IPTEK, Mempermudah Kehidupan

Banner01

Pengaruh Debit Alir Dan Konsentrasi Amoniak Terhadap Reduksi Limbah Amoniak Pada Aliran Sungai

PENDAHULUAN

Salah satu dampak negatif dari keberadaaan suatu industri adalah munculnya limbah yang menyebabkan kerusakan lingkungan. Rendahnya kesadaran masyarakat terhadap kelestarian lingkungan turut berkontribusi terhadap meningkatnya pencemaran lingkungan. Pembuangan limbah cair dari industri dan rumah tangga ke sungai akan mengakibatkan penurunan kualitas air sungai dan air tanah. Limbah domestik dan limbah industri dapat disebut sebagai sumber terpusat (point sources) karena limbah tersebut secara umum terkumpul dalam suatu jaringan pipa atau saluran dan dibawa pada satu titik pembuangan ke lingkungan air. Oleh karena itu sungai-sungai yang pada alurnya terdapat industri maupun pemukiman paling tampak kerusakannya.

Kasus pencemaran air juga terjadi di Kabupaten Pati. Para nelayan asal Kecamatan Tayu, Margoyoso dan Juwana mengeluhkan ditemukannya ribuan ikan mati di sepanjang perairan laut Jawa. Penyebabnya memang belum diketahui pasti. namun di Kecamatan Margoyoso terdapat ratusan home industri tepung tapioka yang sebagian limbahnya masih dibuang di sungai setempat dan mengalir ke laut. Sementara itu, muara sungai Juwana sendiri airnya berwarna keruh dan diduga digunakan tempat buangan limbah kapal yang bersandar di sungai itu. Selain itu, sejumlah perajin logam di Juwana juga dicurigai membuang limbahnya di sungai yang sama. (www.Tempointeraktif, 2010)

Salah satu jenis polutan yang terdapat dalam sungai yang tercemar yaitu amoniak (NH3). Amonia adalah gas berbau tajam yang tidak berwarna dengan titik didih -33,50C. Secara fisik cairan amonia mirip dengan air, ikatan antara amoniak dan air  sangat kuat karena termasuk ikatan hydrogen. Amonia merupakan senyawa nitrogen yang menjadi NH4+ pada pH rendah dan disebut ammonium. Amoniak umumnya bersifat basa (pH>8) namun pada keadaan tertentu bersifat asam lemah.

Ammonia dalam air permukaan berasal dari air seni, tinja maupun oksidasi senyawa organik oleh mikroba. Penggunaan pupuk dan pestisida yang berlebihan pada areal persawahan turut berkontribusi pada peningkatan kadar amoniak pada aliran sungai. Pupuk yang mengandung nitrogen seperti urea (CO(NH2)2) dan ZA (NH4SO4) apabila terurai dapat menyebabkan excess yang kemudian terurai di alam membentuk nitrogen amoniak.

Konsentrasi amoniak yang tinggi pada permukaan air sungai dapat menyebabkan kematian pada biota kecil misalnya ikan. Bahkan pada pH tinggi, amoniak dengan konsentrasi kecil sudah bersifat racun (Jenie, 1993). Karena sifat toksisitas tersebut, kandungan amoniak pada air minum harus nol dan pada air sungai di bawah 0,5 mg/L.

Terdapat dua hal prinsip mengapa amoniak berbahaya apabila terkandung dalam air. Pertama, semakin tinggi konsentrasi amoniak dalam air, oksigen terlarut semakin menurun karena digunakan untuk mendisosiasi amoniak. Kedua, Amoniak yang terdisosiasi dalam bentuk ion NH4+  dikategorikan sebagai radikal bebas yang dapat menyebabkan kanker (karsinogen). Bahaya lain dari kandungan nitrogen dalam senyawa amoniak adalah adanya sindrome blue baby yang  dapat menyebabkan kematian. Dinamakan blue baby karena bayi yang terkena sindrome ini kulitnya berwarna biru. Sindrom ini disebabkan  karena air yang dikonsumsi  bayi terkontaminasi nitrogen dan nitrate. Nitrogen yang tertelan akan mengubah haemaglobin yang berfungsi membawa oksigen ke seluruh tubuh menjadi methamoglobin. Methamoglobin tidak dapat mengikat oksigen dan mentransportasikan ke tubuh, sehingga tubuh kekurangan oksigen  (Knobeloch, et. all. 2000).

