Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Komponen Utama Analisis Bahan Toxic Secara Fisika- Kimiawi Materi Kuliah II & III MK Dinamika Senyawa Polutan ITK 622.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Komponen Utama Analisis Bahan Toxic Secara Fisika- Kimiawi Materi Kuliah II & III MK Dinamika Senyawa Polutan ITK 622."— Transcript presentasi:

1 Komponen Utama Analisis Bahan Toxic Secara Fisika- Kimiawi Materi Kuliah II & III MK Dinamika Senyawa Polutan ITK 622

2 Ciri Senyawa Toxic Terdapat tiga pola senyawa toxic dibanding senyawa polutan lain: –Kecenderungan terabsorpsi ke partikel dalam air. –Kedenderungan terkonsentrasi oleh organisme air dan tertransferkan melalui rantai makanan. –Kenderung bersifat toxic pada konsentrasi rendah µg/l – ng/l.

3 Skematik Utama Fate Senyawa dalam Fase partikel Senyawa dalam Fase terlarut Partikel tersuspensi Masukan senyawa Biodegradasi Fotolysis Desorpsi Sorpsi Transport Masukan senyawa Biodegradasi Volatilisasi Fotolysis Senyawa dalam Fase partikel Senyawa dalam Fase terlarut Desorpsi Sorpsi PengendapanResuspensi Pertukaran difusi Sedimentasi bersih Biodegradasi

4 Bentuk Senyawa Toxic Terdapat dalam bentuk terlarut dan partikel yang keduanya dapat berada di dalam kolom air atau di sedimen) Secara umum konsentrasinya dirumuskan sebagai berikut: –Dalam bentuk terlarut adalah c d’ (w T /l a ), w T = masa polutan dan l a = volume air. –Dalam bentuk partikel adalah c p (w T /l a+p ), w T masa polutan dan l a+p = volume air+partikel. –Rasio l a / l a+p = porositas (Φ)

5 Bentuk Senyawa Toxic Konsentrasi polutan total di air atau sedimen dirumuskan: c T = c d + Φ c’ d atau c T = c p + c d c d adalah polutan terlarut dikoreksi dengan porositas, dimana c d = Φ c’ d Φ = umumnya berkisar antara 0.7 – 0.8 c p = r m m = konsentrasi padatan (masa padat/volume total (bulk); r = konsentrasi polutan (µg/g bk)

6 Sorpsi-Desorpsi Mekanisme dapat digambarkan; Persamaan interaksinya dengan asumsi sifat kenetis liniear adalah Senyawa dalam Fase partikel Senyawa dalam Fase terlarut Desorpsi Sorpsi = k u mc’ d - Kc p dc p dt = - k u mc’ d + Kc p dc’ d dt Φ dimana; k u = laju sorpsi (l a /M s.T) K = laju desorpsi (1/T) = k u c’ d - Kr dr dt

7 Koefisien Partisi Menunjukkan tingkat keberadaan senyawa dalam fraksi terlarut dan partikel dalam suatu kesetimbangan. Dapat ditentukan berdasarkan data kisaran antara konsentrasi terlarut dengan konsentrasi- konsentrasi kedua komponen partikel dan terlarut dalam suatu kondisi setimbang.

8 Koefisien Partisi Ketentuan tersebut menghasilkan hubungan: Fase Terlarut, c’ d, (µg/l) Fase partikel, r, (µg/g)

9 Koefisien Partisi Dari grafik, koefisien partisi didifinisikan dari slop yang terbentuk yaitu: ¶’ = r c’ d = kuku K Dengan mempertimbangkan pengaruh porositas, persamaan menjadi ¶ = ¶’ Φ = r cdcd

10 Koefisien Partisi Selanjutnya hubungan c p dan c d dapat dirumuskan: c p = ¶ m c d Selanjutnya hubungan c T dan c d dapat dirumuskan: c T = (1 + ¶ m) c d atau c d = f d c T dimana,f d = (1 + ¶ m) -1 dan c p = f p c T dan ¶ m f p = (1 + ¶ m) jadi f p + f d = 1

