No. 1070/S2-TL/PPP/2020 KAJIAN AWAL PEMBENTUKAN STRUVITE DARI NUTRIEN DALAM LIMBAH CAIR DENG AN PROSES PRESIPITASI MENGGUNAKAN AIR CATHODE ELECTROCOAGULATION TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh MELLYANA SAID BAASHEN NIM: 25318023 (Program Studi Magister Teknik Lingkungan) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Maret 2020 i ABSTRAK KAJIAN AWAL PEMBENTUKAN STRUVITE DARI NUTRIEN DALAM LIMBAH CAIR DENG AN PROSES PRESIPITASI MENGGUNAKAN AIR CATHODE ELECTROCOAGULATION Oleh Mellyana Said Baashen NIM: 25318023 (Program Studi Magister Teknik Lingkungan) Nitrogen dan fosfor merupakan elemen penting dalam kehidupan, namun pelepasannya yang berlebih secara kontinyu ke lingkungan dapat menyebabkan eutrofikasi dalam sistem air alami. Pembentukan Magnesium Ammonium Phosphate Hexahydrate (MAP) (MgNH 4PO4·6H2O atau struvite) dapat menjadi solusi terkait penyisihan dan pemulihan nutrien. Pembentukan struvite dapat terjadi dalam proses presipitasi menggunakan reaktor elektrokoagulasi. Air Cathode Electrocoagulation (ACEC) adalah salah satu metode elektrokoagulasi yang tidak memerlukan tambahan energi eksternal untuk mendukung proses presipitasi struvite. Dalam penelitian ini, penyisihan dan pemulihan nutrien dalam air limbah dilakukan dengan meresirkulasi 1 liter air limbah artifisial ke dalam reaktor selama 24 jam dalam variasi debit resirkulasi 1, 2, 3, 4, dan 5 ml/menit. Kemudian dilakukan pengoperasian reaktor dengan debit resirkulasi optimum dan variasi pH awal air limbah 4, 7, 8, dan 9. Didapatkan penyisihan dan pemulihan nutrien optimum pada debit resirkulasi 2 ml/menit (dengan laju penyisihan nitrogen sebesar 22,95 mg/jam, laju penyisihan fosfat sebesar 18,58 mg/jam, dan laju pembentukan struvite sebesar 49,87 mg/jam) dan pH awal air limbah 8 (laju penyisihan nitrogen sebesar 24,21 mg/jam, laju penyisihan fosfat sebesar 35,25 mg/jam, dan laju pembentukan struvite sebesar 89,96 mg/jam). Dilakukan pula analisa karakteristik struvite melalui uji SEM-EDS dan XRD. Berdasarkan uji SEM-EDS, morfologi endapan yang dianalisa berbentuk kristal yang tidak beraturan ukurannya disertai dengan permukaan yang tajam, sedangkan berdasarkan spektrum EDS terlihat bahwa unsur-unsur yang terdapat dalam endapan adalah C (31,05%), O (46,01%), Mg (10,16%), dan P (12,78%). Dari hasil uji SEM-EDS pula dapat dianalisa perbandingan rasio Mg:P yakni sebesar 0,795 yang mana cukup mendekati nilai Mg:P = 1:1 yang merupakan perbandingan mol unsur pembentuk struvite secara teoritis (Mg:NH 4:PO4 = 1:1:1). Hasil XRD juga menunjukkan terdapat kemiripan puncak spesifik dari sampel uji dengan struvite. Kata kunci: elektrokoagulasi, nutrien, pemulihan, penyisihan, struvite ii ABSTRACT INITIAL STUDY FOR STRUVITE FORMING FROM NUTRIENTS IN WASTE WATE R WITH PRECIPITATION PROCESS USING AIR CATHODE ELECTROCOAGULATION By Mellyana Said Baashen NIM: 25318023 (Master Programme in Environmental Engineering) Nitrogen and phosphorus are important elements in life, but their continued excessive release to the environment can cause eutrophication in natural water systems. The formation of Magnesium Ammonium Phosphate Hexahydrate (MAP) (MgNH 4PO4·6H2O or struvite) can be a solution related to nutrients removal and recovery. Struvite formation can occur in the process of precipitation using an electrocoagulation reactor. Air Cathode Electrocoagulation (ACEC) is