Dampak dari polutan pada sungai sangat tergantung dari sifat alamiah polutan dan karakteristik dari sungai itu sendiri. Beberapa yang termasuk karakteristik sungai antara lain volume dan kecepatan air yang mengalir pada sungai, kedalaman sungai dan jenis dasar sungai. Secara teoritis transport dan dispersi polutan  dalam lingkungan perairan dikontrol oleh pergerakan massa (advection) dan pencampuran atau difusi (Alloway, 1997). Ketika massa bahan kimia dibuang ke sungai, pusat massa dari bahan kimia tersebut akan mengalir dengan kecepatan rata-rata aliran sungai. Bahan kimia yang mengalir akan tersebar dalam badan sungai, akibat difusi turbulen dan kecepatan yang tidak seragam sepanjang sungai. Kecepatan aliran air pada sungai biasanya bernilai maksimum di dekat pusat sungai dan di bawah permukaan, sedangkan air di dekat dasar dan di tepi sungai diperlambat oleh adanya friksi sehingga pencampuran akan semakin besar. (Nugroho, dkk., 2004)

Keadaan yang tidak setimbang (non equilibrium) dari  suatu bahan kimia, antar fase maupun dalam satu fase, dapat menyebabkan terjadinya gerakan difusi bahan kimia. Amoniak dalam air sebagian terlarut sebagai gas dan sebagian terionisasi (dissosiasi) dalam air. Namun hanya amoniak dalam bentuk gas yang dapat terdesorbsi. Bahan kimia volatil bebas yang berada dalam air berupa larutan gas, oleh karena itu terdapat  tekanan uap ke udara di sekelilingnya. (Jenie, 1993).

Fluks transfer massa pada fase peralihan (interface) gas–cair pada sungai secara umum lebih cepat dari danau maupun laut. Gerakan air sungai akan memindahkan bahan volatil terlarut dari arus dalam ke permukaan sehingga memungkinkan terbentuk interface udara-air. Desorbsi terjadi pada interface dan angin di permukaan akan membawa pergi molekul ammonia dari ruang udara di dekat interface. Konsentrasi dari bahan kimia volatil turun secara  terus-menerus. Kecepatan perpindahan massa amoniak dari air ke udara (na) dapat didekati dengan persamaan :

 

Dari persamaan (4) dapat diketahui bahwa ada beberapa faktor yang mempengaruhi perubahan konsentrasi amoniak di sepanjang aliran sungai antara lain debit aliran  dan konsentrasi amoniak  awal.  Penelitian dengan metode stripping menunjukkan bahwa penurunan konsentrasi amonia semakin tinggi terjadi pada debit aliran dan konsentrasi amoniak yang semakin kecil.  Dalam penelitian tersebut, eksperimen dilakukan pada kolom dengan menempatkan isian yang berupa kelereng pada seksi tertentu pada kolom. (Kusuma, F., H. 2008)

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh debit alir (Q) dan konsentrasi amoniak (CA) terhadap penurunan konsentrasi limbah amoniak pada aliran sungai tanpa menambahkan isian/media pada seksi sungai. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menggambarkan karakter limbah amoniak dan dapat digunakan sebagai landasan untuk mendesain pengolahan limbah amoniak. Selain itu hasil penelitian ini dapat digunakan pula sebagai model untuk polutan lain yang bersifat volatil.

Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan yang dilakukan oleh Nugroho dkk. Pada penelitian tersebut diperoleh hasil debit aliran berbanding lurus dengan koefisen transfer massa dan semakin jauh jarak titik sampel dari pusat limbah, koefisien transfer massa semakin kecil. (Nugroho, dkk., 2004).

 

METODOLOGI

Bahan dan Alat. Bahan yang dipakai adalah aquades (H2O) dan amoniak (NH3) 25% pa. Rangkaian alat  yang dipakai adalah lorong (tunnel) berupa paralon PVC (Polivinil Clhorida) berbentuk balok persegi panjang yang dilengkapi dengan flowmeter dan pengaduk. Rangkaian tersebut dimodifikasi sedemikian rupa sehingga membentuk model sungai.

 

Dalam penelitian ini larutan amoniak dicampur dengan aquades dan diasumsikan sebagai air limbah. Konduktivitas air limbah diukur dengan konduktivitimeter dan dicatat sebagai konsentrasi input. Air limbah kemudian dialirkan dalam lorong (tunnel) yang diasumsikan sebagai sungai. Debit aliran limbah diukur dengan flowmeter dengan satuan cm3/detik. Di sepanjang tunnel dipasang pengaduk yang berfungsi untuk membuat turbulensi pada aliran serta menghomogenkan amoniak dalam larutan. Pada jarak 189 cm dari titik masuk limbah pada aliran sungai, sampel air limbah diambil untuk diukur konduktivitasnya. Data-data konduktivitas air limbah dalam satuan milisiemens (mS) kemudian dikonversi dalam satuan normalitas dengan cara dimasukkan dalam grafik standar yang telah dibuat sebelumnya. Data diolah dengan menggunakan Microsoft Excel.

