Rancang bangun proses penyisihan nitrogen dalam limbah cair dengan kombinasi nitrifikasi kimiawi dan denitrifikasi biologis menggunakan zeolit sebagai partikel penunjang (tt)
RANCANGBANGUNPROSES
PENYISIHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR
DENGAN KOMBINASI
NITRIFIKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS
MENGGUNAKAN ZEOLIT
SEBAGAI P ARTIKEL PENUNJANG
BAYUSUROSO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI··
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi RANCANG BANGUN PROSES
PENYISIHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR DENGAN KOMBINASI
NITRIFIKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS MENGGUNAKAN
ZEOLIT SEBAGAI PARTIKEL PENUNJANG adalah karya saya sendiri dengan
arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalarn bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalarn
teks dan dicantumkan dalarn Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Ｂｧｯ＼Ｌｾ＠
Bayu Suroso
NIM 995144
ABSTRAK
BAYU SUROSO. Rancang Bangun Proses Penyisihan Nitrogen dalam Limbah
Cair dengan Kombinasi Nitrifikasi Kimiawi dan Denitrifikasi Biologis
Menggunakan Zeolit sebagai Partikel Penunjang. Dibimbing oleh Anas Miftah
Fauzi, Djumali Mangunwidjaja, Muhammad Romli, Suprihatin, dan Kaseno.
NH/ dan N03- merupakan komponen yang mengganggu lingkungan karena
sifat eutrophication pada badan manusia dan menyebabkan pertumbuhan algae di
perairan. Berbagai studi melaporkan bahwa kedua komponen nitrogen tersebut
dapat diolah melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Tujuan utama penelitian ini
adalah untuk memperoleh dasar rancangan pengolahan limbah cair untuk
menyisihkan kandungan NH/ and N0 3- pada limbah cair dengan zeolit sebagai
material penunjang.
.
Nitrifikasi kimiawi dilakukan terhadap amonium dengan 2 alternatif yaitu
pertukaran kation dan oksidasi kimiawi. Zeolit dengan ukuran yang lebih kecil
diterapkan untuk mendapatkan kapasitas tukar kation (KTK) sedangkan oksidasi
kimiawi dilakukan dengan zeolit yang dilapisi permanganat. KTK tertinggi untuk
proses sinambung diperoleh pada zeolit dengan ukuran mesh -70+80, memberikan
KTK sebesar 8.31 mg N-NH/ mrl zeolit, sedangkan untuk proses curah dengan
ukuran mesh -45+50, memberikan KTK sebesar 10.6 mg N-NH/ mrl zeolit. Zeolit
dengan ukuran mesh -45+50 yang diaktivasi menggunakan larutan 50 g H2 S0 4 L- l
denganpermanganat dan dilakukan kalsinasi pada 200°C selama 4 jam memberikan
kinerja terbaik pada proses oksidasi kimiawi, memberikan kapasitas oksidasi
amonium (KOA) sebesar 8,35 mg N-NH/ mrl zeolit dan 9,66 mg N-NH/ mrl
zeolit masing-masing untuk proses sinambung dan curah.
Kinetika nitrifikasi kimiawi dihitung untuk memperoleh parameter kinetika:
waktu tembus (80), waktu rata-rata kurva titik tembus (8M) and faktor bentuk kurva
dimana mekanisme perpindahan massa: amonium ke zeolit dapat
titik tembus ＨｾＩＬ＠
dijelaskan. Faktor bentuk ＨｾＩ＠ yang dihitung menunjukkan bahwa langkah yang
mengendalikan perpindahan pada zeolit teraktivasi adalah difusi film, sesuai dengan
fenomena pelapisan yang dilakukan pada percobaan. Kapasitas penyisihan amonium
yang dihitung melalui uji kinetik memberikan kesesuaian yang cukup baik dengan
yang dihitung melalui kurva titile tembus.
Reaktor unggun diam 5 liter, diisi zeolit dengan ukuran 2-3 em, digunalean
untuk proses denitrifikasi secara biologis. Denitrifikasi komplit terhadap larutan
masukan 100 mg N-N0 3- L- l dan 400 mg COD L- l dicapai dalam 15 jam. Simulasi
kinetika denitrifikasi dilakukan dengan menggunakan 2 substrat, N-N0 3- dan COD,
sebagai pembatas pertumbuhan biomassa. Pada waktu tinggal hidrolik (t) rendah,
langkah yang mengendalikan denitrifikasi biologis adalah difusi, sedangkan pada 't:
tinggi langkah yang mengendalikan adalah reaksi biomassa. Pada 't: sebesar 6 dan 7
jam kedua pengaruh berada pada posisi seimbang.
Stabilitas biomassa pada denitrifikasi sinambung menunjukkan bahwa
pertumbuhan biomassa setimbang pada selang 't: sebesar 22 jam sampai 45 jam.
Wash out biomassa berlangsung pada 't: < 22 jam sedangkan akumulasi biomassa
teljadi't: > 45 jam.
Kata kunci: aktivasi zeolit, kinetika nitrifikasi kimiawi, kinetika denitrifikasi
biologis, rancang bangun penyisihan nitrogen pada limbah cair.
ABSTRACT
BAYU SUROSO. Process design of nitrogen removal in waste water by
combination of chemical nitrification and biological denitrification using zeolite as
supporting particle. Under the direction of Anas Miftah Fauzi, Djumali
Mangunwidjaja, Muhammad Romli, Suprihatin, and Kaseno.
NH4 + and N03- have been environmental concern for their eutrophication
effect in human body and stimulating undesirable algae growth in aquatic system.
Studies suggest that both nitrogen compounds could be eliminated through
nitrification and denitrification processes. The main objectives of this research were
to obtain basic design of waste water treatment plant for eliminating NH4+ and N03'
with zeolite as supporting material.
Chemical nitrification was developed through two (2) alternatives, i. e. cation
exchange and chemical oxidation processes. Commercial zeolite with smaller sizes
were applied to obtain cation exchange capacities whereas chemical oxidation was
developed by layering zeolite with permanganate on which ammonium was nitrified
into nitrate. The highest cation exchange capacity for continuous process was
obtained by zeolite with mesh -70+80, providing exchange capacity of 8.31 mg NNH4 + ml -I zeolite, whereas that for batch process with mesh -45+50, providing
exchange capacity of 10.6 mg N-NH/ ml·1 zeolite. Mesh -45+50 zeolite which was
activated using sulfuric acid solution of 50 g 1'1 with calcinations at 200°C during 4
hours provided best performances on chemical oxidation process, with ammonium
oxidation capacity of 8.35 mg N-NH4 + ml·1 zeolite and 9. 66 mg N-NH4 + ml- I zeolite
consecutively for continuous and batch tests.