11 Nilai Keof. Partisi SenyawaKoef. Partisi Logam Berat (Cd, Cu, Pb, Zn) Benzo(a)pyrene PCB Plutonium Methoxychlor10 4 Napthalene10 3 Tidak terdapat perbedaan sistematik dalam nilai ¶ pada logam-logam tesebut, Koefisien partisi bergantung pada konsentrasi padatan dan fraksi terlarut dapat dianggap konstan 0,8 ± 0,2

12 Koefisien Partisi Oktanol-Air Untuk senyawa organik, partisi senyawa terhadap sifat khusus kimia, biasanya dinyatakan dalam koefisien partisi oktanol-air dan daya larut kimia dalam air. Ditentukan berdasarkan distribusi senyawa kimia antara air dan oktanol dan Dinyatakan sebagai K ow Untuk beberapa sedimen, sorpsi kimia organik terdapat padatan sedimen adalah fungsi fraksi berat karbon organik di sedimen. Koefisien partisi karbon organik dinyatakan dengan ¶ oc (dengan satuan µg/g og C / µg/l)

13 Hubungan ¶ oc dan K ow Bersifat linier: ¶ oc = 0,617 K ow sehingga: ¶ = ¶ oc f oc dimana: f oc = fraksi berat karbon organik konsentrasi padatan total (dengan nilai 0,001 – 0,1) atau ¶ = 0,617 K oc f oc

14 Koefisien Komponen Reversible Terdapat pengaruh komponen resistant dan reversible untuk senyawa organik dan pengaruh konsentrasi padatan pada koefisien partisi. Koefisien komponen reversible mencerminkan koefisien partisi “exchangeable” yaitu: ¶ x = f oc ¶ x oc 1 + m f oc ¶ x oc /1,4 dimana ¶ x oc Koefisien partisi karbon organik exchangeable yang diperkirakan = K ow

15 Tingkah Laku Polutan Pendekatan “steady state” dengan asumsi: –Terjadi kondisipercampuran sempurna dalam kolom air. –Terjadi interaksi dengan satu lapisan sedimen. –Tidak memasukkan berapa lama pembersihan terjadi saat tidak ada beban external. Manfaat Pendekatan ini: –untuk menduga konsentrasi senyawa dengan pembuangan terus-menerus. –Atau untuk menduga konsentrasi maksimum dalam kolom air dan sedimen.

16 Keseimbangan Masa Partikel Tersuspensi Pendekatan awal yang sederhana untuk mempelajari tingkah laku absorbsi polutan ke bahan partikel tersuspensi. Rumus keseimbangannya: V dm dt = W m – Qm – v s Am + v u Am s dimana, m = konsentrasi padatan di air, m s = konsentrasi padatan di sedimen, W m = laju masukan padatan, v s = kecepatan rata-rata pengendapan partikel, v u = kecepatan resuspensi dan A = area permukaan kontak antara air dan sedimen.

17 Keseimbangan Masa Partikel Tersuspensi Rumus menunjukkan kesetimbangan antara: Masukan padatan external (W m ) dan internal karena resuspensi (v u Am s ). Hilangnya padatan karena transport keluar (Qm) dan pengendapan dari kolom air (v s Am). Laju perubahan padatan dalam air (V dm/dt).

18 Keseimbangan Masa Partikel Tersuspensi VsVs dm s dt = v s Am - v u Am s - v d Am s Notasi sama seperti rumus sebelumnya dan v d = kecepatan sedimentasi segmen permukaan sedimen Karena terjadi interaksi dengan sedimen, persamaan keseimbangan terjadi pada segmen sedimen dibawah kolom air: Rumus menunjukkan kesetimbangan fluks antara: Masukan padatan dari pengendapan (v s Am), hilang karena resuspensi (v u Am s )dan sedimentasi (v d Am s ). Laju perubahan padatan dalam sedimen (V dm/dt).