Perlakuan  pertama dalam penelitian ini adalah  perlakuan debit (Q) air limbah. Limbah dengan konsentrasi amoniak 0,1052 N dialirkan dalam tunnel dengan debit sebesar 55,6 cm3/detik. Pada jarak 189 cm dari titik masuk limbah, sampel air limbah diambil untuk diukur konduktivitasnya. Langkah percobaan ini diulang dengan konsentrasi amoniak yang sama (0,1052 N) namun dengan debit limbah sebesar 100,72 cm3/detik dan 135,85 cm3/detik.

Perlakuan  kedua adalah konsentrasi amoniak pada input air limbah. Air limbah dengan konsentrasi amoniak 0,1052 N dialirkan dalam tunnel dengan debit alir sebesar 55,6 cm3/detik. Pada jarak 189 cm dari titik masuk limbah, sampel air limbah diambil untuk diukur konduktivitasnya.  Langkah percobaan ini diulang dengan debit aliran limbah yang sama (55,6 cm3/detik) namun dengan konsentrasi amoniak pada input sebesar 0,0961 N dan 0,0902 N.

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengolahan data yang diperoleh dari hasil percobaan di laboratorium disajikan dalam  Tabel 1.

Tabel 1.        Konsentrasi amoniak dengan variasi konsentrasi amoniak input dan debit alir

 

Debit cm3/detik

No Data

Konsentrasi amoniak di titik tertentu (CAX)

Penurunan konsentrasi amonia ∆(CAX)

Reduksi konsentrasi amonia (%)

0 cm

189 cm

55,60

1

0,1052 N

0,0935 N

0,0117 N

11,12

2

0,0961 N

0,0896 N

0,0065 N

6,76

3

0,0902 N

0,0851 N

0,0051 N

5,65

100,72

4

0,1052 N

0,0982 N

0,007 N

6,65

5

0,0961 N

0,0908 N

0,0053 N

5,52

6

0,0902 N

0,0864 N

0,0038 N

4,21

135,85

7

0,1052 N

0,0996 N

0,0056 N

5,32

8

0,0961 N

0,0915 N

0,0046 N

4,79

9

0,0902 N

0,0864 N

0,0038 N

4,21

Penurunan konsentrasi amoniak pada perlakuan konsentrasi amoniak input dengan debit yang konstan ditampilkan pada gambar 1.

Dari gambar 1 tampak  bahwa pada debit konstan, pada masing-masing debit (55,6 cm3/detik, 100,72 cm3/detik dan 135,85 cm3/detik) menunjukkan kecenderungan yang sama. Semakin besar konsentrasi  amoniak input maka semakin besar penurunan/reduksi konsentrasi amoniak. Dampak dari perlakuan debit dapat dijelaskan sebagai berikut. Peningkatan debit mengakibatkan peningkatan laju alir amoniak, sehingga waktu tinggal amoniak pada suatu elemen volume di badan cairan akan semakin singkat. Hal ini menyebabkan waktu kontak di interface air-udara semakin kecil sehingga amoniak yang terdesorpsi pada elemen volume tersebut semakin sedikit pula. Hasil ini sesuai dengan hasil penelitian sebelumnya yang menggunakan isian pada kolom. (Kusuma, F., H. 2008).

Penurunan konsentrasi amoniak pada perlakuan debit dengan konsentrasi amoniak input konstan ditampilkan pada gambar 2.

Pada gambar 2 tampak  bahwa pada konsentrasi amoniak input  konstan, pada masing-masing konsentrasi amoniak input (0,1052N, 0,9061N dan 0,0902N) menunjukkan kecenderungan yang sama. Semakin besar debit maka semakin kecil penurunan/reduksi konsentrasi amoniak. Dampak perlakuan konsentrasi input dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada perlakuan variasi konsentrasi diperoleh hasil bahwa semakin besar konsentrasi amoniak pada perairan berakibat pada kesetimbangan amoniak pada interface air-udara semakin besar sehingga desorbsi amoniak ke udara semakin besar. Hal ini disebabkan karena perbedaan konsentrasi merupakan pendorong (driving  force) peristiwa transfer massa. Semakin besar perbedaan konsentrasi, semakin cepat peristiwa transfer massa amoniak.

