Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202

## Optimasi Adsorpsi Fe Dan CO
2 Dalam Proses Kondensat Amonia PT.PIM Menggunakan Karbon Aktif Pada Fixed Bed Column Dengan Pendekatan Response Surface Methode
Brian Marchsal* 1 , Marwan 2 dan Asri Gani 3
Pasca Sarjana Teknik Kimia, Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh 23111, Indonesia Jurusan Teknik Kimia, Universitas Syiah Kuala Banda Aceh 23111, Indonesia
* e-mail : brian@pim.co.id

## ABSTRAK
Penelitian  ini  mempelajari  tentang  proses  adsorpsi  unsur  logam  Fe  dan  CO 2 di dalam proses kondensat yang menggunakan adsorben karbon aktif dengan sistem aliran  kontinyu  yang  dioptimalkan  dilakukan  dengan  metode respon  surface . Konsentrasi  awal  dan  laju  alir  inlet  divariasikan  sebagai  variabel  proses sedangkan  waktu breakthrough dan  kapasitas  adsorpsi  sebagai  variabel  yang diamati. Rasio Ct/C 0 memakai ambang batas maksimum konsentrasi kontaminan yaitu  0.025  ppm  untuk  Fe  dan  5  ppm  untuk  CO 2 serta  kapasitas  adsorpsi  pada kondisi breakthrough. Sebuah model pengaruh dari konsentrasi dan laju umpan masuk  disusun  untuk  masing-masing  respon  dan  didapatkan  model  polinomial kuadratik.  Nilai  waktu breakthrough dan  kapasitas  adsorpsi  dalam  kondisi optimal tidak terdapat perbedaan yang jauh dengan nilai prediksi yang diberikan oleh model. Untuk range C 0 Fe : 0.4-0.7 ppm, C 0 CO 2 : 30-100 ppm dan Qw : 20- 30 ml/  menit, variabel optimum yang direkomendasikan adalah C 0 Fe : 0.5 ppm, C 0 CO 2 :  61.38  ppm  dan  Qw  :  30  ml/menit.  Hasil  eksperimen  di  dapat  waktu breakthrough Fe  :  224.5  menit,  waktu breakthrough CO 2 :  198.4  menit  dan kapasitas adsorpsi Fe : 0.029 mg/g, kapasitas adsorpsi CO 2 : 3.2 mg/g.
Kata Kunci : Adsorpsi, Fixed Bed Column, Karbon Aktif, RSM

## ABSTRACT
This research studied about the adsorption process of Fe and CO 2 metal element in condensate process using active carbon adsorbent  with optimized continuous flow  system  done  by  surface  response  method.  Initial  concentration  and  inlet flow  rate  are  varied  as  process  variables  while  breakthrough  time  and adsorption  capacity  as  observed  variables.  The  Ct/C 0 ratio  uses  a  maximum threshold  of the contaminant concentration of  0.025 ppm for Fe and 5 ppm for CO 2 and  the  adsorption  capacity  at  breakthrough.  An  influence  model  of  the incoming  feed  concentration  and  rate  was  prepared  for  each  response  and  a quadratic polynomial model was obtained. The value of  breakthrough time and the adsorption capacity under optimal conditions is not much different from the prediction  value  given  by  the  model.  For  Co  Fe: 0.4-0.7  ppm,  C 0 CO 2 :  30-100 ppm and Qw: 20-30 ml/ min, the recommended optimum is C 0 Fe: 0.5 ppm, C 0 CO 2 :  61.38  ppm  and  Qw:  30  ml/min  .  The  experimental  results  in  the
breakthrough time of Fe: 224.5 minutes, CO 2 breakthrough time: 198.4 minutes and adsorption capacity of Fe: 0.029 mg/g, CO 2 adsorption capacity: 3.2 mg/g.
Keyword : Adsorption, Fixed Bed Column, Activated Carbon, RSM
1. Pendahuluan
Proses kondensat merupakan akumulasi  hasil  kondensasi  uap  air dari primary reformer, reaksi pembentukan air di secondary reformer hingga ke unit shift converter (HTS dan LTS) di pabrik amonia PIM. Secara  design,  proses  kondensat  ini dipakai kembali sebagai umpan demin plant yang kemudian akan digunakan sebagai boiler  feed  water .  Namun, selama pabrik amonia 2 PIM beroperasi,  proses  kondensat  tidak dapat  dimanfaatkan  kembali  sebagai boiler feed water, dikarenakan adanya komponen-komponen pengotor.
