, MEngSc
Anggota:
1. Kusmiyati, ST, MT, PhD
2. Ir. Ahmad M Fuadi, MT
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2010
INTISARI
Semakin meningkatnya produksi tekstil di Indonesia menyebabkan
masalah lingkungan berupa limbah buangan dari proses pewarnaan (dyeing) di
industri tekstil. Dalam penelitian ini dibuat model matematis adsorpsi zat warna
vertigo blue 49 dengan karbon aktif arang batubara melalui proses kontinyu untuk
keperluan perancangan alat. Adapun analisis perhitungannya menggunakan
pendekatan kurva breakthrough. Sampel limbah yang digunakan adalah limbah
sintetis dari pelarutan zat warna dengan air terdeionisasi.
Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa KAAB cukup efektif
untuk mengadsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan metode adsorpsi
kolom kontinyu. Adsorpsi kontinyu untuk zat warna vertigo blue 49 paling efektif
digunakan pada konsentrasi rendah, dan laju alir yang rendah. Model matematis
yang cocok untuk data percobaan adsorpsi zat warna vertigo blue 49 secara
kontinyu adalah model Thomas dan model Yoon-Nelson
Kata kunci: Adsorpsi, KAAB, zat warna tekstil, kurva breakthrough
iii
PRAKATA
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah, dan
Surakarta pada khususnya. Permasalahan yang nampak dari banyaknya industri
tekstil tersebut adalah munculnya limbah yang mengganggu kesehatan
masyarakat. Sumber utama limbah ini adalah dari proses pewarnaan tekstil
dengan kandungan utama zat warna dan logam. Untuk itu perlu dipikirkan proses
pengolahan limbah yang murah dan dapat dengan mudah diterapkan.
Penelitian ini melakukan inovasi penggunaan limbah arang batu bara
sebagai karbon aktif untuk menyerap zat warna dan logam dari limbah industri
tekstil. Penelitian dilakukan dengan biaya dari DP2M DIKTI dengan skema Hibah
Bersaing. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif pengolahan
limbah yang murah dan mudah diterapkan.
Dalam melakukan penelitian ini penulis mendapat bantuan dari banyak
pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada PT Indo
Acidatama yang telah mengijinkan panulis untuk menggunakan arang batu bara.
Terima kasih yang tak terhingga kepada Anik Khoiriyah, Dwi Megawati, Ikhwan
Arif Nadhori, dan Ina Istiqomah yang telah banyak membantu dalam pengambilan
data dan penyusunan laporan. Dan terima kasih kepada Laboratorium Teknik
Kimia UMS yang telah memberikan berbagai fasilitas untuk pengambilan data.
Akhir kata, penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan
penelitian ini, untuk itu kritik dan sarang sangat diharapkan agar laporan ini dapat
lebih bermanfaat.
Surakarta, 31 Oktober 2010
iv
DAFTAR ISI
BAB 1.
PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .................................................................................... 2
BAB 2.
2.1
TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 4
Limbah Cair Industri Tekstil .................................................................... 4
2.1.1
Sumber limbah .................................................................................. 4
2.1.2
Pengolahan Limbah Cair ................................................................... 5
2.2
Adsorpsi.................................................................................................... 6
2.2.1
Teori Adsorpsi ................................................................................... 6
2.2.2
Adsorben ........................................................................................... 8
2.2.3
Adsorpsi Secara Kontinyu................................................................. 9
2.3
Zat Warna Tekstil ................................................................................... 10
2.4
Arang Batubara....................................................................................... 11
2.5
Kesetimbangan Adsorpsi ........................................................................ 12
BAB 3.
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ...................................... 14
3.1
Tujuan Penelitian .................................................................................... 14
3.2
Manfaat Penelitian .................................................................................. 14
BAB 4.
4.1
METODE PENELITIAN ................................................................... 15
Cara Kerja............................................................................................... 15
4.1.1
Proses Aktivasi Adsorben ............................................................... 15
4.1.2
Pembuatan Limbah Sintesis ............................................................ 15
4.2
Proses Adsorpsi Zat Warna .................................................................... 15
4.2.1
Variasi Konsentrasi ......................................................................... 15
4.2.2
Variasi Laju Alir Limbah ................................................................ 16
4.3
Analisis Zat Warna ................................................................................. 16
4.3.1
Penentuan Panjang Gelombang....................................................... 16
4.3.2
Pembuatan Kurva Kalibrasi ............................................................ 16
4.4
BAB 5.
