n pencelup tei(si'ileprints.usm.my/31361/1/soo_seng_poh.pdf · 2017-01-03 · 1.1.2...
TRANSCRIPT
PERANAN Al DAN JfcDALAM: rrANAll Gj\MBUT TEROLAIl ASID SULFURII{ SEBAGj\11\GEN
PENGGUIVIPAL D1-\LATVI PERA \VATAN LARUT f\N PENCELUP TEI(SI'IL
olch
SOO SENG POR
Tcsis diserahkan untuk Inclncnuhi sebahagian kcperluan bagi
ljazah Sal~jana Sains
Jut1uari t99R
Untuk Ibu kesayanganku
PENGHARGAAN
Kajian ini dapat dilcngkapkan melalui bantuan dan dorongan banyak pihak.
Banyak nasiha~ panduan, dorongan, bantuan dan kerjasama yang saya perolehi daripada,
mereka selama kim-kifa tiga tahun ini. Tanpa mereka, adalah must1hil sekali bagi saya
menghabiskan kajian dan seterusnya menulis tesis ini.
Dcngan ini, saya ingin mengambil kesempatan di sini untuk merakamkan
penghargaan kepada pihak-pihak yang tertibat, khususnya Prof Madya Mohd. Asri Mohd.
Nawi, se1aku pcnyclia utama saya. Tcrima kasih ke atas segala nml1hal dan tunjuk ajar
yang beliau bcrikan kepada saya sclama jni. Tidak lupa juga, saya ingin mcngucapkan
terima kasi11 kcpada penyelia bcrsama saya, Dr. Md. Sam Ibrahim yang juga telah banyak·
memberi panduan kcpada saya.
Saya juga hendak mcnyampaikan ribuall (erima k<lsih kcpada Pusat Pengajian
Sa1118 Kimia ke a1as sokongan yang dibcrlkan. Jasa balk daripada pcmbantu-pembantu
makmal juga saya akan kenangi selama-lamanya. Mereka ini termasuk Encik Ong Chin
H\vic, Enelk A Marimuthu, Eneik Aw Yeong Cheok Hoc, Eneik Oon Liang Guan, Encik
Hashim Otlmlan dan Encik Arrifin yang te1ah banyak membantu saya da]am kctiian ini.
Saya ingin juga mcngueapkan ribuan terima kasjh kep<1da pcg<1w<1i-pcgawcti dan rctkan
rakan yang telah mcnotong sceara Jangsung atctU tidctk langsung.
Akhir sckali, saya amat terhutang budi kepctda ke1uarga sJYa yang sentiasa
memberi sokongan dan dorongan kcpada saya.
KANDUNGAN
mukasurat
Muka Surat Judul 1
Penghargaan 11
Kandlll1gan 111
Senarai Jadual xu
Senarai Rajah XlV
Senarai Singkatan Nama
Abstrak (Versi Bahasa Malaysia) xxi
Abstract (Versi Bahasa InggcJis) xxiii
1.0 PENGENALAN 1
1.1 Tanah Gambut 1
1.1.1 Takrifan Tanah Gambut 1
1.1.2 Pembentukan Tanah Gambut dan Pengelasannya 2
1.1.3 Komposisi Kimja Dalam Tanah Gambut 3
1.1.4 Tanali Gambut Di Malaysia 4
1.1.5 Kegnnaan T anah Gambut 7
1.2 Perawatan Air Buangan Dengan Kaedah Penjerapan 8
1.2.1 Keseimbangan Penjerapan 9
1.2.2 Persamaan Isotcrma 9
1.2.2.1 Isoterma Freundlich 10
iii
f; ~~
"/;..
~ 1.2.2.2 Isotenna Langmuir 10
1.3 Perawal:an Air Buangan Dengau Kaedah Penggumpalau 12
1.3.1 Proses Penggumpalau 12
1.3 .1.1 Definasi Penggumpalan 12
1.3.1.2 Mekanisme Penggumpalan 15
t~ 1.3.1.3 Daya-daya Penstabilan 16
:.,..-.