Process kinetics of chemical nitrification was calculated to obtain kinetic
parameters: time of appearance (eo), the time corresponding to its mean value (eMJ
and shape factor of breakthrough curve (/3), by which mass transfer mechanism of
ammonium into zeolite could be explained. Calculated shape factor (/3) showed that
rate controlling step of activated zeolit was governed by film diffusion which was
infact in agrement with the designated process. The ammonium removal capacities
calculated through kinetic test provided fairly good agreement with those calculated
from breakthrough curve.
A five liter fixed bed reactor, filled by zeolite with sizes of 2-3 cm, was aPflied
for biological denitrification. Completed denitrification of 100 mg N-N03' l' and
400 mg COD 1'1 influent was achieved in 15 hours. Kinetics simulation of
denitrification was developed by utilizing two substrates, N-N03' and methanol
represented by COD, as simultaneously growth limiting. At low hydrolic retention
time (-r), rate controlling step of biological denitrification was diffusion, whereas at
higher r that was controlled by biomass reaction. At r equals 6 and 7 hours, both
steps controlled biological denitrification equally.
Biomass stability on continuous denitrification showed that equilibrium
biomass growth was within interval T of 22 hours to 45 hours. Biomass wash out
took place at r < 22 hours whereas biomass accumulation occurred at r> 45 hours.
Key words:
zeolite activation, kinetics of chemical nitrification, kinetics of
biological denitrification, design of nitrogen removal in waste water
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, Jotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN PROSES
PENYISlHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR
DENGAN KOMBINASI
NITRIFlKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS
MENGGUNAKAN ZEOLIT
SEBAGAI PARTIKEL PENUNJANG
BAYUSUROSO
Disertasi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar
Doktor
Pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Disertasi
Rancang Bangun Proses Penyisihan Nitrogen dalam
Limbah Cair dengan Kombinasi Nitrifikasi Kimiawi dan
Denitrifikasi Biologis Menggunakan .Zeolit sebagai
Partike1 Penunjang.
Bayu Suroso
995144
Nama Mahasiswa
NomorPokok
Disetujui:
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Anas Miftah Fauzi. M.Eng
Ketua
Prof.
ａｾ
｜＠
-ｩｵｭ｡ｾｮｧｗ､ｪ＠
j
ＬｾＮ＠
-
.
Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc.8t
Anggota
r. Ir.
Anggota
ｾ＠
Dr. Ir. Suprihatin, Dipl.-Ing.
Anggota
Dr. Ir. Kaseno. M.Eng
Anggota
Diketahui:
Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian
•
r·, ,
.\
Dr.Ir. Irawadi J amaran
Tariggal Ujian: 26 Pebruari 2007
p. J.
/
Prof: IDr..k Khairil . Notodiputro, MS
Tallggal Lulus:
ｾ＠ 9 MAR 2007
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-NYA sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema
penelitian yang dilaksanakan sejak tahun 2000 ini adalah pemanfaatan sumber daya
alam (zeolit) untuk konservasi lingkungan hidup, yaitu penyisihan NH/ dan N03 pada limbah cairo
Penelitian tentang pemanfaatan zeolit ini sangat bermanfaat bagi industri pada
khususnya dan masyarakat pada umumnya. Diharapkan penelitian ini akan
memberikan solusi bagi pemanfaatan kembali air limbah industri yang mengandung
N03- dan NH/.
Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir.
Anas M Fauzi, MEng sebagai ketua komisi pembimbing, dan Prof Dr. Ir. Djumali
Mangunwidaja, Dr. Ir. Muhammad Romii, M.Sc.St., Dr. Ir. Suprihatin Dipl.-Ing.
serta Dr. Ir. Kaseno, M.Eng. sebagai anggota komisi pembimbing atas segala
bimbingan dan pengarahan yang telah diberikan sehingga penulisan disertasi ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Terima kasih penulis sampaikan juga kepada Dr. Ir. Erliza Noor dan Dr. Ir.
Ani Suryani atas sarannya sebagai penguji luar komisi pada ujian tertutup, serta
kepada Dr. Ir. Kardono, M.Eng dan Dr. Wahyu Marjaka, MEE atas sarannya
sebagai penguji luar komisi pada ujian terbuka, sehingga kualitas disertasi ini dapat
ditingkatkan.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada rekan-rekan BPPT, antara
lain Dr. Ir. Rudi Nugroho, M.Eng, Dr. Ir. Iqbal, M.Eng, Dr. Ir. Akhmad Jufri, Dr. Ir.
Marzan Aziz Iskandar, Dr. Ing. Nelson Simanungkalit, Drs. Dharmawan MS. dan
rekan-rekan lainnya atas segala saran, diskusi dan kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk belajar.
Semoga karya ini dapat memberikan kontribusi pengembangan ilmu dan
teknologi di bidang pemanfaatan sumber alam dan konservasi lingkungan hidup di
Indonesia.
Bogor, Maret 200
Bayu Suroso
NIM 995144
RIWAYATHIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 20 Mei 1959 sebagai anak kedua
dari pasangan Hardjo Soekimo (alm) dan Dasumi Ambariyah. Pendidikan sarjana
ditempuh di Departemen Teknologi Kimia Institut Teknologi Bandung, lulus pada
tahun 1984. Pada tahun 1988, Penulis mendapatkan beasiswa Overseas Fellowship
Program dari Kementerian Negara Riset dan Teknologi untuk melanjutkan
pendidikan Master of Science di Department of Chemical Engineering, Queen's
University, Kingston, Ontario, Canada, lulus pada tahun 1990. Mulai tahun 1999
penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada Program
Studi Teknologi Industri Pertanian, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)
sejak 1984 dengan fokus pada bidang teknologi air pada khususnya dan teknologi
proses pada umumnya. Kerja sama penelitian, sebagai pemimpin proyek di BPPT,
pemah dilakukan dengan (i) Shimizu Corporation, Jepang, dalam teknologi
pengolahan limbah anaerobik, (ii) ROCHEM, Jerman, dalam teknologi Reverse
Osmosis, (iii) BHP Mineral, Amerika Serikat, dalam teknologi ekstraksi nikel dari
batuan Saprolit melalui proses hydrometallurgy.