Analisis Hasil ......................................................................................... 16
HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 18
5.1
Pengaruh Konsentrasi terhadap Kapasitas Adsorpsi .............................. 18
5.2
Pengaruh Laju Alir terhadap Kapasitas Adsorpsi .................................. 19
v
5.3 Parameter Berbagai Model Isoterm Adsorpsi untuk Adsorpsi Zat Warna
Vertigo Blue 49 Menggunakan KAAB ............................................................. 19
BAB 6.
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 21
6.1
Kesimpulan ............................................................................................. 21
6.2
Saran ....................................................................................................... 21
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 22
vi
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB)
UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Oleh
Denny Vitasari, Kusmiyati, Ahmad M Fuadi
I. PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan peningkatan volume
limbah terutama berupa zat warna dari sisa pewarnaan kain. Salah satu cara untuk
menghilangkan zat warna dan logam dari limbah adalah dengan proses penjerapan
(adsorpsi). Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar
biaya proses adsorpsi dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan
atau material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk digunakan.
Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya yang sangat mahal, oleh karena itu perlu
adanya upaya pengolahan yang murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan
pengolahan limbah cair dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari
arang batubara (KAAB). Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh dari
parameter proses seperti konsentrasi awal zat warna dan laju alir cairan terhadap
adsorpsi zat warna dan ion logam dengan menggunakan KAAB pada kolom bahan isian.
Hasil yang diinginkan dari penelitian ini adalah persamaan untuk kurva breakthrough
pada adsorbsi zat warna dari limbah cair industri tekstil dengan menggunakan adsorben
berupa karbon aktif arang batubara (KAAB) dengan menggunakan kolom bahan isian.
Pengetahuan tentang kurva breakthrough sangat penting untuk perancangan dimensi alat
adsorpsi dalam penerapan metode adsorpsi ini di industri.
II. INOVASI IPTEKS
a. Kontribusi terhadap pembaharuan dan pengembangan ipteks
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang baik dan memiliki
gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang batubara tidak memiliki nilai
ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai adsorben akan mempunyai keuntungan
ekonomi. Studi tentang kurva breakthrough pada adsorpsi dengan karbon aktif untuk
menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas. Padahal pengetahuan ini
sangat penting untuk merancang suatu proses yang optimum. Dalam hal ini dipelajari
pengaruh kosentrasi zat warna mula-mula dan laju alir cairan terhadap kinetika adsorpsi
pada penggunaan KAAB sebagai adsorben.
b. Perluasan cakupan penelitian
Dengan mengetahui persamaan kinetika adsorpsi maka dapat dirancang dimensi alat dan
kondisi operasi yang optimum untuk pengolahan limbah cair dari industri tekstil dengan
cara adsorpsi menggunakan karbon aktif pada kolom bahan isian.
1
III. KONTRIBUSI TERHADAP PEMBANGUNAN
a. Dalam mengatasi masalah pembangunan
Perkembangan industri tekstil menimbulkan masalah bertambahnya volume limbah yang
harus diolah. Limbah ini sebagaian besar terdiri dari zat warna dan ion logam sebagai sisa
pewarnaan kain. Penelitian ini memberikan solusi pengolahan limbah cair industri tekstil
(zat warna) menggunakan metode yang mudah, ekonomis, dan ramah lingkungan
disamping memberikan nilai ekonomi arang batubara, yang selama ini dikenal pula
sebagai limbah, sebagai adsorben pengolahan limbah cair proses pencelupan dan
pewarnaan kain industri tekstil.
b. Penerapan teknologi ke arah komersial
Arang batubara (bottom ash) adalah material buangan yang berasal dari sisa pembakaran
batubara untuk pembangkit listrik. Arang batubara bisa diperoleh di PLTU maupun
industri yang berada di Jawa Tengah. Ketersediaan bahan baku arang batubara cukup
melimpah dan merupakan material lokal yang murah. Arang batubara merupakan
material tidak berbaya dan tidak bernilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben mempunyai keuntungan ekonomi. Arang batubara telah digunakan sebagai zat
tambahan pada campuran bangunan beton untuk konstruksi jalan dan jembatan.