19 Jika diasumsikan konsentrasi padatan tetap, maka dm/dt dan dm s /dt = 0. Hal ini menghasilkan kondisi konsentrasi padatan dalam kolom air menjadi. Keseimbangan Masa Partikel Tersuspensi 0 = W m – Qm – v n Am dimana, v n = hilangnya padatan dari kolom air yang besarnya adalah v n = v s v d v u + v d

20 Jika vn dimasukkan dalam rumus konsentrasi padatan, akan diperoleh rumus loading area menjadi Keseimbangan Masa Partikel Tersuspensi m = W’ m q + v n dimana, W’ m = beban areal, q = rasio aliran terhadap luas pemukaan dan q = H tdtd dimana, H = kedalaman, t d = waktu detensi hidroulis

21 Contoh Kolom Air mengandung 100 mg/l TSS Tentukan fraksi polutan dalam partikel dan terlarut untuk a) PCB, ¶ = /kg dan b) napthalene ¶ = /kg

22 Jawaban Dari persamaan (f d ) PCB = (1 + ¶ m) -1 = [1+(10 5 kg -1.kg/10 3 g.100 mg/l.g/10 3 mg)] -1 = [1+10] -1 = 0,09 (f p ) PCB = 1 - (f d ) PCB = 0,91 (f d ) napth = (1 + ¶ m) -1 = [1+(10 3 kg -1.kg/10 3 g.100 mg/l.g/10 3 mg)] -1 = [1+0,1] -1 = 0,91 (f p ) PCB = 1 - (f d ) PCB = 0,09 Koef. Partisi tinggi menghasilkan PCB fraksi partikel tinggi, sebaliknya koef partisi rendah napthalene menhasilkan fraksi terlarut rendah.

23 Model Bahan Pencemar Pada suatu kolom dengan volume V, keseimbangan polutan total di kolom air, C T1 dan di sedimen C T2, dapat dirumuskan sbb: V1V1 dc T1 dt = W T – Qc T1 + K f A(f d2 c T2 /Φ 2 – f d1 c T1 ) - (K d1 f d1 )Vc T1 + k t A[(c g /H e – f d1 c T1 ) - v s Af p1 c T1 + v u Af p2 c T2 V2V2 dc T2 dt = – K f A(f d2 c T2 /Φ 2 – f d1 c T1 ) - (K d2 f d2 )Vc T2 + v s Af p1 c T1 - v u Af p2 c T2 - v d f p2 c T2

24 Keterangan Komponen Pada rumus keseimbangan di air: Komponen 1 = masukan polutan total. Komponen 2 = transport olutan keluar sistem dengan kecepatan aliran Q. Komponen 3 = pertukaran difusi polutan terlarut antara sedimen dan kolom air dengan laju difusi K f dan luasan permukaan A; Φ 1 = 1. Komponen 4 = degradasi (K d ) karena peluruhan mikroba, fotolisis, hidrolisis. Komponen 5 = pertukaran polutan udara-air karena penguapan atau masukan gas pada laju k 1, konsentrasi tekanan uap c g dan konstanta henry H e. Komponen 6 sd 7 = pengendapan polutan pada kecepatan v s dan resuspensi polutan pada kecepatan v u

25 Keterangan Komponen Pada rumus keseimbangan di sedimen: Komponen 1 = pertukaran difusi polutan terlarut antara kolom air dan sedimen dengan laju difusi K f dan luasan permukaan A; Φ 1 = 1. Komponen 2 = degradasi (K d ) di sedimen. Komponen 3 = sumber polutan ke sedimen dari proses pengendapan dari kolom air di atasnya. Komponen 4 = resuspensi polutan pada kecepatan v u Komponen 5 = hilangnya polutan karena sedimentasi dengan kecepatan v d.

26 Pada kondisi steady state: Model Bahan Pencemar C T1 = W’ T q + v T dimana, W’ T = laju beban polutan, q = rasio aliran terhadap luas pemukaan dan v T = laju hilangnya polutan bersih (net overall lose rate) dalam sediment-air, udara-air dan interaksi peluruhan.