Proses  kondensat  ini  mengandung komponen  pengotor  berupa  4000 ppmw CO 2. Sebelum proses kondensat di  kirim  ke demin  plant ,  proses kondensat  tersebut  di- strip secara berlawanan  arah (counter  current)
berkontakan dengan steam high tekanan  40  –  42  bar di  Proses Kondensat Stripper (61-150-E). Produk Proses Kondensat dipompakan ke demin  plant dengan  mengandung maksimal  10  ppm  ammonia,dan  10 ppm  CO 2 serta  kandungan  logam  – logam  lainnya.  Pada  kondisi  aktual diketahui  terjadi  penurunan  kualitas proses kondensat. Kualitas yang buruk dari  proses  kondensat  setelah  melalui proses stripping membuat  sekitar  45- 50  ton/jam  proses  kondensate  tidak bisa  dimanfaatkan  kembali  dan  harus dibuang ke sewer.
Hal  ini  akan  berimbas  kepada efisiensi produksi karena proses kondensat seharusnya dapat mengurangi  biaya  pemakaian  dan
produksi  air  kebutuhan  proses  pabrik. Secara  ekonomis,  pemanfaatan  proses kondensat  ini  sangat  menguntungkan karena  dapat  menghemat  konsumsi demin dan filter  water sebesar  47,3%.
Apabila proses kondensat dapat
diumpankan  ke demin  plant ,  maka dapat menghemat biaya air sebesar Rp 112.337,5/jam  dan  akan  mencapai BEP dengan  harga  resin  selama  9,3 bulan  (asumsi  harga  resin  per  vessel Rp  750.000.000)  (Laporan  Evaluasi Teknis  PIM,  2013).  Untuk  itu,  perlu dilakukan penelitian untuk mengurangi jumlah komponen pengotor  proses  kondensat  yang  akan dikirim  ke demin  plant .  Salah  satu metode  yang  bisa  dilakukan  adalah adsorpsi.  Pemilihan  metode  adsorpsi sangat  cocok  dilakukan  mengingat pengotor  yang  akan  diserap  berupa CO 2 dan logam Fe.
Adsorpsi merupakan metode proses yang  paling  banyak  di  aplikasikan pada proses pengolahan air dikarenakan  desain  dan  operasional yang  mudah.  Oleh  karena  itu,  metode adsorpsi  sangat  dikenal  secara  luas dikarenakan  ekonomis  dan  mudah untuk  diaplikasikan.  Namun  perlu dilakukan  pemilihan  adsorben  yang tepat untuk mendapatkan hasil adsorpsi yang optimal. Karbon  aktif  merupakan  adsorbent umum yang dipakai untuk
menyisihkan  polutan  limbah  cair.
Karbon aktif memiliki kapasitas adsorpsi yang tinggi bahkan persentase penyisihan mencapai 100% (Lin  and  Juang,  2009).  Adsorpsi  oleh arang  aktif  akan  melepaskan  gas, cairan  dan  zat  padat  dari  larutan
dimana kecepatan reaksi dan kesempurnaan  pelepasan  tergantung pada  pH,  suhu,  konsentrasi  awal, ukuran  molekul,  berat  molekul  dan struktur  molekul.  Penyerapan  terbesar adalah  pada  pH  rendah.  Dalam laboratorium manual disebutkan
bahwa pada umumnya kapasitas penyerapan arang aktif akan meningkat  dengan  turunnya  pH  dan suhu air. Pada pH rendah aktifitas dari bahan  larut  dengan  larutan  meningkat sehingga  bahan-bahan  larut  untuk tertahan pada arang aktif lebih rendah.
Banyak penelitian dilakukan dengan metode batch dengan memvariasikan kondisi operasi adsorpsi  seperti  waktu,  konsentrasi, pH dan temperatur. Dari hasil penelitian  itu  didapat  hasil  sebagai informasi  teknis,  mekanisme  dan kinetika  dari  proses  adsorpsi  yang didapat dan sebagian besar menggunakan model persamaan Langmuir dan Freundlich untuk memprediksi  nilai  kapasitas  adsorpsi. Savic  et  al,  2012  menyatakan  untuk mengoptimalkan  adsorpsi  Fe  (III) dengan  bentonit    pada  kondisi  batch dengan menggunaka metodologi
Response Surface Methode (RSM) dan Artifisial  Neural  Network  (ANN) dengan  memvariasikan  konsentrasi awal  (Ca 0 )  dan  waktu  kontak.  Setelah dilakukan  optimasi  dalam  kondisi batch,  maka  didapat  jumlah  Fe  yang teradsorpsi sebesar 91.15%.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  kondisi  operasi  adsorpsi optimal untuk penyerapan Fe dan CO 2 pada fixed bed column sehingga dapat diketahui  kapasitas  adsorpsi  terbesar dan waktu penyerapan (waktu breakthrough) untuk  mendapatkan waktu  pemakaian  adsorben  yang maksimal dengan menggunakan
pendekatan  dengan  metode response surface. Sehingga  melalui  penelitian dan  kajian  ini  diharapkan  didapat informasi  mengenai  kondisi  optimal pada proses penyerapan Fe dan CO 2 di dalam proses kondensat dengan menggunakan karbon aktif  pada fixed bed column sehingga mampu memberikan alternatif terhadap penyelesaian permasalahan proses kondensat  yang sejak pabrik amonia 2 PIM beroperasi belum pernah mendapatkan solusi  yang tepat. Selain itu,  dengan  adanya  solusi  mengenai proses  kondensat  ini  bisa  didapat efisiensi produksi yang tinggi.