Pemanfaatan arang batubara sebagai adasorben akan meningkatkan nilai ekonominya dan
mengurangi masalah limbah di industri pembangkit tenaga listrik maupun industri
lainnya yang menggunakan bahan bakar batubara.
c. Alih teknologi
Pengembangan metode adsorpsi untuk proses kontinyu dengan menggunakan kolom
bahan isian perlu untuk dikaji, mengingat proses kontinyu lebih mudah pengoperasiannya
di industri. Perancangan kolom dapat dilakukan berdasarkan data kinetika dan
kesetimbangan adsorpsi. Hasil rancangan kolom ini akan dapat diterapkan di industri
dengan bahan adsorben yang murah dan mudah didapatkan. Untuk itu penelitian lanjutan
mengenai perancangan kolom untuk adsorpsi limbah di industri perlu dilakukan agar
hasil penelitian ini dapat diterapkan di masyarakat.
d. Kelayakan memperoleh hak paten/cipta
Dalam lanjutan dari penelitian ini akan dirancang kolom yang dapat digunakan untuk
mengadsorpsi limbah dari sisa pewarnaan kain. Data-data kinetika dan kesetimbangan
adsorpsi akan diterapkan untuk memperoleh rancangan kolom yang optimum,
memberikan hasil pemisahan maksimum dengan biaya operasi yang minimum.
Rancangan kolom yang dapat diterapkan di industri, khususnya industri lokal di
Surakarta tentunya memiliki peluang untuk mendapatkan hak paten.
IV. MANFAAT BAGI INSTITUSI
a. Keterlibatan unit-unit lain di perguruan tinggi dalam pelaksanaan penelitian
Sejauh ini penelitian baru melibatkan Laboratorium Teknik Kimia mengingat sifat
penelitian yang masih mencari sifat-sifat termodinamika dan kinetika adsorpsi zat warna
tekstil dengan menggunakan KAAB. Di masa datang, penelitian ini tidak menutup
kemungkinan untuk melibatkan pihak-pihak lain, seperti Laboratorium Teknik Mesin
2
atau Laboratorium Teknik Sipil untuk perancangan material adsorben maupun
perancangan sistem pengolahan limbah cair dari industri tekstil.
b. Keterlibatan mahasiswa
Penelitian ini melibatkan 4 orang mahasiswa S1 dengan 2 judul tugas akhir sebagai
berikut:
No.
Nama
Judul Tugas Akhir
1
Anik Khoriyah
Adsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan
bottom ash secara kontinyu
2
Ikhwan Arif Nadhori
3
Dwi Megawati
4
Ina Istiqomah
Adsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan
bottom ash secara kontinyu
c. Kerja sama dengan pihak luar
Penelitian ini dilakukan bekerja sam dengan PT Indo Acidatama sebagai penyedia arang
batubara. Sebagai lanjutan dari penelitian ini, karbon aktif arang batubara akan
dimanfaatkan untuk pengolahan limbah industri batik di Kampoeng Batik Laweyan
Surakarta. Sebuah kolom adsorpsi akan dirancang berdasarkan data-data kinetika dan
kesetimbangan yang telah dihasilkan dari penelitian untuk dapat mengolah limbah batik
di Kampoeng Batik Laweyan Surakarta secara optimum.
V. PUBLIKASI ILMIAH
Publikasi ilmiah yang disusun dari hasil penelitian ini baru akan dipresentasikan di
simposium dan seminar nasional, tetapi telah berhasil melalui review panitia. Daftar
publikasi adalah sebagai berikut:
Kusmiyati, Anik Khoiriyah, Denny Vitasari, 2010, Adsorpsi zat warna vertigo blue 49
menggunakan bottom ash secara kontinyu, Simposium Nasional RAPI IX 2010, Fakultas
Teknik UMS, Surakarta, Desember 2010
3
1.1 Latar Belakang
Industri tekstil merupakan industri yang cepat berkembang di
Indonesia, hal ini dapat dilihat dari nilai ekspor tekstil dan produk tekstil
(TPT) yang terus meningkat. Tercatat pada tahun 2001 nilai ekspor TPT
mencapai US$ 2,02 miliar, kemudian meningkat menjadi US$ 8,40 miliar
pada tahun 2008. Data peningkatan nilai ekspor TPT dari tahun ke tahun
Nilai Ekspor (Milyar US $)
ditunjukkan pada Gambar 1.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tahun
Gambar 1. Data jumlah ekspor tekstil di Indonesia (Kompas, 2008).