1.3.1.4 Daya-daya Penyahstabilan 23
1.3.1.5 Jenis-jenis Bahan Penggumpal 32
1.3.1.6 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Penggumpalan 37
1.3.2 Penggumpalan Warna 41
1.4 Masalah Pencemaran Perindustrian Tekstil 42
1. 5 Penggunaaan Pencelup Dalam Perindustrian Tekstil 43
1.5.1 Pencelup 46
1.5.1.1 Takrifan Peneelup dan Ciri-eiri Kimianya 46
1. 5.1. 2 Pellgelasan Pence1up 47
1.6 Perawatan Air Buangan Perindustrian Tekstil 51
1.7 Objektif Penyelidikan 52
2.0 :METODOLOGI 55
2.1 Bahan Kajian dan Reagen-reagen 55
J 2.1.1 Tanah Gambut Tempatan 55
2.1.2 Pencelup 55
2.1.3 Penjerap-penjerap 56
2.1.4 Penggumpal-penggumpal 56
2.1.4.110% Alum 58
2.1.4.210%PAC 58
it· .
I: 2.1.5 7e
Bahan-bahan Kimia Yang Lain 58 ~
f 2.2 Peralatan 58
v
f :h~ .
2.3.4.5 Kesan Masa Pegun (Standing Timc) 66
2.3.4.6 Kajian Isotclma Keseimbangan 67
2.3.5 Perawatan Larutan Pencelup Dengan 11 % BTGT A 67
2.3.6 Pengasingan 11% BTGT A 69
2.3.6.1 Perawat:1n L1rut:1n Pencelup Dengan Hasil-hasil Pengasingan 11% BTGT A 70
2.3.7 Pencirian Komposisi Kimia Dalam Penggmnpal Tanah Gambut 70 ~
I ---,
2.3.7.1 Penulenan Sampel 71 " ,
~k 2.3.7.2 EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) 71
2.3.7.3 Kaedah CHN 72
2.3.7.4 Kaedah Spektroskopi Infrarnerah (JR.) 72
2.3.7.5 Penentuan Kandungan Aluminium, Ferum dan SuIfat Dalam Penggumpal Tanah Gambut 72
2.3.8 Penentuan Kepekatan Ai dan Fe 73 -
t 2.3.8.1 Kaedah Etichrome Cyanine R (ECR) 73
" ~-i-_
~:
2.3.8.2 Kaedah Spektroskopi Penyerapan Atom (AAS) 74
2.3.8.3 Kaedah Spektrofluorimetri 74
2.3.8.4 Kaedah Fenantrolina 75
2.3.9 Analisis Bahan AktifDalam Penggumpal Tanah Gambut Semasa Perawatan Pencelup 75
2.3.10 Penentuan Parameter Optimum Pengekstrakan A1 Dan Fe Daripada Tanah Gambut 76
2.3.10.1 Pengekstrakan Ion Logam Tanpa Refluks 77
2.3.10.2 Kesan Kepekatan Asid Sulfurik 77
2.3.10.3 Kesan Masa Pengrefluksan 79
2.3.10.4 Kesan Masa Pembakaran 79
2.3.10.5 Kesan Suhu Pembakaran 79
ui
;-
2.3.10.6 Kesan Medium Gas Semasa Pengrelluksan
2.3.10.7 Kawalan
2.3.11 Kajian Beberapa Parameter Optimum Dalam Proses Penggumpalan Dengan Penggumpal Tanah Gambut
2.3.11.1 Penyediaan Sampel Penggumpal Tanah Gambut
2.3.11.2 pH
2.3.11.3 Dos Penggumpal
2.3.11.4 Masa Penggaulan
2.3.11.5 MasaPegun
2.3.11.6 Kepekatan Pence1up
2.3.12 Perbandingan Keberkesanan Penggumpal Tanall Gambut Dalam Merawat Pencelup-pencelup Tekstil Yang Berbeza
2.3.13 Perbandingan Kecekapan Penggumpal Tanah Gambut Dalam Merawat Pencelup Dengan Penggumpal-penggumpal Konvensional
2.3.13.1 Kajian pH Optimum Bagi Alum Dan PAC
2.3.13.2 Penilaian Kecekapan Penggumpal-penggumpal Dalam Merawat Vat Green CI 1, Disperse Blue
80
81
82
82
83
83
84
84
85
85
86
86
CI 56 Dan Reactive Blue CI 19 87
2.3.14 Analisis Baki Logam Yang Tertinggal Dalam Hasil Terolah 87
3.0 PENGOLAHAN PENCELUP VAT DENGAN T ANAH GAMBUT TEROLAH ASID : KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 89