## 2. Metodologi
2.1 Bahan dan Alat
Karbon  aktif  granular  komersil calgon  ukuran  3  –  5  mm  digunakan sebagai  adsorben.  Percobaan  adsorpsi dengan menggunakan fixed bed column, dilakukan dengan
menggunakan  kolom  silinder  kaca dengan  diameter  (ID)  24  mm  dan panjang    25  cm.  Kolom  silinder  kaca ini kemudian diisi dengan karbon aktif hingga  penuh  (  berat  karbon  aktif  90 gram). Larutan kondensat yang mengandung Fe dan CO 2 dipompakan dengan menggunakan pompa
diafragma (Milten Roy Dozing Pump) ke dalam kolom adsorpsi.
Laju  alir  larutan  diatur  dengan menggunakan  pengatur  laju  alir  yang terdapat  pada  fasilitas  pompa  dan disesuaikan  dengan  variabel  dari masing  –  masing  laju  alir.  Larutan outlet  ( effluent) mengalir  kebawah dengan sistem downflow ( one through). Larutan  kemudian  keluar melalui  bagian  bawah  kolom  adsorpsi dan  ditampung  pada  inteval  waktu tertentu. Larutan kondensat yang telah dipisahkan  berdasarkan  waktu  untuk
kemudian dilakukan analisa konsentrasi Fe dan CO 2 . 2.2 Response Surface Methode, Penentuan  Waktu breaktrough dan Kapasitas Adsorpsi Penelitian  ini  dilakukan  untuk menentukan optimalisasi variabel yang akan digunakan dengan menggunkan software  Design  Expert 6.0.8. Untuk  menentukan  desain parameter menggunakan Central Composite  Design .  Tiga  parameter yaitu konsentrasi umpan masuk Fe dan CO 2 serta  laju  alir  masuk  menjadi variabel berubah dan didapat nilai α = 1.68  yang  selanjutnya  dimasukkan kedalam software, sehingga didapat 20 run  percobaan  yang  dihasilkan  dari software  design  expert  6.0.8. Waktu penyerapan  ( breakthrough )  (tb)  dan kapasitas  penyerapan  (qb)  menjadi variabel respon. Konsentrasi komponen  yang  diadsorpsi  dapat digambarkan melalui kurva breakthrough sehingga  menunjukkan karakteristik  penyerapan  komponen yang terserap dalam fixed bed column . Waktu breakthrough dapat didefinisikan  sebagai  perbandingan antara  konsentrasi  komponen  yang diadsorpsi  (Fe  dan  CO 2 )  di  aliran outlet  dengan  konsentrasi  komponen yang  diadsorpsi  pada  aliran  inlet  (Fe dan  CO 2 )  yang  di  anggap  sebagai fungsi waktu. Untuk basis perhitungan, nilai batasan untuk konsentrasi breakthrough diambil
berdasarkan  desain  produk  proses kondensat dari KBR ( Kellog Brown & Root) yaitu  sebesar  0.025  ppm  untuk konsentrasi  Fe  dan  5  ppm  untuk konsentrasi  CO 2 .  Nilai  kapasitas adsorpsi  dihitung  dengan  persamaan sebagai berikut :
(1)
Dimana :
q b = kapasitas adsorpsi (mg/g) Q v =  laju alir outlet (L/menit) t b = waktu operasi (menit) C 0 =  konsentrasi inlet (ppm) m c =  berat adsorbent (g)
2.3 Optimasi Proses Optimasi  proses  dilakukan  untuk mendapatkan nilai waktu breakthrough dan  kapasitas  adsorpsi yang  optimal  dengan  menggunakan software design expert. Nilai
parameter yang direkomendasikan oleh software selanjutnya akan dilakukan  verifikasi  melalui  sebuah re-run eksperimen. Setelah dilakukan re-run, selanjutnya hasil uji eksperimen akan dibandingkan dengan nilai  prediksi  yang  berikan  oleh model.