Penulis menikah dengan dr. Meity Hermiati pada tahun 1989 dan dikaruniai
dua orang anak, yaitu Nurinda Saumananda (17 tahun) dan Arifian Rahardianda (14
tahun).
DAFTARISI
Halaman
DAFTAR TABEL .............................................................................................
XI
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
xiii
DAFTARLAMPIRAN .....................................................................................
xv
DAFTAR SIMBOL DAN ISTILAH ...............................................................
XVI
1.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ................................................................................
1.2. Identifikasi Masalah.... ....... .................. ...........................................
1.3. Tujuan Penelitian........................ ......................... .............................
1.4. Ruang Lingkup Penelitian........... ................... ......... ...... ...................
1.5. Manfaat Penelitian ...........................................................................
II. TINJAUANPUSTAKA
2.1. Struktur Kerangka Zeolit.................... .................................. ............
2.2. Arti Penting Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi ....................... .....
2.3. Proses Fisik, Kimiawi dan Biologis dalam Proses Nitrifikasi dan
Denitrifikasi .....................................................................................
2.4. Pemanfaatan Zeolit untuk Nitrifikasi Kimiawi dan Denitrifikasi
Biologis... ........................................................................................
2.5. Analisis Termodinamika Reaksi Redoks Nitrifikasi Kimiawi dan
Denitrifikasi Biologis ......................................................................
1
3
5
5
6
7
8
9
13
14
III. METODOLOGI PENELITIAN
Kerangka Pemikiran ......... ...... ............ ...... ............................. .......
Tahapan Penelitian .......................................................................
Tata Laksana Penelitian ...............................................................
3.3.1. Tempat dan Waktu............................................................
3.3 .2. Bahan dan Alat............................................... ............ .......
3.4. Pengaktifan Zeolit .......................................................................
3.4.1. Perendaman dalam Larutan H2 S04...................................
3.4.2. Pemanasan ........................................................................
3.4.3. Pembentukan Lapisan KMn04.........................................
3.5. Teknik Pelapisan Permanganat pada Pengaktifan Zeolit ..............
3.6. Nitrifikasi Kimiawi: Pertukaran Kation pada Zeolit Komersial
dan Oksidasi Kimia pada Zeolit Teraktivasi .................................
3.8.1. Uji Kolom .........................................................................
3.8.2. Uji Curah...........................................................................
3.7. Zeolit Teraktivasi dengan Ukuran Lebih Kecil .............................
3.8. Zeolit SebagaiPendukungBiomassa.............................................
3.9. Perbandingan CODIN-NH/ pada Larutan Masukan ....................
3.10. Perancangan Model Proses Penyisihan Komponen Nitrogen dan
Kinetika Proses .............................................................................
3.1.
3.2.
3.3.
16
19
20
22
22
23
23
24
24
25
26
26
26
27
27
28
29
IV. NITRIFIKASI KIMIAWI
4.1. Kapasitas Tukar Kation Zeolit pada Berbagai Ukuran ...................
4.1.1. KTK Zeolit Komersial .............................. "......................
4.1.2. KTK Zeolit pada Berbagai Ukuran ..................................
4.2. Kapasitas Oksidasi Amonium (KOA) pada Zeolit Teraktivasi .......
4.2.1. Optimasi Pengaktifan Zeolit Komersial .................. .........
4.2.2. Nitrifikasi Kimiawi dengan Zeolit Komersial Teraktivasi
Terbaik .............................................................................
4.2.3. Pengaruh Konsentrasi H2 S04 pada KOA .........................
4.2.4. Pengaruh Kalsinasi pada KOA .........................................
4.2.5. Pengaktifan Zeolit dengan Ukuran yang lebih Kecil ........
4.2.6. Pengaruh Ukuran Zeolit Teraktivasi terhadap KOA ........
4.2.7. Kurva Titik Tembus dengan Teknik Pengaktifan Terbaik
4.2.8. Perbandingan KTK Zeolit pada Penelitian Sebelumnya ..
4.2.9. Pembebanan Zeolit dengan Larutan Nitrat........................
4.3. Kinetika Nitrifikasi Kimiawi.......................... ...... ...... .......... ............
4.3.1. Mekanisme Perpindahan Massa ".....................................
4.3.2. Analisis Kurva Titik Tembus pada Nitrifikasi Kimiawi
4.3.3. Perhitungan KTK dan KOA dengan Parameter Kinetika .
V.
DENITRIFIKASI DENGAN ZEOLIT SEBAGAI PENDUKUNG
5.1. Hasil Percobaan Denitrifikasi Sinambung.......................................
5.2. Simulasi dan Pemodelan Denitrifikasi Sinambung .........................
5.2.1. Hubungan Sc dan SN vs. 1: .... ............ ................................
5.2.2. Pemodelan Persamaan Objektif ................ "......................
5.2.3. Prediksi Kestabilan Biomassa pada Denitrifikasi
Sinambung """"""""""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ""''''''''
5.3. Simulasi Kinetika Proses Denitrifikasi Curah .................................
5.3.1. Pemecahan Persamaan Diferensial dengan Polymath ......
5.3.2. Pemecahan Analitik .................................................. " ......
30
30
31
34
35
38
39
40
40
42
44
45
46
47
47
50
63
60
64
65
66
70
75
78
85
VI.PERANCANGAN KOMBINASI PROSES PENYISIHAN KOMPONEN
NITROGEN DENGAN ZEOLIT SEBAGAI PENUNJANG
6.1. Teknik Pelapisan Permanganat pada Zeolit.....................................
87
6.2. Kinetika Perpindahan Massa Nitrifikasi Kimiawi.....................
87
6.3. Kinetika Denitrifikasi ...................................... ...... ...... ...... ..............
88
6.4. Penerapan Hasil Penelitian pada Penyisihan amonium dan nitrat ..
89
6.5. Rancangan Pengolahan Limbah Tersier ..........................................
99
6.5.1. Oksidasi kimiawi-Denitrifikasi pada Zeolit Teraktivasi..
99
6.5.2. Penyisihan Amonium dengan Penukaran Kation ............. 102
VII. SIMPULAN DAN SARAN
7.1. Simpulan ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
7 .2. Saran.......................................... " .............. ".....................................
105
107
DAFTAR PUSTAKA ................. "....................................................................