27 Net Lose Rate v T = v Td + v Ts v Td = (K d1 H 1 + k 1 )f Ts dimana; v Td = polutan terlarut yang hilang dan; v Ts = polutan terlarut yang hilang ke sedimen v Ts = v n η’ [ 1 + ] m 2 (K d2 f d2 H 2 ) m 1 v n untuk K d2 > 0 dimana; η’ = v s f p1 + K f f d1 v s + f d2 (m 2 /m 1 )(K f + K d2 H 2 ) Jika K d2 = 0, v Ts = v n η’ dan jikav Ts

28 Jika K d2 = 0, v Ts = v n η’ dan jika v n = 0, v Ts = 0, maka diperoleh persamaan: r2r2 r1r1 = δ = (v u + v d )f p2 + K f (¶ 2 /¶ 1 )f Ts H 2 (v u + v d )f p2 + K f (f d2 /Φ 2 ) + K d2 f d2 H 2 Polutan total dalam sedimen pada volume menyeluruh besarnya adalah: c T2 = δ [ ] c T1 m 2 f p1 m 1 f p2 Hubungan r 2 dan c T1 dirumuskan r 2 = δ [ ] c T1 f p1 m1m1

29 Kasus Sungai Asumsi: (tidak berlaku aliran cepat) –Kondisi steady state –Sedimen dasar tidak bergerak (tetapi resuspensi) Jika terjadi adveksi sempurna, tanpa ada mixing dan dispersi, maka kondisi dapat digambarkan sebagai input posisi x = 0, laju padatan dan reaksinya konstan, debit Q dan kecepatan U.

30 Keseimbangan Padatan Jika parameter settling, resuspensi dan deposisi konstant, persamaan keseimbangan dalam air dan sedimen adalah: U dm 1 dx - m 1 vsvs H1H1 + m 2 vuvu H1H1 = 0 = v s m 1 - v u m 2 - v d m 2 dan

31 Persamaan padatan dalam kolom air: Keseimbangan Padatan U dm 1 dx - m 1 vnvn H1H1 =(x) dimana, v n = net solid yang hilang v n = v s v d v u + v d v n dimasukkan, penyelesaian persamaan di atas menjadi: m 1 = m 1 (0) exp vnvn UH 1 (x)

32 Keseimbangan Padatan Dimana, m 1 (0)= konsentrasi padatan jarak x = 0 (permulaan) Untuk net loss padatan ke dasar, s > u, Untuk tidak ada loss, s = u. Untuk sungai kecil v n = 0 dan padatan tersuspensi bersifat konservatif. Untuk sungai besar dan dalam, akan ada net deposisi dan v n > 0

33 Kondisi tertentu, peningkatan padatan bisa terjadi di bagian hilir tanpa ada inputan (krn erosi sedimen). Kondisi akan hasilkan v n < 0, dan peningkatan padatan secara exponensial dengan jarak. Jadi konsentrasi padatan di dasar dijadikan sebagai konstan spasial dalam persamaan kolom air, penyelesaian nilai konstanta spasial m 2 adalah: Keseimbangan Padatan m 1 = m 1 (0) exp vsvs UH 1 (x)1 - exp vsvs UH 1 (x)+ v u m 2 vsvs Jika m 1 (0) kecil, padatan mencapai steadi state pada jarak x = ∞ dan m 1 ( ∞ ) = v u m 2 vsvs

34 Model Bahan Pencemar Asumsi, sedimen stasioner, koef. Kenetis konstan, padatan tersuspensi konstant, maka konsentrasi total polutan dalam kolom air adalah: U dc T1 dx = K f A(f d2 c T2 /Φ 2 – f d1 c T1 ) - (K d1 f d1 )c T1 + k t A[(c g /H e – f d1 c T1 ) - v s Af p1 c T1 + v u Af p2 c T2 Untuk sedimen stasioner berada di bawah kolom air yang bergerak, maka persamaan keseimbangan adalah: 0 = K f A(f d2 c T2 /Φ 2 – f d1 c T1 ) - (K d2 f d2 )c T2 + v s Af p1 c T1 - v u Af p2 c T2 - v d Af p2 c T2