one method of electrocoagulation that does not require additional external energy to support the struvite precipitation process. In this study, the nutrients removal and recovery in waste water were carried out by recirculating 1 liter of artificial waste water into the reactor for 24 hours in recirculation discharge variations that is 1, 2, 3, 4, and 5 ml/min. Then the reactor operation is carried out with optimum recirculation discharge and initial pH variations of waste water 4, 7, 8, and 9. Optimum nutrients removal and recovery are obtained at a recirculation discharge of 2 ml/min (with a nitrogen removal rate of 22.95 mg/hr, phosphate removal rate of 18.58 mg/hr, and struvite formation rate of 49.87 mg/hr) and initial pH of waste water 8 (nitrogen removal rate of 24.21 mg/hr, phosphate removal rate of 35.25 mg/hr and struvite formation rate of 89.96 mg/hr). Struvite characteristics were analyzed using SEM-EDS and XRD tests. Based on the SEM-EDS test, the morphology of the sediment analyzed was in the form of irregularly shaped crystals accompanied by a sharp surface, whereas based on the EDS spectrum it was seen that the elements contained in the sediment were C (31.05%), O (46.01% ), Mg (10.16%), and P (12.78%). From the SEM-EDS test results also can be analyzed the ratio of Mg:P is 0.795 which is quite close to the value of Mg:P = 1:1 which is a theoretical mole ratio of struvite-forming elements (Mg:NH 4:PO4 = 1:1:1 ). The XRD results also show that there are similarities in the specific peak of the test sample with struvite. Keywords: electrocoagulation, nutrient, recovery, removal, struvite iii KAJIAN AWAL PEMBENTUKAN STRUVITE DARI NUTRIEN DALAM LIMBAH CAIR DENG AN PROSES PRESIPITASI MENGGUNAKAN AIR CATHODE ELECTROCOAGULATION HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PENGESAHAN Oleh Mellyana Said Baashen NIM: 25318023 (Program Studi Magister Teknik Lingkungan) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal ……………………….. Pembimbing Co-pembimbing Ir. Agus Jatnika Effendi, Ph.D. Syarif Hidayat, S.T., M.T., Ph.D. iv PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Baashen, M. S. (2020): Kajian Awal Pembentukan Struvite dari Nutrien dalam Limbah Cair dengan Proses Presipitasi Menggunakan Air Cathode Electrocoagulation, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Baashen, M. S. (2020): Initial Study For Struvite Forming From Nutrients In Waste Water With Precipitation Process Using Air Cathode Electrocoagulation, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia- Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tesis dengan judul “Kajian Awal Pembentukan Struvite dari Nutrien dalam Limbah Cair dengan Proses Presipitasi Menggunakan Air Cathode Electrocoagulation”, sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Lingkungan ITB. Dalam proses penyelesaian tesis ini, penulis mendapatkan bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak, baik moril maupun materil. Terima kasih penulis haturkan kepada, 1. Bapak Ir. Agus Jatnika Effendi, Ph.D., selaku Pembimbing tesis penulis 2. Bapak Syarif Hidayat, S.T., M.T., Ph.D., selaku Co-Pembimbing tesis penulis 3. Ibu Dr. Ing. Marisa Handajani, S.T., M.T., selaku wali akademik penulis dan Ketua Program Studi Magister Teknik Lingkungan FTSL-ITB 4. Ibu Prof. Mindriany Syafila, MS, Ph.D., Ibu Dr. Mont. Kania Dewi, S.T., M.T., Ibu Dr. Ing.