Semakin meningkatnya produksi tekstil di Indonesia menyebabkan
masalah lingkungan berupa limbah buangan dari proses pewarnaan (dyeing) di
industri tekstil. Adapun limbah yang dihasilkan tergantung dari jenis pewarna
dan proses yang digunakan.
Ada bermacam-macam jenis zat warna tekstil digunakan dalam proses
pewarnaan. Dalam penelitian ini digunakan zat warna vertigo blue 49 yang
merupakan zat warna reaktif biru yang banyak digunakan dalam pewarnaan
kain. Limbah dari industri tekstil ini sangat berbahaya jika langsung dibuang
1
ke lingkungan karena mengandung senyawa beracun seperti fenol, urea dan
logam berat lainnya. Sebagian besar pengolahan limbah cair konvensional
menggunakan proses biologi. Sedangkan zat warna tekstil merupakan
senyawa aromatik yang sukar terurai oleh sistem pengolahan air limbah secara
biologi. Selain itu, cara tersebut memerlukan biaya yang cukup mahal.
Belum lama ini telah banyak diusulkan alternatif
pengolahan air
limbah yang lebih murah. Diantaranya, proses adsorpsi secara batch maupun
kontinyu. Saat ini, pengolahan air limbah dengan proses adsorpsi sangat
efektif mengurangi kadar zat warna dalam limbah cair. Penelitian tentang
penjerapan zat warna tekstil jenis vertigo blue 49 dan orange DNA 13
menggunakan media bottom ash telah dilakukan dengan sistem batch (Dincer
et al., 2006). Gupta (2004), juga melakukan penelitian tentang penggunaan
bottom ash sebagai adsorben untuk zat warna malachite green.
Pengolahan air limbah dengan proses adsorpsi secara kontinyu
merupakan cara yang mudah dan murah untuk mengolah limbah cair industri
tekstil. Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan sangat
diperlukan untuk menekan biaya proses adsorpsi. Salah satu adsorben yang
paling banyak dimanfaatkan adalah arang batubara (bottom ash).
Arang batubara ini berasal dari material buangan sisa pembakaran
batubara dari PLTU maupun industri. Penelitian sebelumnya menggunakan
karbon aktif dari arang batubara untuk menjerap zat warna tekstil dan logam
berat dari limbah tekstil secara batch dan penelitian yang menggunakan sistem
kontinyu belum pernah dilakukan.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini dibuat model matematis adsorpsi zat warna
vertigo blue 49 dengan karbon aktif arang batubara melalui proses kontinyu
untuk
keperluan
perancangan
alat.
Adapun
analisis
perhitungannya
menggunakan pendekatan kurva breakthrough. Sampel limbah yang
2
digunakan adalah limbah sintetis dari pelarutan zat warna dengan air
terdeionisasi.
3
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad, A. A., and B. H. Hameed. 2009. Fixed-bed Adsorption of Reactive Azo Dye Onto
Granular Activated Carbon Prepared from Waste. Journal of Hazardous
Materials, 175: 298–303.
Bernasconi, G. et al. 1995. Teknologi Kimia bagian 2. Terjemahan oleh Lienda Handojo.
Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
Chatterjee, D., B. Ruj, and A. Mahata. 2001. Adsortion and Photochatalysis of Colour
Removal
From
Wastewater
Using
Fly
ash
and
Sunlight.
Catalysis
Communication. 2: 113-117.
Chunfeng, W., L. Jianseng, W. Lianjun, S. Xiuyun, and H. Jiajia. 2009. Adsorption of
Dye from Wastewater by Zeolites Synthesized from Fly Ash: Kinetic and
Equilibrium Studies. Chinese Journal of Chemical Engineering. 17: 513-521
Dewa, I. K., I. Sastrawidana, B. Lay, A. Fauzi, dan D. Santosa. 2009. Pengolahan
Limbah Tekstil Sistem Kombinasi Anaerobik-Aerobik Menggunakan Biofilm
Bakteri Konsorsium Dari Lumpur Limbah Tekstil. Jurnal Seminar Nasional
Tekhnologi Industri.