3.1 Kajian Tindakan Tanah Gambut Mentah Dan Beberapa Penjerap Yang Lain Terhadap Perawatan Larutan Pence1up Vat 90
3.2 Analisis Tanah 108
~" ~:
;;
~-~
" ;
3.3
3.4
3.5
Kajian Tindakan Tanah Gambut Terolah Asid Terhadap Lamtan Pencelup Vat
3.3.1 KesanpH
3.3.2 Kesan Jisim TGT A
3.3.3 Kesan Masa Penggaulan
3.3.4 Kesan masa Pegun
3.3.5 Kajian Isotenna Keseimbangan
Perawatan Lamtan Pencelup Dengan 11 % BTGT A
Pengasingan 11 % BTGTA
3.5.1 Perawatan Lamtan Pencelup Dengan Hasil-hasil Pengasingan Lamtan 11 % TGT A
3.6 Rumusan
4.0 PENCIIUAN DAN PENGEKSTRAKAN BAl-IAN AKTJF DALAM TANAH GAMBUT TEROLAH ASID : KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
4.1 Pencirian Komposisi Kimia Dalam Penggumpal Tanah Gambut (pTG)
4.1.1 Analisis EDS (Energy Dispersive Spectroscopy)
4.1.2 Analisis CHN
4.1.3 Analisis IR
4.1.4 Kepekatan AI dan Fe Dalam Luutan PTG
4.2 Al Sebagai Bahan AktifDaJam Tanah Gambut Semasa Perawatan Pencelup
viii
114
115
115
119
121
123
130
136
136
140
142
142
143
143
144
145
152
r "'
<i,' .
f,:' ; ~
~} ~
~. ~~.
i ¥ ~
,,~-'
""
4.3
4.4
Penentuan Parameter Optimum Pengekstrakan AI Dan Fe Daripada Tanah Gambut
4.3.1 Kesan Refluks
4.3.2 Kesan Kepekatan Asid Sulfurik
4.3.3 Kesan Masa Refluks
4.3.4 Kesan Masa Pembakaran
4.3.5 Kesan Slim Pembakaran
4.3.6 Kesan Refluks Dalam Atmosfera Yang Berbeza
4.3.7 Perbandingatl Kuantiti Penggumpal Yang Diperolehi " Daripada Tanah Gambut GunungJerai Dan Batu Pallat
Rumusan
5.0 APLIKASI BAHAN EKSTRAK SEBAGAI BAHAN PENGGU1v1P AL BEBERAP A PENCELUP TEKSTIL : KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
5.1 Kesan pH Ke Atas Proses Penggumpalan
5.2 Keaan Masa Penggaulan Optimum
5.3 Kesan Masa Pegun Optimum
5.4 Kesan Dos Bahan Penggumpal
5.5 Kesau Kepekatan Pencelup
5.6 Perbandingan Keberkesanan PTG Dalam Merawat Penceluppencelup Tekstil Yang Berbeza
5.7 Penilaian Kecekapan Penggurnpal-penggumpal Dalam Merawat Vat Green CI 1, Disperse Blue CI 56 Dan Reactive Blue CI 19
ix
154
158
159
162
163
170
173
176
180
182
183
184
188
189
194
195
200
5.7.1 Perbandingan Kepekatan AI(lli) Dan Ferum (IT) Yang I-Iadir DaJam Larutan PTG Dengan Alum Dan PAC 200
5.7.2 Perbandingan Kecekapan Penggumpal Tanah Gambut (PTG), 204 PAC dan Alum Dalam Merawat Pencelup-pencelup
5.8 Analisis Baki Logam Yang Tertinggal DaJam Hasil Terolah 211
5.9 Rumusan 214
6.0 KESTh1PULAN 216
7.0 BIBUOGRAFI 221
8.0 LAMPill.AN-LA1vWill.AN 22&
A Spektrnm temampak bagi larutan akueus bahan pence1up 228 tekstil (a) Larutan 60 ppm Disperse Blue CI 56 (b) Larutan 60 ppm Vat Green CI 1
B Spektrum ternampak bagi larutan akueus bahan pencelup 229 tekstil (a) Larutan 60 ppm Reactive Blue CI 19 (b) Larutan 60 ppm Vat Blue CI 14
C Keluk Penentukuran bagi Disperse Blue CI 56, Vat Green 230 CI 1, Vat Blue CI 14 dan Reactive Blue CI 19 yang diukur pada keserapan maksimum masing-masing dengan spektrofotometer ultra ungu temampak.