108
LAMPIRAN ................................................................ ".....................................
111
x
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Distribusi ukuran partikel zeolit yang digunakan ....................................
2 KTK zeolit tanpa pengaktifan pada uji curah dan uji sinambung ............
3 KTK per satuan volume dan KTK per satuan luas permukaan zeolit
dengan ukuran partikel komersial, mesh -25+45, -45+50, -50+70,
-70+80, -80+120, pada.uji sinambung ....................................................
4 KOA zeolit teraktivasi dengan dan tanpa kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 200, 100, dan 50 g L- 1 ......................................................
5 KOA dengan kalsinasi menggunakan konsentrasi larutan H2S04 100
dan 50 g L-1 pada berbagai ukuran zeolit teraktivasi dengan uji curah
dan uji sinambung ....................................................................................
6 Perbandingan KTK yang diperoleh Chunk et al. (2000) dan hasil
percobaan ....................................................................... .........................
7 Parameter kinetika hasil analisis kurva titik tembus........ ............ ...... .......
8 Prediksi parameter kinetika penyisihan amonium dengan zeolit..............
9 Perhitungan KTK dan KOA dengan menerapkan parameter kinetika ....
10 Perbandingan kinelja zeolit per satuan volume dan per satuan luas
dengan perhitungan kurva titik tembus dan analisis kurva titik tembus...
11 Nilai RN dan Rc pada berbagai waktu tinggal hidrolik ............ ................
12 Hubungan't terhadap nilai m dan n .................................. ........................
13 Sc percobaan vs. Sc prediksi dan SN percobaan vs. SN prediksi................
14 Pengendali proses pada berbagai nilai 't ...... .. .... ... .. .... .... .. .. .. .. .....
15 Hubungan 't dan y .....................................................................................
16 Nilai X./X/ pada berbagai metode analisis numerik ...............................
17 Daftar nilai tetapan yang digunakan untuk pemecahan fungsi objektif..
18 Alternatif konfigurasi rancangan proses penyisihan amonium dan nitrat
19 Titik tembus (1 mg N-NH/L- 1) pada berbagai ukuran zeolit ................
20 Laju alir dan volume larutan masukan yang diperlukan pada proses
denitrifikasi ..............................................................................................
21 Kemampuan penyerapan H2S04 pada berbagai ukuran zeolit ................
22 Distribusi ukuran zeolit setelah penggerusan dan pengayakan ...............
23 Berat jenis bulk pada berbagai ukuran zeolit ...........................................
24 Diameter rata-rata zeolit ..........................................................................
25 Prosentase rongga pada berbagai ukuran zeolit ............... ........................
26 Komposisi kimia zeolit yang digunakan ....... ...... .....................................
23
34
34
39
43
46
52
55
56
57
63
66
67
69
74
74
80
94
100
120
128
129
130
130
131
131
Xl
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Posisi proton pada sisi Bronsted ............................................................. .
7
2 Perusakan struktur zeolit akibat terbentuknya sisi Lewis ...................... .
7
3 Kerangka pemikiran ................................................................................ .
17
4 Diagram alir pengaktifan zeolit # 1 (dengan kalsinasi) ........................... .
25
5 Diagram alir pengaktifan zeolit #2 (tanpa kalsinasi) .............................. .
25
6 Kurva titik tembus zeolit tanpa pengaktifan pada berbagai ukuran ........ .
32
7 Kurva penurunan konsentrasi amonium pada uji curah menggunakan
zeolit tanpa pengaktifan dengan berbagai ukuran ................................... .
33
8 Pengaruh ukuran zeolit tanpa pengaktifan terhadap kapasitas tukar
kation pada uji curah dan uji sinambung ................................................ .
33
9 Kurva titik tembus zeolit komersial teraktivasi dengan dan tanpa
kalsinasi menggunakan larutan H 2S04 200, 100, dan 50 g L-1 ............... .
37
10 Kurva penurunan konsentrasi amonium pada uji curah terhadap zeolit
teraktivasi dengan dan tanpa kalsinasi menggunakan H 2S04 200, 100,
dan 50 gL- I ...............................................................................................
38
11 Pengaruh ukuran zeolit terhadap KOA dengan kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 100 g L- I ...........................................................................
41
12 Pengaruh ukuran zeolit terhadap KOA dengan kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 50 g L- I .............................................................................
42
13 Kurva titik tembus zeolit teraktivasi dengan KOA tertinggi .................. .
45
14 Penerapan fungsi titik tembus pada berbagai ukuran partikel zeolit
(mesh). Notasi "C" menunjukkan zeolit teraktivasi .............................. .
51
Arah perpindahan massa NH/ dari fasa cair ke fasa padat .................... .
58
16 Perubahan konsentrasi keluaran, kapasitas pembebanan dan laju alir
sebagai fungsi waktu pada percobaan denitrifikasi sinambung............... .
61
17 Pengaruh waktu tinggal hidrolik terhadap keluaran COD dan N-N03pada proses denitrifikasi sinambung........................................................ .
63
18 Pengaruh waktu tinggal hidrolik terhadap efisiensi penyisihan COD
dan N-N03- pada proses denitrifikasi .................................................... .
64
15
19 Perbandingan antara prediksi dan data percobaan denitrifikasi
sinambung ............................................................................................... .
20 Tampilan perhitungan prediksi nilai Sc dan SN dalam format visual
basic ........................................................................................................ .
69
XlI
Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassa terhadap waktu pada suatu proses denitrifikasi
secara curah, dengan konsentrasi awal biomassaXO = 20 mg VSS L-1....
81
22 Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassaX terhadap waktu pada proses denitrifikasi
curah, dengan konsentrasi awal biomassa XO = 5 mg VSS L-1 .. ...... ........
82
Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassa X terhadap waktu pada proses denitrifikasi
curah, dengan konsentrasi awal biomassa XO = 120 mg VSS L- 1 ............
83
24 Posisi SNO/XO simulasi pada percobaan denitrifikasi curah oleh Soto et
al. (2002) untuk waktu tinggal ｨｩｾｲｯｬｫ＠
3 jam, 15 jam dan 35 jam .........
84
25 Diagram alir integrasi pengolahan sekunder dan tersier dengan zeolit
sebagai temp at berlangsungnya proses nitrifikasi - denitrifikasi ..........