Dincer, A. R., Y. Gunes, N. Karakaya, and E. Gunes. 2006. Comparison of Activated
Carbon and Bottom Ash for Removal of Reactive Dye from Aqueous Solution,
Bioresource Technology. 98: 834–839.
Gupta, V. K., D. Mohan, S. Sharma and M. Sharma (2000), Removal of Basic Dyes
(Rhodamineb and Methylene Blue) from Aqueous Solutions Using Bagasse Fly
Ash, Separation Science Technology. 35: 2097–2113.
Gupta, V. K., A. Mittal, L. Krishnan, and V. Gajbe. 2004. Adsorption Kinetics and
Column Operations for The Removal and Recovery of Malachite Green from
Wastewater Using Bottom Ash. Journal of Hazardous Materials. 141: 529-535.
Gupta, V. K., I. Ali, and V. K. Saini, 2007, Adsorption Studies on The Removal of
Vertigo Blue 49 and Orange DNA 13 from Aqueous Solutions Using Carbon
Slurry Developed from a Waste Material. Journal of Colloid and Interface
Science. 315: 87-93.
22
Gupta, V. K. and Suhas. 2008. Application of low-cost adsorbents for dye removal – A
review. Journal of Environmental Management. 30: 1-30.
Eral, M., M. Majid, P. Lestari, Muawanah, dan A. Hidayat. 2009. Pemanfaatan Bagasse
Fly Ash Sebagai Adsorben Limbah Zat Warna Industri Tekstil. Jurnal Seminar
Nasional Tekhnologi Industri. 5: 93-98.
Jusoh, A., Y. K. Tam, A. G. Liew, M. J. Noor, and K. Saed. 2004, Adsorption Of
Remazol Dye Onto Granular Activated Carbon In Fixed Bed: A Case Study Of Red
3bs, International Journal of Engineering and Technology. 1(1): 58 – 63.
Kompas. 2008. Jumlah Ekspor Tekstil dan Produk Tekstil Indonesia.
Manurung, R., R. Hasibuan, dan Irvan. 2004. Perombakan Zat Warna Azo Reaktif Secara
Anaerob – Aerob. Jurnal Penelitian Universitas Sumatra Utara.
Malik, P. K. 2003. Use of Activated Carbons Prepared From Sawdust and Rice-Husk for
Adsorption of Acid Dyes: A Case Study of Acid Yellow 3. Dye Pigments. 56: 239–
249.
McCabe, J. W. Smith, and P. Harriot. 1993. Unit Operation of Chemical Engineering. 5th
ed. New York: McGraw-Hill.
Suwarsa, S. 1998. Penyerapan Zat Warna Tekstil BR Red HE 7B Oleh Jerami Padi .
JMS. 3(1): 32 – 40.
Sulistyoweni. 1994. Penanganan Limbah Industri Tekstil Di DKI Jakarta, Pusat
Penelitian Sumber Daya manusia dan Lingkungan. Jakarta: Lembaga Penelitian UI.
Treyball, R. E. 1981. Mass-Transfer Operation. 3rd ed. Tokyo: McGraw-Hill Book Co.
Uddin, T., M. R. Khan Rukanuzzaman, , and A. Islam. 2009. Adsorption of Methylene
Blue from Aqueous Solution by Jackfruit (Artocarpus Heteropyllus) Leaf Powder:
A Fxed-bed Column Study, Journal of Environmental Management, 90: 3443–3450
Wiloso, E. I., A. H. Setyawan, and V. Barlianti. 2009. Penyerapan Zat Warna Basic Redc
18 Dalam Kolom Dengan Menggunakan Media Dedak. Jurnal Peningkatan Daya
Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan
Produk dan Energi Alternatif.
Yang, R. T. 2003. Adsorbents: fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, Inc.
pp. 86-88.
23
Yogias.
2007.
Pengolahan
dan
Pemanfaatan
Limbah
Tekstil.
http://yogias.ngeblogs.com/2010/01/04/pengolahan-dan-pemanfaatan-limbahtekstil/, (dk. 07 Januari 2007).