D Pekali Korelasi Isoterma Langmuir Bagi Tanah Gambut 231 Mentah Gunung Jerai semasa merawat Vat Green CI 1
E Pekali Korelasi Isotenna Langmuir Bagi Tanah Gambut 232 Mentah Gunung Jerai semasa merawat Vat Blue CI 14
F Pekali Korelasi Isoterma Langmuir Bagi Karbon 233 Diaktifkan semasa merawat Vat Green CI 1
G Pekali Korelasi Isotelma Langmuir Bagi Karbon 234 Diaktifkan semasa merawat Vat Blue CI 14
x
, ..
;.:."'. "'
.:.-'
~l
H
I
J
K
L
M
N
o
p
Q
R
s
T
u
Pekali Korclasi Isotenna Langmuir Bagi Arang Penyahwamaan semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Korelasi Isotenna Langmuir Bagi Arang Penyahwamaan semasa merawat Vat Blue CI 14
Pekali Korelasi Isotelma Langmuir Bagi TOT A semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Korelasi Isotenna Langmuir Bagi TGT A semasa merawat Vat Blue CI 14
Pekali Korelasi Isotenna Frelmdlich Bagi Tanah Gambut Mentah Gunung J erai semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Korelasi Isotenna Freundlich Bagi Tanah Gambut Mentah Gunung Jerai semasa merawat Vat Blue CI 14
Pekali Korelasi Isotenna Freundlich Bagi Karbon Diaktifkan semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Kore1asi Isotenna Freundlich Bagi Karbon Diaktifkan semasa merawat Vat Blue CI 14
Pekali Korelasi Isotenna Freundlich Bagi Arang Penyahwamaan semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Korelasi Isotenna Freundlich Bagi Arang Penyahwamaan semasa merawat Vat Blue CI 14
Pekali Kore1asi Isotenna Freundlich Bagi TGT A semasa merawat Vat Green CI 1
Pekali Korelasi Isotenna Freundlich Bagi TGT A semasa merawat Vat Blue CI 14
Spektrum EDS Dalam Mengancdisa Unsur-unsur DalamPTG
Keputusan Analisis Kuantitatli EDS
Xl
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
SENARAI JADUAL
Taburan keluasan kawasan tanah gambut mengikut negeri di Malaysia
Kesan saiz zarah terhadap masa endapan
Penggumpal-penggumpal takorganik
Kuantiti hasil buangan daripada pelbagai proses tekstil
Senarai peralatan yang digunakan dalam kajian ini
Nilai-nilai parameter dan pemalar isotenna penjerapan Langmuir bagi penjerapan Vat Green CI 1 (Kepekatan awal = 100 ppm) dan Vat Blue CI 14 (Kepekatan awal = 100 ppm) dengan menggunakan tanah gambut mentah Gunung J erai, karbon diaktifkan dan arang penyahwarnaan
Nilai-nilai bagi parameter dan pemalar isotenna per*rapan Freundlich bagi penjerapan Vat Blue CI 14 (Kepekatan awal = 100 ppm ) dan Vat Green CI 1 (Kepekatan awal = 100 ppm ) dengan menggunakan tanah gambut mentah Gunung Jerai, karbon diaktifkan dan arang penyahwarnaan
Pekali kolerasi Bagi Model Isotenna Langmuir untuk pencelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 semasa diolah dengan penjerap-penjerap yang berbeza
Pekali kolerasi Bagi Model Iso1enna Freundlich untuk pcncelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 semasa diulah dengan penjerap-penjerap yang berbeza
Kandungan abu serta logam dan organik bagi tanah gam but Gunung Jerai dan BanI Pahat
Analisis unsur Ivlineral Tanah Gambut Gunung Jerai dan Batu Pahat
Nilai-nilai bagi parameter dan pemalar isotenna penjerapan Langmuir Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 (kepekatall awa! = 700 ppm) dengan menggunakan TGT A
Xtl
5
14;
33
44
59
104
105
106
107
109
113
127
f.·.·
'-·"·,..··· .''':-.'