95
26 Diagram proses aplikasi nitrifikasi-
PENYISIHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR
DENGAN KOMBINASI
NITRIFIKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS
MENGGUNAKAN ZEOLIT
SEBAGAI P ARTIKEL PENUNJANG
BAYUSUROSO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI··
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi RANCANG BANGUN PROSES
PENYISIHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR DENGAN KOMBINASI
NITRIFIKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS MENGGUNAKAN
ZEOLIT SEBAGAI PARTIKEL PENUNJANG adalah karya saya sendiri dengan
arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalarn bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalarn
teks dan dicantumkan dalarn Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Ｂｧｯ＼Ｌｾ＠
Bayu Suroso
NIM 995144
ABSTRAK
BAYU SUROSO. Rancang Bangun Proses Penyisihan Nitrogen dalam Limbah
Cair dengan Kombinasi Nitrifikasi Kimiawi dan Denitrifikasi Biologis
Menggunakan Zeolit sebagai Partikel Penunjang. Dibimbing oleh Anas Miftah
Fauzi, Djumali Mangunwidjaja, Muhammad Romli, Suprihatin, dan Kaseno.
NH/ dan N03- merupakan komponen yang mengganggu lingkungan karena
sifat eutrophication pada badan manusia dan menyebabkan pertumbuhan algae di
perairan. Berbagai studi melaporkan bahwa kedua komponen nitrogen tersebut
dapat diolah melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Tujuan utama penelitian ini
adalah untuk memperoleh dasar rancangan pengolahan limbah cair untuk
menyisihkan kandungan NH/ and N0 3- pada limbah cair dengan zeolit sebagai
material penunjang.
.
Nitrifikasi kimiawi dilakukan terhadap amonium dengan 2 alternatif yaitu
pertukaran kation dan oksidasi kimiawi. Zeolit dengan ukuran yang lebih kecil
diterapkan untuk mendapatkan kapasitas tukar kation (KTK) sedangkan oksidasi
kimiawi dilakukan dengan zeolit yang dilapisi permanganat. KTK tertinggi untuk
proses sinambung diperoleh pada zeolit dengan ukuran mesh -70+80, memberikan
KTK sebesar 8.31 mg N-NH/ mrl zeolit, sedangkan untuk proses curah dengan
ukuran mesh -45+50, memberikan KTK sebesar 10.6 mg N-NH/ mrl zeolit. Zeolit
dengan ukuran mesh -45+50 yang diaktivasi menggunakan larutan 50 g H2 S0 4 L- l
denganpermanganat dan dilakukan kalsinasi pada 200°C selama 4 jam memberikan
kinerja terbaik pada proses oksidasi kimiawi, memberikan kapasitas oksidasi
amonium (KOA) sebesar 8,35 mg N-NH/ mrl zeolit dan 9,66 mg N-NH/ mrl
zeolit masing-masing untuk proses sinambung dan curah.
Kinetika nitrifikasi kimiawi dihitung untuk memperoleh parameter kinetika:
waktu tembus (80), waktu rata-rata kurva titik tembus (8M) and faktor bentuk kurva
dimana mekanisme perpindahan massa: amonium ke zeolit dapat
titik tembus ＨｾＩＬ＠
dijelaskan. Faktor bentuk ＨｾＩ＠ yang dihitung menunjukkan bahwa langkah yang
mengendalikan perpindahan pada zeolit teraktivasi adalah difusi film, sesuai dengan
fenomena pelapisan yang dilakukan pada percobaan. Kapasitas penyisihan amonium
yang dihitung melalui uji kinetik memberikan kesesuaian yang cukup baik dengan
yang dihitung melalui kurva titile tembus.
Reaktor unggun diam 5 liter, diisi zeolit dengan ukuran 2-3 em, digunalean
untuk proses denitrifikasi secara biologis. Denitrifikasi komplit terhadap larutan
masukan 100 mg N-N0 3- L- l dan 400 mg COD L- l dicapai dalam 15 jam. Simulasi
kinetika denitrifikasi dilakukan dengan menggunakan 2 substrat, N-N0 3- dan COD,
sebagai pembatas pertumbuhan biomassa. Pada waktu tinggal hidrolik (t) rendah,
langkah yang mengendalikan denitrifikasi biologis adalah difusi, sedangkan pada 't:
tinggi langkah yang mengendalikan adalah reaksi biomassa. Pada 't: sebesar 6 dan 7
jam kedua pengaruh berada pada posisi seimbang.
Stabilitas biomassa pada denitrifikasi sinambung menunjukkan bahwa
pertumbuhan biomassa setimbang pada selang 't: sebesar 22 jam sampai 45 jam.
Wash out biomassa berlangsung pada 't: < 22 jam sedangkan akumulasi biomassa
teljadi't: > 45 jam.
Kata kunci: aktivasi zeolit, kinetika nitrifikasi kimiawi, kinetika denitrifikasi
biologis, rancang bangun penyisihan nitrogen pada limbah cair.
ABSTRACT
BAYU SUROSO. Process design of nitrogen removal in waste water by
combination of chemical nitrification and biological denitrification using zeolite as
supporting particle. Under the direction of Anas Miftah Fauzi, Djumali
Mangunwidjaja, Muhammad Romli, Suprihatin, and Kaseno.
NH4 + and N03- have been environmental concern for their eutrophication
effect in human body and stimulating undesirable algae growth in aquatic system.
Studies suggest that both nitrogen compounds could be eliminated through
nitrification and denitrification processes. The main objectives of this research were
to obtain basic design of waste water treatment plant for eliminating NH4+ and N03'
with zeolite as supporting material.
Chemical nitrification was developed through two (2) alternatives, i. e. cation
exchange and chemical oxidation processes. Commercial zeolite with smaller sizes
were applied to obtain cation exchange capacities whereas chemical oxidation was
developed by layering zeolite with permanganate on which ammonium was nitrified
into nitrate. The highest cation exchange capacity for continuous process was
obtained by zeolite with mesh -70+80, providing exchange capacity of 8.31 mg NNH4 + ml -I zeolite, whereas that for batch process with mesh -45+50, providing
exchange capacity of 10.6 mg N-NH/ ml·1 zeolite. Mesh -45+50 zeolite which was
activated using sulfuric acid solution of 50 g 1'1 with calcinations at 200°C during 4
hours provided best performances on chemical oxidation process, with ammonium
oxidation capacity of 8.35 mg N-NH4 + ml·1 zeolite and 9. 66 mg N-NH4 + ml- I zeolite
consecutively for continuous and batch tests.