2.4 Analisa Komponen Fe dan CO 2
Setiap hasil yang diperoleh dilakukan analisa uji mutu di labotarium sentral PT.PIM. Komponen  Fe  dan  CO 2 berasal  dari proses  kondensat  yang  diambil  dari produk  proses  kondensat  di  outlet proses  kondensat  stripper  pabrik amonia 2 PT.PIM. Analisa uji komponen  Fe  hasil  adsorpsi  diukur dengan metode ASTM-D 1068 dengan menggunakan  alat Atomic Absorption
Spektrofotometer ( Shimadzu UV- 1601) sedangkan  komponen  CO 2 diukur dengan metode precise evolution (ASTM-512).
3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1  Karakterisasi Adsorben Karbon Aktif
Karakteristik  dari  karbon  aktif  ini terdiri atas struktur grafit cryptocrystalline  dengan  ukuran  pori nanometer.  Berdasarkan  pengukuran penyerapan gas nitrogen, luas permukaan  penyerapan  karbon  aktif dapat  mencapai  400  –  1500  m2/gr. Transfer  massa  melalui  pori  –  pori karbon dapat mencapai volume 0.2 – 1 cm3/gr.

## 3.2  Mekanisme Adsorpsi
Laju alir inlet (Qw) dan konsentrasi  awal  (C 0 )  larutan  dari masing-masing  komponen  yaitu  Fe dan  CO 2 merupakan  3  variabel  proses yang dijadikan sebagai variabel berubah  untuk  mendapatkan  waktu
breakthrough (tb) dan  kapasitas adsorpsi (qb). Mekanisme adsorpsi Fe dan  CO 2 dilakukan  secara  simultan pada  karbon  aktif  dengan  sistem adsorpsi secara dinamis yang berlangsung  di  dalam  sebuah  unggun yang berisikan karbon aktif. Kontaminan  dapat  masuk  ke dalam pori karbon aktif dan terakumulasi didalamnya, apabila
kontaminan  terlarut  di  dalam  air  dan ukuran  pori  kontaminan  lebih  kecil dibandingkan  dengan  ukuran  pori karbon  aktif.  Metode  aliran  yang digunakan  adalah down  flow (aliran dari  atas  kebawah).  Dengan  metode ini, kontaminan akan lebih mudah dan cepat  teradsorpsi  dimana  lapisan bagian  atas  akan  menjadi  lapisan pertama  tempat  terjadinya  kontak dengan larutan yang memiliki
konsentrasi tinggi dan lapisan selanjutnya  akan  menjadi  tempat terjadinya kontak, begitu seterusnya.
Dalam  waktu  tertentu,  lapisan paling atas akan mengalami titik jenuh dan  kemampuan  penyerapanya  akan berkurang, sehingga lapisan berikutnya  akan  menjadi  lapisan  awal yang  akan  melakukan  penyerapan. Dalam interval waktu tertentu,
konsentrasi Fe dan CO 2 akan meningkat dan akan mendekati konsentrasi inlet dikeranakan adsorben yang sudah jenuh.
3.3   Pengaruh Konsentrasi dan Laju Alir  Outlet  terhadap  Waktu
Breakthrough
Waktu breakthrough didapat  dari kurva breakthrough dengan  cara memplotkan  antara  data  Ct  dan  C 0 berdasarkan waktu, dimana C 0 merupakan  konsentrasi  kontaminan  di inlet  dan  Ct  merupakan  konsentrasi kontaminan larutan keluar dari kolom.
Garcia-Sanchez et al. (2013)
menyebutkan kurva breakthrough menunjukkan  karakter  pelepasan  ion kontaminan  pada  larutan  didalam kolom fixed  bed dan  pada  umumnya dinyatakan sebagai konsentrasi kontaminan yang terserap yang didefinisikan  sebagai  rasio  antara konsentrasi  kontaminan  outlet  dan konsentrasi  kontaminan  inlet  (Ct/C 0 ) dalam  fungsi  waktu  atau  volume  dari outlet untuk ketinggian kolom.
Kondisi  naiknya  konsentrasi  Fe dan  CO 2 yang  mendekati  konsentrasi inlet  dibuktikan  dengan  rasio  Ct/C 0 mendekati  1.  Untuk  melihat  kinerja adsorpsi  dan  waktu  jenuh  adsorben, perlu  ditetapkannya  ambang  batas yang  digunakan  sebagai  basis  rasio Ct/C 0 . Untuk itu, untuk basis konsentrasi  Fe  dipakai  Ct/C 0 =  0.025 dan  untuk  konsentrasi  CO 2 dipakai Ct/C 0 = 5.
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
Dari  data  yang  diperoleh,didapat
waktu breakthrough yang  bervariasi.