Pada  gambar 1 dan 2 menunjukkan bahwa hasil optimum penurunan konsentrasi amoniak dalam penelitian ini sebesar 11,12% diperoleh pada konsentrasi (0,1052 N) dan debit (55,6 cm3/detik). Hasil penurunan/reduksi konsentrasi amoniak paling optimal diperoleh pada perlakuan debit terkecil dan konsentrasi amoniak terbesar.

Dampak konsentrasi dari  hasil penelitian ini berbeda dengan hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Kusuma, F.H. Adanya isian pada kolom yang digunakan pada penelitian sebelumnya diduga merupakan penyebab terjadinya perbedaan pada hasil penelitian. Adanya isian dalam kolom menghambat proses turbulensi pada badan air, sehingga amoniak pada bagian bawah tidak dapat naik ke permukaan. Disamping itu, adanya isian pada kolom memperluas bidang kontak reaksi  antara amoniak dengan air, sehingga  lebih banyak amoniak yang terdisosiasi menjadi NH4+. Berdasarkan landasan teori, hanya amoniak dalam bentuk gas yang dapat terdesorbsi sementara amoniak terdisosiasi tidak dapat terdesorbsi. Oleh karena itu, semakin besar konsentrasi amoniak, semakin besar pula amoniak yang terdisosiasi pada badan air sehingga kehilangan amoniak akibat desorbsi juga semakin kecil. Analisa ini juga diperkuat dengan hasil penelitian yang dilakukan Kusuma, F.H. bahwa semakin tebal kolom isian, semakin kecil laju penguapan amoniak. Sehingga perbedaan hasil penelitian yang terjadi  akibat dari perbedaan perlakuan dalam penelitian.

Pada penelitian ini tidak ditambahkan isian pada kolom sungai sehingga efektifitas penggunaan pengaduk dapat dimaksimalkan. Penggunaan pengaduk pada penelitian ini dapat mempercepat terjadinya proses transfer massa karena perpindahan valume air dari seksi bawah ke permukaan lebih cepat.  Selain itu penggunaan pengaduk menciptakan turbulensi yang dampaknya memperluas bidang kontak antara air dengan udara.

KESIMPULAN

Konsentrasi amoniak input dan debit aliran berpengaruh terhadap reduksi amoniak pada aliran sungai. Semakin tinggi konsentrasi amoniak, penurunan konsentrasi amoniak semakin besar. Sementara semakin besar debit aliran, penurunan konsentrasi amoniak semakin kecil.

SARAN

Penelitian lanjutan tentang  reduksi amoniak pada aliran sungai dengan perlakuan aerasi dan kecepatan pengadukan perlu dilakukan karena aerasi berpengaruh terhadap kuantitas oksigen dalam air sementara kecepatan pengadukan berpengaruh terhadap turbulensi dalam air.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terima kasih kami sampaikan kepada Teguh Nugroho dan  Dr. Sunu Herwi Pranolo M.Sc atas bantuan dan kerjasamanya dalam pelaksanaan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Alloway, B.J. and Ayres, D.C., 1997, Chemical Principles of Environmental Pollution”, 2nded, pp 36 – 37, 329 – 330, Blakie Academic & Professional, London.

Jenie., B, S, L,. Rahayu, W,P,. 1993. Penanganan Limbah Industri Pangan. Kanisius. Yogyakarta

Knobeloch, L, et. All, 2000, Blue Babies and  Nitrate-Contaminated Well Water. Environmental Health Perspectives,  108(7): 675-678

Kusuma, F., H. 2008, Penurunan Amoniak (NH3) pada Limbah Buatan Dengan Teknologi Air Stripping,  Institut Teknologi Sepuluh November,  Surabaya

Nugroho, T., Wahyudi, J., Pranolo, S, H., 2004, Desorpsi Amoniak Pada Model Sungai, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Thibodeaux, L.J., 1996, Environmental Chemodynamics, Movement of Chemicals in Air, Water, and Soil, 2nded, John Wiley & Sons Inc, Singapore.

www.tempointeraktif.com/hg/nusa/2010/03/26/brk,20100326-235815,id.html., 2010,  Tercemar Limbah, Ribuan Ikan Mati di Perairan Pati, diakses tanggal 1 Desember 2010

 

Jatmiko Wahyudi (Kantor Penelitian dan Pengembangan Kabupaten Pati)

E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Template Settings

Color

For each color, the params below will give default values
Yellow Green Red Cyan Orange

Body

Background Color
Text Color

Header

Background Color

Spotlight3

Background Color

Footer

Select menu
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Direction