Yunita, A dan A. Prasetya. 2009. Aktivasi Bagasse Fly Ash (BFA) untuk Adsorpsi Cu (II)
secara Batch dan Kontinyu: Eksperimen dan Pemodelan. Prosiding: STNKI 1920 Oktober, 2009, 1-8.
24
Bidang Teknologi
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA
(KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Peneliti Utama:
Denny Vitasari, ST, MEngSc
Anggota:
1. Kusmiyati, ST, MT, PhD
2. Ir. Ahmad M Fuadi, MT
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2010
INTISARI
Semakin meningkatnya produksi tekstil di Indonesia menyebabkan
masalah lingkungan berupa limbah buangan dari proses pewarnaan (dyeing) di
industri tekstil. Dalam penelitian ini dibuat model matematis adsorpsi zat warna
vertigo blue 49 dengan karbon aktif arang batubara melalui proses kontinyu untuk
keperluan perancangan alat. Adapun analisis perhitungannya menggunakan
pendekatan kurva breakthrough. Sampel limbah yang digunakan adalah limbah
sintetis dari pelarutan zat warna dengan air terdeionisasi.
Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa KAAB cukup efektif
untuk mengadsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan metode adsorpsi
kolom kontinyu. Adsorpsi kontinyu untuk zat warna vertigo blue 49 paling efektif
digunakan pada konsentrasi rendah, dan laju alir yang rendah. Model matematis
yang cocok untuk data percobaan adsorpsi zat warna vertigo blue 49 secara
kontinyu adalah model Thomas dan model Yoon-Nelson
Kata kunci: Adsorpsi, KAAB, zat warna tekstil, kurva breakthrough
iii
PRAKATA
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah, dan
Surakarta pada khususnya. Permasalahan yang nampak dari banyaknya industri
tekstil tersebut adalah munculnya limbah yang mengganggu kesehatan
masyarakat. Sumber utama limbah ini adalah dari proses pewarnaan tekstil
dengan kandungan utama zat warna dan logam. Untuk itu perlu dipikirkan proses
pengolahan limbah yang murah dan dapat dengan mudah diterapkan.
Penelitian ini melakukan inovasi penggunaan limbah arang batu bara
sebagai karbon aktif untuk menyerap zat warna dan logam dari limbah industri
tekstil. Penelitian dilakukan dengan biaya dari DP2M DIKTI dengan skema Hibah
Bersaing. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif pengolahan
limbah yang murah dan mudah diterapkan.
Dalam melakukan penelitian ini penulis mendapat bantuan dari banyak
pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada PT Indo
Acidatama yang telah mengijinkan panulis untuk menggunakan arang batu bara.
Terima kasih yang tak terhingga kepada Anik Khoiriyah, Dwi Megawati, Ikhwan
Arif Nadhori, dan Ina Istiqomah yang telah banyak membantu dalam pengambilan
data dan penyusunan laporan. Dan terima kasih kepada Laboratorium Teknik
Kimia UMS yang telah memberikan berbagai fasilitas untuk pengambilan data.
Akhir kata, penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan
penelitian ini, untuk itu kritik dan sarang sangat diharapkan agar laporan ini dapat
lebih bermanfaat.
Surakarta, 31 Oktober 2010
iv
DAFTAR ISI
BAB 1.
PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .................................................................................... 2
BAB 2.
2.1
TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 4
Limbah Cair Industri Tekstil .................................................................... 4
2.1.1
Sumber limbah .................................................................................. 4
2.1.2
Pengolahan Limbah Cair ................................................................... 5
2.2
Adsorpsi.................................................................................................... 6
2.2.1
Teori Adsorpsi ................................................................................... 6
2.2.2
Adsorben ........................................................................................... 8
2.2.3
Adsorpsi Secara Kontinyu................................................................. 9
2.3
Zat Warna Tekstil ................................................................................... 10
2.4
Arang Batubara....................................................................................... 11
2.5
Kesetimbangan Adsorpsi ........................................................................ 12
BAB 3.
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ...................................... 14
3.1
Tujuan Penelitian .................................................................................... 14
3.2
Manfaat Penelitian .................................................................................. 14
BAB 4.