Waktu breakthrough Fe  maksimal selama 253 menit serta waktu
breakthrough CO 2 maksimal  selama 225.4 menit. Sedangkan waktu
breakthrough Fe minimal  didapat selama  158  menit  yang  diperoleh  dari serta waktu breakthrough CO 2
minimal  selama  55  menit.  Untuk masing–masing  kode  faktor  yang disusun untuk respon waktu breakthrough, untuk  model  nilai  kode faktor  yang  disusun  berdasarkan respon  waktu breakthrough baik  Fe maupun CO 2 didapat model quadratik. Untuk  waktu breakthrough Fe,  nilai koefisien korelasi R 2 0.9485, Adjusted-R 0.9022  dan  nilai  Q 2
0.6405.  Nilai  R 2 yang  mendekati  nilai 1  membuktikan  adanya  korelasi  serta kesesuaian  data  antara  model  yang disusun  dengan  data  aktual  yang didapat.
Untuk membuktikan nilai prediksi dari sebuah model yang disusun sesuai dengan  nilai  aktual  yang  didapat adalah  pada  nilai  Q 2 .  Eriksson  et al.,2006  mengatakan  apabila  nilai  Q 2 >  0,5  maka  dapat  dianggap  baik  dan nilai Q 2 > 0.9 adalah nilai sangat baik. Untuk waktu breakthrough CO2, nilai koefisien korelasi R 2 0.9663, Adjusted-R 0.9360  dan  nilai  Q 2
0.7614.  Untuk  waktu breakthrough
CO 2 sedikit  lebih  baik  daripada  nilai waktu breakthrough Fe.  Hal  ini
membuktikan  bahwa  model  yang disusun menunjukkan kesesuaian dengan  nilai  aktual  yang  didapat  dari percobaan. Persamaan model quadratik  kode  faktor  untuk  respon waktu breakthrough Fe dan  CO 2 adalah :
YFe    =  137.79  –  5.05*(A)  + 338.50*(B)  +  0.40*(C)  –
0.10*(A 2 )  – 498.61*(B 2 ) – 0.0031*(C 2 ) – 0.78*(A)*(B) – 0.0027*(A)*(C) + 0.0071*(B)*(C)            (2) YCO 2 =  143.08  –  0.32*(A)  + 50.88*(B)  –  3.06*(C)  –
0.0030*(A 2 )  –  11.23*(B 2 ) – 0.030*(C 2 ) – 0.4*(A)*(B) – 0.0025*(A)*(C) – 0.29*(B)*(C)                 (3) A  =  laju alir; B  =  Konsentrasi Fe; C  =  Konsentrasi CO 2
Dari hasil analisa ANOVA didaptkan  nilai F  value sebagai rujukan  sebagai  nilai  signifikan  yang mempengaruhi  model  yang  disusun (model dengan F value lebih kecil dari 0.05).  Untuk  waktu breakthrough Fe, parameter  B  (konsentrasi  Fe  inlet,  C 0 Fe)  menjadi  paramater  yang  paling signifikan  terhadap  respon  yang  akan dicapai  apabila  dibandingkan  dengan parameter  A  (  laju  alir  inlet,  Qw)  dan parameter  C  (konsentrasi  inlet  CO 2 ). Hal  ini  dikarenakan  dari  analisa ANOVA  menunjukkan  nilai F  value untuk parameter B memiliki nilai yang lebih kecil.
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
Gambar  1.  Plot  nilai  aktual  vs  nilai prediksi  untuk  model respon waktu breakthrough Fe Gambar  2.Plot  nilai  aktual  vs  nilai prediksi untuk model respon waktu breakthrough CO 2
Begitu  juga  halnya  dengan  waktu breakthrough CO 2 , parameter C (konsentrasi  CO 2 inlet,  C 0 CO 2 ) menjadi paramater yang paling signifikan  terhadap  respon  yang  akan dicapai  apabila  dibandingkan  dengan parameter  A  (laju  alir  inlet,  Qw)  dan parameter B (konsentrasi inlet Fe)..