Process kinetics of chemical nitrification was calculated to obtain kinetic
parameters: time of appearance (eo), the time corresponding to its mean value (eMJ
and shape factor of breakthrough curve (/3), by which mass transfer mechanism of
ammonium into zeolite could be explained. Calculated shape factor (/3) showed that
rate controlling step of activated zeolit was governed by film diffusion which was
infact in agrement with the designated process. The ammonium removal capacities
calculated through kinetic test provided fairly good agreement with those calculated
from breakthrough curve.
A five liter fixed bed reactor, filled by zeolite with sizes of 2-3 cm, was aPflied
for biological denitrification. Completed denitrification of 100 mg N-N03' l' and
400 mg COD 1'1 influent was achieved in 15 hours. Kinetics simulation of
denitrification was developed by utilizing two substrates, N-N03' and methanol
represented by COD, as simultaneously growth limiting. At low hydrolic retention
time (-r), rate controlling step of biological denitrification was diffusion, whereas at
higher r that was controlled by biomass reaction. At r equals 6 and 7 hours, both
steps controlled biological denitrification equally.
Biomass stability on continuous denitrification showed that equilibrium
biomass growth was within interval T of 22 hours to 45 hours. Biomass wash out
took place at r < 22 hours whereas biomass accumulation occurred at r> 45 hours.
Key words:
zeolite activation, kinetics of chemical nitrification, kinetics of
biological denitrification, design of nitrogen removal in waste water
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, Jotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN PROSES
PENYISlHAN NITROGEN DALAM LIMBAH CAIR
DENGAN KOMBINASI
NITRIFlKASI KIMIAWI DAN DENITRIFIKASI BIOLOGIS
MENGGUNAKAN ZEOLIT
SEBAGAI PARTIKEL PENUNJANG
BAYUSUROSO
Disertasi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar
Doktor
Pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Disertasi
Rancang Bangun Proses Penyisihan Nitrogen dalam
Limbah Cair dengan Kombinasi Nitrifikasi Kimiawi dan
Denitrifikasi Biologis Menggunakan .Zeolit sebagai
Partike1 Penunjang.
Bayu Suroso
995144
Nama Mahasiswa
NomorPokok
Disetujui:
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Anas Miftah Fauzi. M.Eng
Ketua
Prof.
ａｾ
｜＠
-ｩｵｭ｡ｾｮｧｗ､ｪ＠
j
ＬｾＮ＠
-
.
Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc.8t
Anggota
r. Ir.
Anggota
ｾ＠
Dr. Ir. Suprihatin, Dipl.-Ing.
Anggota
Dr. Ir. Kaseno. M.Eng
Anggota
Diketahui:
Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian
•
r·, ,
.\
Dr.Ir. Irawadi J amaran
Tariggal Ujian: 26 Pebruari 2007
p. J.
/
Prof: IDr..k Khairil . Notodiputro, MS
Tallggal Lulus:
ｾ＠ 9 MAR 2007
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-NYA sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema
penelitian yang dilaksanakan sejak tahun 2000 ini adalah pemanfaatan sumber daya
alam (zeolit) untuk konservasi lingkungan hidup, yaitu penyisihan NH/ dan N03 pada limbah cairo
Penelitian tentang pemanfaatan zeolit ini sangat bermanfaat bagi industri pada
khususnya dan masyarakat pada umumnya. Diharapkan penelitian ini akan
memberikan solusi bagi pemanfaatan kembali air limbah industri yang mengandung
N03- dan NH/.
Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir.
Anas M Fauzi, MEng sebagai ketua komisi pembimbing, dan Prof Dr. Ir. Djumali
Mangunwidaja, Dr. Ir. Muhammad Romii, M.Sc.St., Dr. Ir. Suprihatin Dipl.-Ing.
serta Dr. Ir. Kaseno, M.Eng. sebagai anggota komisi pembimbing atas segala
bimbingan dan pengarahan yang telah diberikan sehingga penulisan disertasi ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Terima kasih penulis sampaikan juga kepada Dr. Ir. Erliza Noor dan Dr. Ir.
Ani Suryani atas sarannya sebagai penguji luar komisi pada ujian tertutup, serta
kepada Dr. Ir. Kardono, M.Eng dan Dr. Wahyu Marjaka, MEE atas sarannya
sebagai penguji luar komisi pada ujian terbuka, sehingga kualitas disertasi ini dapat
ditingkatkan.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada rekan-rekan BPPT, antara
lain Dr. Ir. Rudi Nugroho, M.Eng, Dr. Ir. Iqbal, M.Eng, Dr. Ir. Akhmad Jufri, Dr. Ir.
Marzan Aziz Iskandar, Dr. Ing. Nelson Simanungkalit, Drs. Dharmawan MS. dan
rekan-rekan lainnya atas segala saran, diskusi dan kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk belajar.
Semoga karya ini dapat memberikan kontribusi pengembangan ilmu dan
teknologi di bidang pemanfaatan sumber alam dan konservasi lingkungan hidup di
Indonesia.
Bogor, Maret 200
Bayu Suroso
NIM 995144
RIWAYATHIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 20 Mei 1959 sebagai anak kedua
dari pasangan Hardjo Soekimo (alm) dan Dasumi Ambariyah. Pendidikan sarjana
ditempuh di Departemen Teknologi Kimia Institut Teknologi Bandung, lulus pada
tahun 1984. Pada tahun 1988, Penulis mendapatkan beasiswa Overseas Fellowship
Program dari Kementerian Negara Riset dan Teknologi untuk melanjutkan
pendidikan Master of Science di Department of Chemical Engineering, Queen's
University, Kingston, Ontario, Canada, lulus pada tahun 1990. Mulai tahun 1999
penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada Program
Studi Teknologi Industri Pertanian, Program Pascasarjana IPB.
Penulis mulai bekerja di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)
sejak 1984 dengan fokus pada bidang teknologi air pada khususnya dan teknologi
proses pada umumnya. Kerja sama penelitian, sebagai pemimpin proyek di BPPT,
pemah dilakukan dengan (i) Shimizu Corporation, Jepang, dalam teknologi
pengolahan limbah anaerobik, (ii) ROCHEM, Jerman, dalam teknologi Reverse
Osmosis, (iii) BHP Mineral, Amerika Serikat, dalam teknologi ekstraksi nikel dari
batuan Saprolit melalui proses hydrometallurgy.