l .. _ .
3.8
3.9
3.10
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Nilai-nilai bagi parameter dan pemalar isoterma penJerapan Freundlich Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 (kepekatan awal = 100 - 1000 ppm) dengan menggunakan TGT A
Pekali kolerasi Bagi Model Isotelma Langmuir dan Freundlich untuk pencelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 semasa diolah dengan TGTA
Penyukatan jisim !anah yang terkandung dalam setiap 0.5 rn1 11 % BTGTA
Analsis kuantitatif logam-logam dan sulfat yang hadir di dalam 0.1013 g garam PTG dalam 1 liter air suling
Analisis kepekatan AI dan Fe yang hadir di dalam PTG (Batu Pahat) dan PTG (Gunung Jerai) yang disediakan dengan mengadukan 15.00 g TGTA dalam 50 rn1 air suling.
Kepekatan AI dan Fe yang wujud dalam 109 tanah kering PTG (Gunung Jerai) dan PTG (Batu Pahat) dalam satu liter air suling
Kepekatan AI dan Fe dalam ekstrak AI dan ekstrak Fe
Perbandingan peratusan AI dan Fe yang diekstrak dengan kaedah yang berbeza
Perbandingan peratusan logam yang dapat diekstrak daripada tanah gambut Gunung Jerai dan Batu Pahat
Analisis kepekatan AI yang hadir di dalam PTG (Batu Pahat), PTG (Gunung Jerai), Alum (10%) dan PAC (10%) dengan menggunakan kaedah ECR, AAS dan Fluorometri
Analisis peratusan AI dan Fe yang wujud dalam PTG (Batu Pahat), PTG (Gunung Jerai), Alum (10%) dan PAC (10%)
Perbandingan kecekapan penggumpal-penggumpal dengan kepekatan. asal merawat pencelup-pcnce1up
KepekataIi logam-loganl dalam hasil terolah penggumpalpengumpal yang berbeza
Kepekatan logam da1anl hasil terolah PTG Gunung Jerai selepas pH diubahkan kepada 6-7
xiii
128
129
135
149
150
151
153
157
179
202
203
210
212
213
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
l.8
1.9
1.10
l.11
2.1
2.2 )
3.1
SENARAI RAJAH
Peta I\1alaysia menunjukkan taburan tanah gambut
Penggambaran bagi lapis an berganda elektrik
Taburan keupayaan sebagai fungsi bagi jarak dari pemmkaan zarah
Penggambaran bagi polimer partiang yang tetjerap atas zarah
Dua jenis interaksi penolakan yang mungkin bagi zarah-zarah hasilan sterik
Keupayaan interaksi dinyatakan sebagai fungsi bagi jarak pemisahan antara zarah-zarah dalam satu larutan yang kekuatan ion rendah
Penyingkiran tenaga pengaktifan disebabkan oleh pengurangan keupayaan penolakan melalui penambahan kekuatan ion lammn
Pemadatan ketebalan lapis an berganda zarah-zarah disebabkan oleh kehadiran penggumpal
Taburan jenis-jenis spesies Aluminium pada pH yang berbeza
Proses penitian polimer dalam penyahstabilan zarah koloid (a) Gumpalan besar terbentuk daripada penitian polimer (b) Penstabilan semula zarah-zarah akibat polimer yang berlebihan
Struktnr kimia bagi pelbagai jenis polimer yang terlarut air
Struktw'-struktur kimia bagi pencdup yang digunakan dalam kajian
Susunan radas eksperimen