Penurunan  waktu breakthrough akan  diperoleh  dengan  meningkatnya konsentrasi  kontaminan  dan hydraulic loading rate pada umpan masuk pada adsorpsi  menggunakan  karbon  aktif (Goel  et  al.,  2005).  Sehingga  dapat
disimpulkan  bahwa  semakin  tinggi konsentrasi  kontaminan  pada  umpan masuk, maka jumlah kontaminan yang terserap akan semakin tinggi sehingga waktu  jenuh  adsorben  akan  semakin cepat. 3.4  Pengaruh Konsentrasi dan Laju Alir  Outlet  terhadap  Kapasitas Adsorpsi pada Kondisi Breakthrough Kapasitas  adsorpsi  pada  kondisi breakthrough dapat didefinisikan sebagai  jumlah  kontaminan  (Fe  dan CO 2 )  yang  diserap  oleh  adsorben didalam kolom adsorpsi. Nilai laju alir outlet  (Qv)  yang  diperlukan  didapat dari percobaan pada setiap variasi laju alir  umpan  masuk  (Qw).  Kapasitas adsorpsi Fe maksimal diperoleh 0.0355  mg/g  dan  untuk  kapasitas adsorpsi  CO 2 maksimal  diperoleh 3.8025 mg/g
Untuk  kapasitas  adsorpsi  Fe minimal  diperoleh  0.0157  mg/g  dan untuk kapasitas adsorpsi CO 2 minimal diperoleh    0.1817  mg/g.  Berdasarkan koefisien nilai korelasi R 2 , Adjusted-R dan  nilai  Q 2 maka  diperoleh  sebuah model  polinomial  quadratik  untuk respon kapasitas adsorpsi Fe dan CO 2 . Untuk  respon  kapasitas  adsorpsi Fe, model polinomial kuadratik didapat  nilai  koefisien  korelasi  R 2 0.9317, Adjusted-R 0.8702  dan  nilai Q 2 0.5020. Sedangkan untuk kapasitas adsorpsi CO 2 , diperoleh model kuadratik  nilai  koefisien  korelasi  R 2
0.9596, Adjusted-R 0.9232  dan  nilai Q 2 0.7019.  Untuk  nilai  R 2 dan Adjusted-R masih  diperoleh  sangat baik.  Namun  nilai  Q 2 untuk  kapasitas adsorpsi  Fe  masih  tergolong  rendah walau  masih  diatas  nilai  0.5.  Hal  ini bisa  saja  terjadi  terhadap  sebuah
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
model  apabila  model  mengalami kondisi overfitting.
Kondisi overfitting dari  model dikarenakan sebuah model memperhitungkan  seluruh  ciri  dari data yang ada,  termasuk noise sehingga model tidak dapat menjelaskan hubungan antara variabel dan  respon  yang  valid  terhadap  data yang baru.
YFe    =  -  0.0014  -  0.0011*(A)  + 0.094*(B)  +  0.000039*(C) + 0.000028*(A 2 ) – 0.092*(B 2 ) – 0.00000027*(C 2 ) + 0.00083*(A)*(B) – 0.00000057*(A)*(C) + 0.0000095*(B)*(C)         (4) YCO 2 =  0.75 - 0.17*(A) + 0.67*(B) + 0.077*(C)  +  0.0035*(A 2 )  – 2.28*(B 2 )  –  0.00055*(C 2 )  + 0.071*(A)*(B) + 0.00036*(A)*(C) + 0.0012*(B)*(C)               (5)
A  =  laju alir; B  =  Konsentrasi Fe; C  =  Konsentrasi CO 2 .
Dari  analisa  ANOVA  didapatkan hubungan antara variabel proses konsentrasi  awal  Fe  dan  CO 2 (C 0 Fe dan  C 0 CO 2 )  serta  laju  alir  umpan masuk  (Qw).  Dari  data  analisa
ANOVA diatas dapat dilihat kapasitas adsorpsi yang signifikan lebih disebabkan  oleh  laju  alir  umpan masuk untuk kapasitas adsorpsi Fe dan konsentrasi  awal  untuk  kapasitas adsorpsi  CO 2 .  Namun  untuk  kedua kapasitas  adsorpsi  Fe  dan  CO 2 , konsentrasi  awal  dan  laju  alir  umpan masuk mempengaruhi kapasitas adsorpsi  namun  untuk  konsentrasi  Fe dan CO 2 tidak saling mempengaruhi.
Gambar  3.Plot  nilai  aktual  vs  nilai prediksi  untuk  model respon  waktu  kapasitas adsorpsi  pada  kondisi
breakthrough Fe
Gambar  4.Plot  nilai  aktual  vs  nilai prediksi untuk model respon  waktu  kapasitas adsorpsi pada kondisi breakthrough CO 2
Untuk  kapasitas  adsorpsi  Fe,  laju alir umpan lebih signifikan dikarenakan  konsentrasi  awal  umpan Fe  terlalu  rendah,  sehingga  untuk mendapatkan kenaikan kapasitas adsorpsi  harus  diikuti  dengan  laju  alir yang  tinggi.  Widi  Astuti.,  et  al  2015 melaporkan pada  laju alir  yang tinggi, maka  jumlah  kontaminan  yang  masuk kedalam kolom pada menit yang sama
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
akan  semakin  banyak.  Namun  untuk kapasitas  adsorpsi  Fe  dan  CO 2 , konsentrasi  awal  umpan  dan  laju  alir tetap  menjadi  faktor  saling  berkaitan yang mempengaruhi kenaikan kapasitas adsorpsi. 3.5  Optimasi Proses Target yang ingin dicapai didalam penelitian ini adalah kapasitas adsorbsi  karena  merupakan  unjuk kerja adsorben dalam menyerap kontaminan per satuan berat adsorben. Semakin  tinggi  kapasitas  adsorpsi, maka  semakin  tinggi  pula  efisiensi penyerapan.