4.1
METODE PENELITIAN ................................................................... 15
Cara Kerja............................................................................................... 15
4.1.1
Proses Aktivasi Adsorben ............................................................... 15
4.1.2
Pembuatan Limbah Sintesis ............................................................ 15
4.2
Proses Adsorpsi Zat Warna .................................................................... 15
4.2.1
Variasi Konsentrasi ......................................................................... 15
4.2.2
Variasi Laju Alir Limbah ................................................................ 16
4.3
Analisis Zat Warna ................................................................................. 16
4.3.1
Penentuan Panjang Gelombang....................................................... 16
4.3.2
Pembuatan Kurva Kalibrasi ............................................................ 16
4.4
BAB 5.
Analisis Hasil ......................................................................................... 16
HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 18
5.1
Pengaruh Konsentrasi terhadap Kapasitas Adsorpsi .............................. 18
5.2
Pengaruh Laju Alir terhadap Kapasitas Adsorpsi .................................. 19
v
5.3 Parameter Berbagai Model Isoterm Adsorpsi untuk Adsorpsi Zat Warna
Vertigo Blue 49 Menggunakan KAAB ............................................................. 19
BAB 6.
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 21
6.1
Kesimpulan ............................................................................................. 21
6.2
Saran ....................................................................................................... 21
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 22
vi
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB)
UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Oleh
Denny Vitasari, Kusmiyati, Ahmad M Fuadi
I. PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan peningkatan volume
limbah terutama berupa zat warna dari sisa pewarnaan kain. Salah satu cara untuk
menghilangkan zat warna dan logam dari limbah adalah dengan proses penjerapan
(adsorpsi). Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar
biaya proses adsorpsi dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan
atau material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk digunakan.
Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya yang sangat mahal, oleh karena itu perlu
adanya upaya pengolahan yang murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan
pengolahan limbah cair dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari
arang batubara (KAAB). Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh dari
parameter proses seperti konsentrasi awal zat warna dan laju alir cairan terhadap
adsorpsi zat warna dan ion logam dengan menggunakan KAAB pada kolom bahan isian.
Hasil yang diinginkan dari penelitian ini adalah persamaan untuk kurva breakthrough
pada adsorbsi zat warna dari limbah cair industri tekstil dengan menggunakan adsorben
berupa karbon aktif arang batubara (KAAB) dengan menggunakan kolom bahan isian.
Pengetahuan tentang kurva breakthrough sangat penting untuk perancangan dimensi alat
adsorpsi dalam penerapan metode adsorpsi ini di industri.
II. INOVASI IPTEKS
a. Kontribusi terhadap pembaharuan dan pengembangan ipteks
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang baik dan memiliki
gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang batubara tidak memiliki nilai
ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai adsorben akan mempunyai keuntungan
ekonomi. Studi tentang kurva breakthrough pada adsorpsi dengan karbon aktif untuk
menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas. Padahal pengetahuan ini
sangat penting untuk merancang suatu proses yang optimum. Dalam hal ini dipelajari
pengaruh kosentrasi zat warna mula-mula dan laju alir cairan terhadap kinetika adsorpsi
pada penggunaan KAAB sebagai adsorben.
b. Perluasan cakupan penelitian
Dengan mengetahui persamaan kinetika adsorpsi maka dapat dirancang dimensi alat dan
kondisi operasi yang optimum untuk pengolahan limbah cair dari industri tekstil dengan
cara adsorpsi menggunakan karbon aktif pada kolom bahan isian.
1
III. KONTRIBUSI TERHADAP PEMBANGUNAN
a. Dalam mengatasi masalah pembangunan
Perkembangan industri tekstil menimbulkan masalah bertambahnya volume limbah yang
harus diolah. Limbah ini sebagaian besar terdiri dari zat warna dan ion logam sebagai sisa
pewarnaan kain. Penelitian ini memberikan solusi pengolahan limbah cair industri tekstil
(zat warna) menggunakan metode yang mudah, ekonomis, dan ramah lingkungan
disamping memberikan nilai ekonomi arang batubara, yang selama ini dikenal pula
sebagai limbah, sebagai adsorben pengolahan limbah cair proses pencelupan dan
pewarnaan kain industri tekstil.
b. Penerapan teknologi ke arah komersial
Arang batubara (bottom ash) adalah material buangan yang berasal dari sisa pembakaran
batubara untuk pembangkit listrik. Arang batubara bisa diperoleh di PLTU maupun
industri yang berada di Jawa Tengah. Ketersediaan bahan baku arang batubara cukup
melimpah dan merupakan material lokal yang murah. Arang batubara merupakan
material tidak berbaya dan tidak bernilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben mempunyai keuntungan ekonomi. Arang batubara telah digunakan sebagai zat
tambahan pada campuran bangunan beton untuk konstruksi jalan dan jembatan.