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 100 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH berbeza-beza selama 30 minit dengan penjerap-penjerap yang berbeza (7 g tanah gambut mentah Gunung Jerai, 0.5 g karbon diaktifkan dan 1 g arang penyahwamaan) dan diberi mas a peg1Ul 15 minit
xiv
6
18
19
21
22
24
26
27
30
31
36
57
78
92
•...... i.;;."~ f;{ 3.2
~
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7 -:>:
3.8
3.9
3.10
3.11
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 50 m1 100 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingall per minit pada pH berbeza (pH 2 untuk karbon diaktifkan dan arang penyahwamaan sementara pH 3.2 untuk tanah gambut mentah Gunung Jerai) selama 30 minit dcnganjisim penjerap yang berbeza dan diberi masa pegun 15 minit
K~jian ke atas peratusan pengambilan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 m1100 ppm pencelup dengan keIajuan 120 pusingan per minit pada pH berbeza (pH 2 untuk karbon diaktifkan dan arang penyahwamaan sementara pH 3.2 untuk tanah gambut mentah Gunung Jerai) selama 30 minit dengan jisim penjerap yang berbeza dan diberi masa pegun 15 minit
Isoterma Langmuir bagi penjerapan pencelup Vat Blue CI 14 dan Vat Green CI 1 (kepekatan awal = 100 ppm) dengan menggunakan tanah gambut mentah
Isoterma Langmuir bagi penjerapan pencelup Vat Blue CI 14 dan Vat Green CI 1 (kepekatan awaI = 100 ppm) dengan menggunakan karbon diaktiikan
Isoterma Langmuir bagi penjerapan pencelup Vat Blue CI 14 dan Vat Green CI 1 (kepekatan awal = 100 ppm) dengan menggunakan arang penyahwamaan
Isotl.':lma Freundlich bagi pelyerapan pencelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 (kepekatan awal = 100 ppm) dengan mcnggunakan tanah gambut mentah
Isoterma Freundlich bagi penjerapan pencelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 (kepekatan awal = 100 ppm) dengan menggunakan karbon diaktifican
Isoterma Freundlich bagi penjerapan pencelup Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 (kepekatan awal = 100 ppm) dengan menggunakan arang penyahwamaan
Interaksi antara permukaan selut yang bercas negatif dan sebatian organik kation polivalen : (A) anion bergabung secara langsung dengan kation dan (B) anion bergabung dengan kation melalui titian molckul air
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 m1 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH berbeza-beza selama 30 minit dengan 10 mg TGTA dan diberi masa pegun 15 minit
xv
93
94
98
99
100
101
102
103
112
117
3.12
3.13
3.14
;' 3.15 , i
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
Kajian ke alas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 200 ppm penceIup pada pH 4.5 dengan kelajuml 120 pusingan per rninit selama 30 minit denganjisim TGTA yang berbeza dan diberi masa pegun 15 minit
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 pada selang mas a yang berbeza dengan 10 mg TGT A tanpa masa pegun.
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 selama 5 minit dengan 10 mg TGT A dan pada masa-masa pegun yang berbeza.