Namun, parameter kapasitas  adsorpsi  bukanlah  hanya menjadi parameter yang perlu ditinjau, melainkan  ada  parameter  lain  yang perlu diperhatikan yaitu waktu
breakthrough. Waktu breakthrough perlu diperhatikan karena merupakan indikasi  lamanya  masa  pemakaian adsorben  yang  perlu  dievaluasi  dan diperhatikan dalam implementasi proses  adsorpsi.  Tujuan  dilakukannya optimisasi  proses  ini  adalah  untuk mendapatkan waktu breakthrough dan kapasitas  adsorpsi  yang  optimal. Prediksi model perlu dilakukan validasi,  sehingga  dilakukan re-run
sebanyak satu kali eksperimen. Variabel  eksperimen  yang  dilakukan re-run kembali  merupakan  variabel optimum  yang  di  sarankan  oleh software .
Berdasarkan proses optimasi,
software design expert memberikan 2 solusi  formula  optimum  yang  dapat dilihat pada tabel 4.7. Kondisi variabel proses  Qw  30  ml/menit,  C 0 Fe  0.50 ppm  dan  C 0 CO 2 61.39  ppm direkomendasikan
sebagai solusi
formula
yang paling optimal
dikarenakan  kondisi  solusi  formula yang  ditawarkan  ini  memiliki  nilai desirability yang  paling  tinggi  yaitu
0.756. Hasil optimasi digambarkan dalam  bentuk countour (2D)  yang menjelaskan respon dengan menggunakan  model  prediksi  untuk masing-masing  nilai  respon.  Grafik diatas menunjukkan
kombinasi komponen  yang  saling  mempengaruhi antar  masing-masing  nilai  respon. Garis yang terdapat dimasing-masing titik  pada  grafik  menunjukkan kombinasi  dari  ketiga  komponen dengan masing –  masing  nilai desirability.
Gambar  5.  Grafik contour  plot nilai desirability  pada  kondisi optimum
Setelah didapat solusi yang direkomendasikan oleh software,
maka perlu dilakukan verifikasi
kondisi optimum yang didapat dengan melakukan re-run eksperimen .
Tabel  1.Kriteria  dan  komponen  respon  yang  dioptimasi  terhadap  respon  proses adsorpsi
Name Goal Lower Limit Upper Limit Import- ance Laju Alir (ml/menit) in range 20 30 3 Konsentrasi Fe (ppm) in range 0.4 0.7 3 Konsentrasi CO 2 (ppm) in range 30 100 3 Waktu Breakthrough Fe (menit) maximize 158 253.7 5 Kapasitas Adsorpsi Fe (mg/g) maximize 0.015 0.035 5 Waktu Breakthrough CO 2 (menit) maximize 55 225.4 5 Kapasitas Adsorpsi CO 2 (mg/g) maximize 0.181 3.80 5 Tabel  2.Tabel  Prediksi  dan  hasil  verifikasi  nilai  respon  hasil  solusi  formula optimasi pada software design expert Respon Formula Prediksi Verifikasi 95% CI low 95% CI high 95% PI low 95% PI high Devi- asi Waktu Breakthrough Fe, (menit) 231.4 224.5 219.9 238.13 204.9 253.14 3% Kapasitas Adsorpsi Fe, (mg/g) 0.02 0.0299 0.02 0.03 0.021 0.028 4% Waktu Breakthrough CO 2 , (menit) 207 198.4 197.3 219.14 179.4 237.08 6%
Kapasitas
Adsorpsi CO 2 , (mg/g) 2.9 3.2 2.44 2.86 2.10 3.2 7%

## 4. Kesimpulan
Hubungan  waktu breakthrough (tb) dengan  variabel konsentrasi awal
(C 0 ) kontaminan Fe dan CO 2 membentuk persamaan quadratik yang  menunjukkan  semakin  tinggi konsentrasi  kontaminan  pada  umpan masuk,  maka  jumlah  kontaminan yang  terserap  akan  semakin  tinggi sehingga  waktu  jenuh  adsorben  akan semakin cepat. Namun untuk laju alir (Qw),  pengaruh  terhadap  waktu breakthrough tidak signifikan seperti halnya konsentrasi awal (C 0 ) sehingga dapat  dikatakan  bahwa  perubahan
waktu breakthrough (tb) lebih dipengaruhi  oleh  konsentrasi  awal (C 0 )  umpan  masuk  dibandingkan dengan  laju  alir  umpan  masuk  (Qw). Hubungan  kapasitas  adsorpsi  pada kondisi breakthrough (qb)  dengan variabel konsentrasi awal (C 0 ) kontaminan  Fe  dan  CO 2 membentuk persamaan quadratik dimana
kapasitas  adsorpsi  dipengaruhi  oleh konsentrasi  umpan  (C 0 )  dan  juga dipengaruhi  oleh  laju  alir  umpan (Qw).  Namun  untuk  kasus  kapasitas adsorpsi pada kontaminan Fe,
pengaruh  laju  alir  umpan  (Qw)  lebih signifikan dibandingkan dengan
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
konsentrasi  awal  umpan  Fe.  Untuk nilai prediksi dan nilai aktual didapatkan  kondisi  optimum    dengan deviasi  yang cukup rendah. Dari nilai deviasi  menunjukkan  bahwa  model masih cukup baik untuk memprediksi nilai optimum pada proses ini.