35 Model Bahan Pencemar Dalam persmaan diatas tidak terdapat turunan transport, U dc/dx, karena dasar sedimen diasumsikan tetap di tempat. Jika tidak ada konsentrasi polutan di hilir, maka polutan dalam air adalah: c T1 = exp vtvt H1H1 - x U WtWt Q dan polutan dalam sedimen sama dengan kondisi wilayah danau yaitu c T2 = δ [ ] c T1 m 2 f p1 m 1 f p2

36 Model Bahan Pencemar Rumus di atas menunjukkan bahwa pada setady state: Konsentrasi polutan dalam air dan sedimen menurun exponensial pada laju yang sama, v t / HU,dari sumber Perilaku sama terhadap perilaku kualitas air di sungai. Rasio konsentrasi polutan dalam sedimen terhadap air ditunjukkan pada rumus r 2 /r 1 di sebelumnya, dimana r2 (µg/gBK) adalah r 2 = δ exp f p1 m1m1 - WtWt Q vnvn UH 1 (x)

37 Penyederhanaan Logam Berat Net loss polutan dapat dirumuskan v T = v n f p1 r2r2 r1r1 atau v T = v n m r2r2 c T1 v n = net loss solid dari air ke sedimen Karena kondisi tidak ada resuspensi dan f p1 tidak berubah nyata (decay nol), maka = r2r2 r1r1 mv s + K f /¶ 2 m v s + KfKf ¶1m¶1m dan KfKf ¶1m¶1m = KfKf 1 f p1 - 1

38 Penyederhanaan Logam Berat Jika logam berat dengan koef partisi partikel, f p1 ~ 0,1, konsentrasi minimum TSS ~ 10 mg/l, maka diperkirakan mencerminkan semua koef partisi ~ atau > 10,000 kg -1, maka rasio r 2 /r 1 menjadi = r2r2 r1r1 B + m mKfKf ¶2vs¶2vs B = dimana karena f p1 m r 1 = c T1 = r2r2 B + m 1 f p1 Rasio menjadi

39 Atau rasio dapat ditulis menjadi: Penyederhanaan Logam Berat 1 ¶ m ∏ = B + m m dimana; ∏ = r 2 /c T1, koef partisi pengamatan antara sedimen dan air (hasil pengamatan lapang) Partisi merupakan fungsi konsentrasi padatan, koef partisi ¶ 1, dan Koef B, hubungan settling dan difusi sedimen.

40 Contoh Logam berat, ¶ 1 = 10 4 kg -1 ; analisis lapang diperoleh B berkisar antara 100 – 300 mg/l, untuk m = 10 mg/l, B = 200 mg/l dan ¶ 1 = 10 4 kg -1. maka diperoleh ∏ = mg -1, dan Net loss logam berat v T = v n

41 Kasus Estuari Asumsi: –Tidak ada gerakan dasar –Konsentrasi padatan konstant –Kondisi steady state Maka persamaan dasar differential: - U dc T1 dx + K f A(f d2 c T2 /Φ 2 – f d1 c T1 ) - (K d1 f d1 )c T1 + k t A[(c g /H e – f d1 c T1 ) + E d 2 c T1 dx 2 - v s Af p1 c T1 + v u Af p2 c T2 0 = Persamaan menunjukkan sebaran senyawa non konservative

42 Kasus Estuari Konsentrasi total polutan dalam air: c T1 = c T0 exp (j 1 x) x ≤ 0 = c T0 exp (j 2 x) x ≥ 0 dimana, c T0 = WTWT Q √ 1 + 4(v T /H 1 )E U2U2 j 1 = U 1 + √ 1 + 4(v T /H 1 )E U2U2 2E j2=j2= U 1 - √ 1 + 4(v T /H 1 )E U2U2 2E


Download ppt "Komponen Utama Analisis Bahan Toxic Secara Fisika- Kimiawi Materi Kuliah II & III MK Dinamika Senyawa Polutan ITK 622."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google