Penulis menikah dengan dr. Meity Hermiati pada tahun 1989 dan dikaruniai
dua orang anak, yaitu Nurinda Saumananda (17 tahun) dan Arifian Rahardianda (14
tahun).
DAFTARISI
Halaman
DAFTAR TABEL .............................................................................................
XI
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
xiii
DAFTARLAMPIRAN .....................................................................................
xv
DAFTAR SIMBOL DAN ISTILAH ...............................................................
XVI
1.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ................................................................................
1.2. Identifikasi Masalah.... ....... .................. ...........................................
1.3. Tujuan Penelitian........................ ......................... .............................
1.4. Ruang Lingkup Penelitian........... ................... ......... ...... ...................
1.5. Manfaat Penelitian ...........................................................................
II. TINJAUANPUSTAKA
2.1. Struktur Kerangka Zeolit.................... .................................. ............
2.2. Arti Penting Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi ....................... .....
2.3. Proses Fisik, Kimiawi dan Biologis dalam Proses Nitrifikasi dan
Denitrifikasi .....................................................................................
2.4. Pemanfaatan Zeolit untuk Nitrifikasi Kimiawi dan Denitrifikasi
Biologis... ........................................................................................
2.5. Analisis Termodinamika Reaksi Redoks Nitrifikasi Kimiawi dan
Denitrifikasi Biologis ......................................................................
1
3
5
5
6
7
8
9
13
14
III. METODOLOGI PENELITIAN
Kerangka Pemikiran ......... ...... ............ ...... ............................. .......
Tahapan Penelitian .......................................................................
Tata Laksana Penelitian ...............................................................
3.3.1. Tempat dan Waktu............................................................
3.3 .2. Bahan dan Alat............................................... ............ .......
3.4. Pengaktifan Zeolit .......................................................................
3.4.1. Perendaman dalam Larutan H2 S04...................................
3.4.2. Pemanasan ........................................................................
3.4.3. Pembentukan Lapisan KMn04.........................................
3.5. Teknik Pelapisan Permanganat pada Pengaktifan Zeolit ..............
3.6. Nitrifikasi Kimiawi: Pertukaran Kation pada Zeolit Komersial
dan Oksidasi Kimia pada Zeolit Teraktivasi .................................
3.8.1. Uji Kolom .........................................................................
3.8.2. Uji Curah...........................................................................
3.7. Zeolit Teraktivasi dengan Ukuran Lebih Kecil .............................
3.8. Zeolit SebagaiPendukungBiomassa.............................................
3.9. Perbandingan CODIN-NH/ pada Larutan Masukan ....................
3.10. Perancangan Model Proses Penyisihan Komponen Nitrogen dan
Kinetika Proses .............................................................................
3.1.
3.2.
3.3.
16
19
20
22
22
23
23
24
24
25
26
26
26
27
27
28
29
IV. NITRIFIKASI KIMIAWI
4.1. Kapasitas Tukar Kation Zeolit pada Berbagai Ukuran ...................
4.1.1. KTK Zeolit Komersial .............................. "......................
4.1.2. KTK Zeolit pada Berbagai Ukuran ..................................
4.2. Kapasitas Oksidasi Amonium (KOA) pada Zeolit Teraktivasi .......
4.2.1. Optimasi Pengaktifan Zeolit Komersial .................. .........
4.2.2. Nitrifikasi Kimiawi dengan Zeolit Komersial Teraktivasi
Terbaik .............................................................................
4.2.3. Pengaruh Konsentrasi H2 S04 pada KOA .........................
4.2.4. Pengaruh Kalsinasi pada KOA .........................................
4.2.5. Pengaktifan Zeolit dengan Ukuran yang lebih Kecil ........
4.2.6. Pengaruh Ukuran Zeolit Teraktivasi terhadap KOA ........
4.2.7. Kurva Titik Tembus dengan Teknik Pengaktifan Terbaik
4.2.8. Perbandingan KTK Zeolit pada Penelitian Sebelumnya ..
4.2.9. Pembebanan Zeolit dengan Larutan Nitrat........................
4.3. Kinetika Nitrifikasi Kimiawi.......................... ...... ...... .......... ............
4.3.1. Mekanisme Perpindahan Massa ".....................................
4.3.2. Analisis Kurva Titik Tembus pada Nitrifikasi Kimiawi
4.3.3. Perhitungan KTK dan KOA dengan Parameter Kinetika .
V.
DENITRIFIKASI DENGAN ZEOLIT SEBAGAI PENDUKUNG
5.1. Hasil Percobaan Denitrifikasi Sinambung.......................................
5.2. Simulasi dan Pemodelan Denitrifikasi Sinambung .........................
5.2.1. Hubungan Sc dan SN vs. 1: .... ............ ................................
5.2.2. Pemodelan Persamaan Objektif ................ "......................
5.2.3. Prediksi Kestabilan Biomassa pada Denitrifikasi
Sinambung """"""""""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ""''''''''
5.3. Simulasi Kinetika Proses Denitrifikasi Curah .................................
5.3.1. Pemecahan Persamaan Diferensial dengan Polymath ......
5.3.2. Pemecahan Analitik .................................................. " ......
30
30
31
34
35
38
39
40
40
42
44
45
46
47
47
50
63
60
64
65
66
70
75
78
85
VI.PERANCANGAN KOMBINASI PROSES PENYISIHAN KOMPONEN
NITROGEN DENGAN ZEOLIT SEBAGAI PENUNJANG
6.1. Teknik Pelapisan Permanganat pada Zeolit.....................................
87
6.2. Kinetika Perpindahan Massa Nitrifikasi Kimiawi.....................
87
6.3. Kinetika Denitrifikasi ...................................... ...... ...... ...... ..............
88
6.4. Penerapan Hasil Penelitian pada Penyisihan amonium dan nitrat ..
89
6.5. Rancangan Pengolahan Limbah Tersier ..........................................
99
6.5.1. Oksidasi kimiawi-Denitrifikasi pada Zeolit Teraktivasi..
99
6.5.2. Penyisihan Amonium dengan Penukaran Kation ............. 102
VII. SIMPULAN DAN SARAN
7.1. Simpulan ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
7 .2. Saran.......................................... " .............. ".....................................
105
107
DAFTAR PUSTAKA ................. "....................................................................
108
LAMPIRAN ................................................................ ".....................................