Isoterma Langmuir bagi penjerapan pencelup Vat Blue CI 14 dan Vat Green CI l(kepekatan awal = 100 - 1000 ppm) dengan menggunakan TGT A
Isotelma Freundlich bagi penjerapan pencelup Vat, Blue CI 14 dan Vat Green CI l(kepekatan awal = 100 - 1000 ppm) dengan menggunakan TGT A
K,~jian pH optimum bag; Vat ('-«cen CT 1 (200 ppm) dan Vat Blue CI 14 (200 ppm) dengan menambahkall 0.35 ml11% BTGTA ke dalam 50 m1 larutan pencelup dengan masa penggoncangan selama 30 minit ( kelajuan 120 pusingan per minit) dan diberi masa pegun selama 15 minit pada pH yang berbeza
Pengolahan 50 ml Vat Blue CI 14 (200 ppm), Vat Green CI 1 (200 ppm) dan Reactive Blue CI 19 (100 ppm) dengan 11% BTGT A Gunung Jerai yang digoncang selama 30 minit dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 dan selepas itu diberikan mas a pegun se1ama 15 minit
K,tiian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 100 ppm pencelup dengan keIajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 se1ama 30 minit dengan jisim pepejal TGTA (pecahan 11% BTGTA) yang berbeza dan diberi masa pegun 15 minit
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dan Vat Blue CI 14 dengan menggoncangkan 50 ml 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 selama 30 minit dengan isipadu PTG (pecahan 11 % BTGT A) yang berbeza dan diberi mas a pegun 15 minit
xvi
118
120
122
125
126
133
134
138
139
f" 
4.11
4.12
4.13
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Perbandingan peratus Al yang diperolehi dengan mereflukskan tanah gam but Gunung Jerai selama 2 jam dengan ].R M asid sulfUlik dalam atmosfera CO2 , N2 dan udara, yang kemudiannya dibakar mengikut ma'la pcmbakaran yang berbeza pada 380°C.
Perbandingan peratus Al yang diperolehi dengan mereflukskan tanah gambut Gunung Jerai dan Batu Pahat se1ama 2 jam dengan 1.8 M asid sulfurik dalam atmosfera CO2, yang kemudiannya dibakar mengikut masa pembakaran yang berbeza pada 380°C
Perbandingan peratus Fe ya!1g diperolehi dengan mereflukskan tanah gambut Gunung Jerai dan Batu Pahat selama 2 jam dengan 1.8 M asid sulfurik dalam atmosfera CO2, yang kemudiannya dibakar mengikut masa pembakaran yang berbeza pada 380°C
Kajian ke atasperatusan pengambilan Disperse Blue CI 56 dan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 25 m1 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH berbeza-beza selama 30 minit dengan 0.7 ml 300ppm AI PTG Gunung Jerai untuk Disperse Blue cr 56 dan 1.0 m1 300ppm AI PTG Gunung Jerai untuk Vat Green CI 1 dan diberi masa pegun 15 minit Kajian ke atas peratusan pengambilan Disperse Blue CI 56 dan Vat GreenCr 1 dengan menggoncangkan 25 m1 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 dengan 0.7 ml 300ppm At PTG Gunung Jerai llntuk Disperse Blue CI 56 dan 1.0 ml 300ppm AI PTG Gunung Jerai untuk Vat Green CI 1 mengikllt masa penggaulan yang berbeza tanpa masa pegun
Kajian ke atas peratusan pengambilan Disperse Blue CI 56 dan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 25 m! 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 dengan 0.6 ml 300ppm .AI PTG Gunung Jerai untuk Disperse Blue CI 56 dan 0.85 ml 300ppm AI PTG Gunung Jerai untuk Vat Green CI se1ama 30 minit dengan masa pegun yang berbcza
Kajian ke atas peratusan pengambilan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 25 ml 200 ppm pencelup dengan keJajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 dengan 0.85 ml PTG Gunung Jerai ( 300ppm Al ) selama 35 minit dengan masa pegun yang bcrbcza