Pemanfaatan arang batubara sebagai adasorben akan meningkatkan nilai ekonominya dan
mengurangi masalah limbah di industri pembangkit tenaga listrik maupun industri
lainnya yang menggunakan bahan bakar batubara.
c. Alih teknologi
Pengembangan metode adsorpsi untuk proses kontinyu dengan menggunakan kolom
bahan isian perlu untuk dikaji, mengingat proses kontinyu lebih mudah pengoperasiannya
di industri. Perancangan kolom dapat dilakukan berdasarkan data kinetika dan
kesetimbangan adsorpsi. Hasil rancangan kolom ini akan dapat diterapkan di industri
dengan bahan adsorben yang murah dan mudah didapatkan. Untuk itu penelitian lanjutan
mengenai perancangan kolom untuk adsorpsi limbah di industri perlu dilakukan agar
hasil penelitian ini dapat diterapkan di masyarakat.
d. Kelayakan memperoleh hak paten/cipta
Dalam lanjutan dari penelitian ini akan dirancang kolom yang dapat digunakan untuk
mengadsorpsi limbah dari sisa pewarnaan kain. Data-data kinetika dan kesetimbangan
adsorpsi akan diterapkan untuk memperoleh rancangan kolom yang optimum,
memberikan hasil pemisahan maksimum dengan biaya operasi yang minimum.
Rancangan kolom yang dapat diterapkan di industri, khususnya industri lokal di
Surakarta tentunya memiliki peluang untuk mendapatkan hak paten.
IV. MANFAAT BAGI INSTITUSI
a. Keterlibatan unit-unit lain di perguruan tinggi dalam pelaksanaan penelitian
Sejauh ini penelitian baru melibatkan Laboratorium Teknik Kimia mengingat sifat
penelitian yang masih mencari sifat-sifat termodinamika dan kinetika adsorpsi zat warna
tekstil dengan menggunakan KAAB. Di masa datang, penelitian ini tidak menutup
kemungkinan untuk melibatkan pihak-pihak lain, seperti Laboratorium Teknik Mesin
2
atau Laboratorium Teknik Sipil untuk perancangan material adsorben maupun
perancangan sistem pengolahan limbah cair dari industri tekstil.
b. Keterlibatan mahasiswa
Penelitian ini melibatkan 4 orang mahasiswa S1 dengan 2 judul tugas akhir sebagai
berikut:
No.
Nama
Judul Tugas Akhir
1
Anik Khoriyah
Adsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan
bottom ash secara kontinyu
2
Ikhwan Arif Nadhori
3
Dwi Megawati
4
Ina Istiqomah
Adsorpsi zat warna vertigo blue 49 menggunakan
bottom ash secara kontinyu
c. Kerja sama dengan pihak luar
Penelitian ini dilakukan bekerja sam dengan PT Indo Acidatama sebagai penyedia arang
batubara. Sebagai lanjutan dari penelitian ini, karbon aktif arang batubara akan
dimanfaatkan untuk pengolahan limbah industri batik di Kampoeng Batik Laweyan
Surakarta. Sebuah kolom adsorpsi akan dirancang berdasarkan data-data kinetika dan
kesetimbangan yang telah dihasilkan dari penelitian untuk dapat mengolah limbah batik
di Kampoeng Batik Laweyan Surakarta secara optimum.
V. PUBLIKASI ILMIAH
Publikasi ilmiah yang disusun dari hasil penelitian ini baru akan dipresentasikan di
simposium dan seminar nasional, tetapi telah berhasil melalui review panitia. Daftar
publikasi adalah sebagai berikut:
Kusmiyati, Anik Khoiriyah, Denny Vitasari, 2010, Adsorpsi zat warna vertigo blue 49
menggunakan bottom ash secara kontinyu, Simposium Nasional RAPI IX 2010, Fakultas
Teknik UMS, Surakarta, Desember 2010
3