111
x
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Distribusi ukuran partikel zeolit yang digunakan ....................................
2 KTK zeolit tanpa pengaktifan pada uji curah dan uji sinambung ............
3 KTK per satuan volume dan KTK per satuan luas permukaan zeolit
dengan ukuran partikel komersial, mesh -25+45, -45+50, -50+70,
-70+80, -80+120, pada.uji sinambung ....................................................
4 KOA zeolit teraktivasi dengan dan tanpa kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 200, 100, dan 50 g L- 1 ......................................................
5 KOA dengan kalsinasi menggunakan konsentrasi larutan H2S04 100
dan 50 g L-1 pada berbagai ukuran zeolit teraktivasi dengan uji curah
dan uji sinambung ....................................................................................
6 Perbandingan KTK yang diperoleh Chunk et al. (2000) dan hasil
percobaan ....................................................................... .........................
7 Parameter kinetika hasil analisis kurva titik tembus........ ............ ...... .......
8 Prediksi parameter kinetika penyisihan amonium dengan zeolit..............
9 Perhitungan KTK dan KOA dengan menerapkan parameter kinetika ....
10 Perbandingan kinelja zeolit per satuan volume dan per satuan luas
dengan perhitungan kurva titik tembus dan analisis kurva titik tembus...
11 Nilai RN dan Rc pada berbagai waktu tinggal hidrolik ............ ................
12 Hubungan't terhadap nilai m dan n .................................. ........................
13 Sc percobaan vs. Sc prediksi dan SN percobaan vs. SN prediksi................
14 Pengendali proses pada berbagai nilai 't ...... .. .... ... .. .... .... .. .. .. .. .....
15 Hubungan 't dan y .....................................................................................
16 Nilai X./X/ pada berbagai metode analisis numerik ...............................
17 Daftar nilai tetapan yang digunakan untuk pemecahan fungsi objektif..
18 Alternatif konfigurasi rancangan proses penyisihan amonium dan nitrat
19 Titik tembus (1 mg N-NH/L- 1) pada berbagai ukuran zeolit ................
20 Laju alir dan volume larutan masukan yang diperlukan pada proses
denitrifikasi ..............................................................................................
21 Kemampuan penyerapan H2S04 pada berbagai ukuran zeolit ................
22 Distribusi ukuran zeolit setelah penggerusan dan pengayakan ...............
23 Berat jenis bulk pada berbagai ukuran zeolit ...........................................
24 Diameter rata-rata zeolit ..........................................................................
25 Prosentase rongga pada berbagai ukuran zeolit ............... ........................
26 Komposisi kimia zeolit yang digunakan ....... ...... .....................................
23
34
34
39
43
46
52
55
56
57
63
66
67
69
74
74
80
94
100
120
128
129
130
130
131
131
Xl
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Posisi proton pada sisi Bronsted ............................................................. .
7
2 Perusakan struktur zeolit akibat terbentuknya sisi Lewis ...................... .
7
3 Kerangka pemikiran ................................................................................ .
17
4 Diagram alir pengaktifan zeolit # 1 (dengan kalsinasi) ........................... .
25
5 Diagram alir pengaktifan zeolit #2 (tanpa kalsinasi) .............................. .
25
6 Kurva titik tembus zeolit tanpa pengaktifan pada berbagai ukuran ........ .
32
7 Kurva penurunan konsentrasi amonium pada uji curah menggunakan
zeolit tanpa pengaktifan dengan berbagai ukuran ................................... .
33
8 Pengaruh ukuran zeolit tanpa pengaktifan terhadap kapasitas tukar
kation pada uji curah dan uji sinambung ................................................ .
33
9 Kurva titik tembus zeolit komersial teraktivasi dengan dan tanpa
kalsinasi menggunakan larutan H 2S04 200, 100, dan 50 g L-1 ............... .
37
10 Kurva penurunan konsentrasi amonium pada uji curah terhadap zeolit
teraktivasi dengan dan tanpa kalsinasi menggunakan H 2S04 200, 100,
dan 50 gL- I ...............................................................................................
38
11 Pengaruh ukuran zeolit terhadap KOA dengan kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 100 g L- I ...........................................................................
41
12 Pengaruh ukuran zeolit terhadap KOA dengan kalsinasi menggunakan
larutan H2S04 50 g L- I .............................................................................
42
13 Kurva titik tembus zeolit teraktivasi dengan KOA tertinggi .................. .
45
14 Penerapan fungsi titik tembus pada berbagai ukuran partikel zeolit
(mesh). Notasi "C" menunjukkan zeolit teraktivasi .............................. .
51
Arah perpindahan massa NH/ dari fasa cair ke fasa padat .................... .
58
16 Perubahan konsentrasi keluaran, kapasitas pembebanan dan laju alir
sebagai fungsi waktu pada percobaan denitrifikasi sinambung............... .
61
17 Pengaruh waktu tinggal hidrolik terhadap keluaran COD dan N-N03pada proses denitrifikasi sinambung........................................................ .
63
18 Pengaruh waktu tinggal hidrolik terhadap efisiensi penyisihan COD
dan N-N03- pada proses denitrifikasi .................................................... .
64
15
19 Perbandingan antara prediksi dan data percobaan denitrifikasi
sinambung ............................................................................................... .
20 Tampilan perhitungan prediksi nilai Sc dan SN dalam format visual
basic ........................................................................................................ .
69
XlI
Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassa terhadap waktu pada suatu proses denitrifikasi
secara curah, dengan konsentrasi awal biomassaXO = 20 mg VSS L-1....
81
22 Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassaX terhadap waktu pada proses denitrifikasi
curah, dengan konsentrasi awal biomassa XO = 5 mg VSS L-1 .. ...... ........
82
Simulasi hubungan laju penurunan substrat Sc dan SN serta
pertumbuhan biomassa X terhadap waktu pada proses denitrifikasi
curah, dengan konsentrasi awal biomassa XO = 120 mg VSS L- 1 ............
83
24 Posisi SNO/XO simulasi pada percobaan denitrifikasi curah oleh Soto et
al. (2002) untuk waktu tinggal ｨｩｾｲｯｬｫ＠
3 jam, 15 jam dan 35 jam .........
84
25 Diagram alir integrasi pengolahan sekunder dan tersier dengan zeolit
sebagai temp at berlangsungnya proses nitrifikasi - denitrifikasi ..........
95
26 Diagram proses aplikasi nitrifikasi-