## Ucapan terima kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada pimpinan PT. PIM yang telah memberikan  fasilitas  laboratotium untuk pelaksanaan penelitian ini.

## Daftar pustaka
Bhakat,  P.  B.,  Gupta,  A.  K.  and Ayoob,  S.  (2007)  ‘Feasibility analysis  of  As(III)  removal  in  a continuous  flow  fixed  bed system by  modified  calcined  bauxite (MCB)’, Journal  of  Hazardous Materials ,  139(2),  pp.  286–292. doi:
10.1016/j.jhazmat.2006.06.037. Bolong, N. et al. (2009) ‘A review of the effects of emerging contaminants  in  wastewater  and options for  their removal’, Desalination ,  238(1-3),  pp.  229–
246. doi: 10.1016/j.desal.2008.03.020. García-Sánchez,  J.  J. et  al. (2013)
‘Removal  of  fluoride  ions  from drinking water and fluoride solutions  by  aluminum  modified iron  oxides  in  a  column  system’, Journal  of  Colloid  and  Interface Science ,  407,  pp.  410–415.  doi: 10.1016/j.jcis.2013.06.031.
Goel,  J. et  al. (2005)  ‘Removal  of lead(II)  from  aqueous  solution  by adsorption  on  carbon  aerogel using a response surface methodological approach’, Industrial and Engineering Chemistry  Research ,  44(7),  pp.
1987–1994. Grassi,  M. et  al. (2012)  ‘Removal  of Emerging Contaminants from Water and Wastewater by Adsorption Process’, in Emerging Compounds Removal from Wastewater ,  pp.  15–37.  doi:
10.1007/978-94-007-3916-1_2. Guo,  B.,  Chang,  L.  and  Xie,  K. (2006)  ‘Adsorption  of  Carbon Dioxide  on  Activated  Carbon’, Journal of Natural Gas Chemistry ,  15(3),  pp.  223–229. doi: 10.1016/S1003- 9953(06)60030-3. Lin,  S.  H.  and  Juang,  R.  S.  (2009) ‘Adsorption  of  phenol  and  its derivatives  from  water  using synthetic  resins  and.pdf’, J Environ Manage , 90(3), pp. 1336–1349. doi: DOI 10.1016/j.jenvman.2008.09.003. Magoling, B. J. A. and Macalalad, A.
A.  (2017)  ‘Optimization  and response  surface  modelling  of activated  carbon  production  from mahogany  fruit  husk  for  removal of  chromium  (VI)  from  aqueous solution’, BioResources ,  12(2),
pp.
3001–3016. doi:
10.15376/biores.12.2.3001-3016. Pellerano,  M. et  al. (2009)  ‘CO 2 capture by adsorption on activated carbons using pressure
modulation’, Energy  Procedia , 1(1), pp. 647–653. doi: 10.1016/j.egypro.2009.01.085. Savic,  I.  M. et  al. (2012)  ‘Modeling and optimization of fe(III) adsorption  from  water  using bentonite  clay:  Comparison  of central  composite  design  and artificial neural network’, Chemical Engineering and Technology , 35(11). doi: 10.1002/ceat.201200085.
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 16  No.01, Juni  2018  ISSN (CETAK) 1693-248X ISSN (ONLINE) 2549-1202
Xu,  Z.,  Cai,  J.  and  Pan,  B.  (2013) ‘Mathematically  modeling  fixed-
bed adsorption in aqueous systems’, Journal  of  Zhejiang
University SCIENCE A , 14(3), pp.
155–176. doi:
10.1631/jzus.A1300029.