Kajian ke atas peratusan pengambilan Disperse Blue CI 56 dan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 25 mI 200 ppm pencelup dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 selama 30 rninit mengikut dos PTG Gunung Jerai (300ppm AI) yang berbeza dan diberi masa pegtm selama 15 minit
xviii
175
177
178
186
187
190
191
193
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
Kajian kc atas peratusan pcngambilan Disperse Blue CI 56 dan Vat Green CI 1 dengan menggoncangkan 25 m! pencelup yang berkepekatan berlainan dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 dengan 0.8 m1300ppm Al PTG Gunung Jerai untuk Disperse Blue CI 56 dan 1.0 ml 300 ppm Al PTG Gunung Jcrai untuk Vat Green CI 1 selama 30 minit dan diberi masa pegun selama 15 minit
Perbandingan keberkesanan PTG Gunung Jerai dalam merawat pencelup-pecelup berlainan dengan menggoncangkan 25 m1 pencelup berkepekatan 209 ppm (kecuali kepekatan Reactive Blue CI 14 = 100 ppm) dengan kelajuan 120 pusingan per minit pada pH 4.5 . dengan dos PTG (30Oppm Al) yang berbeza selama 30 minit dan diberi masa pegun selama 15 minit
Kajian ke atas pH optimum bagi alum dan PAC dengan menambahkan 1.00 mt PAC (dan kemudian Alum) dengan kepekatan 300 ppm Al ke dalam 25 m1 200 ppm Vat Green CI 1 pada pH yang berbeza dan digaulkan selama 30 minit dengan kelajuan 120 pusingan per minit dan diberi masa pegun selama 15 minit
Perbandingan dos pcnggumpal yang diperlukan untuk merawat 400 ml 100 ppm Resolin Blue CI 56 dengan penggumpalpenggumpal berbeza pada pH 4.5 dengan keJajuan awa) J 20 pusingan per minit selama 5 minit diikuti dengan kelajuan 50 pusingan per minit selama 25 minit
Perbandingan dos penggumpal yang diperlukan untuk merawat 400 mIl 00 ppm Vat Green CI I dcngan pcnggumpal-pcnggumpal berbeza pada pH 4.5 dengan kel~juan awal 120 pusingan per minit selama 5 minit diikuti dengan kelajuan 50 pusing<1n per minit selama 25 minit
Perbandingan dos penggumpal yang diperlukan untuk merawat 400 m1 100 ppm Reactive Blue CI 19 dengan penggumpalpenggumpal berbeza pada pH 4.5 dengan kelajuan awal 120 pusingan per mini! selama 5 minit diikuti dengan kelajuan 50 pusingan per minit selama 25 minit
xix
196
199
205
206
207
208
SENARAI SINGKATAN NAMA
TGTA Tanah Gambut TcroJah Asid
BTGTA Buburan Tanah Gambut Terolah Asid
PTG Penggumpal T anah Gambut
PAC Polialumnium Klorida
IR Inframerah
AAS Spektroskopi Penyerapan Atom
EDS Energy Dispersive Spectroscopy
EeR Erichrome Cyanine R
ABSTRAK
T anah gam but merupakan tanah organik yang terhasil daripada pengumpulan
bahan-bahan tumbuhan yang mengalami p'enguraian separa. Sifatnya yang berkutub dan
berliang menjadikannya bahan penjerap yang berpotensi. Salah satu pengubahsuaian
kirnia yang dilakukan adalah pengolahan tanah garnbut dengan asid sulfurik supaya
keberkesanan penjerapannya dapat ditingkatkan. Kajian ini telah mertialankan pengolahan
asid sulfurik ke atas dua jenis tanah gambut tempatan daripada Gunung Jerai, Kedah dan
Batu Pahat, Johor untuk melihat keberkesanannya bagi tujuan pengolahan larutan
pencelup tekstil.
Kajian isoterrna penjerapan mcnggunakan tanah gambut terolah asid (TGTA)
memberikan graf-graflinear dcngan mualan pertierapan yang terlalu tinggi iaitu 1111.11
mglg untuk Vat Blue CI 14 dan 909.09 mglg untuk Vat Green CI 1. Nilai-nilai ini
dianggap Iuar biasa dan tidak mungkin diasaskan semata-mata olch proses pertierapan.
Analisis tanah seterusnya menunjukkan bahawa kedua-dua jenis tanah gambut
mengandungi peratusan AI dan Fe yang tinggi, iaitu 6.96 % AI dan 1.28 % Fe di dalam
tanah gambut Gunung Jerai semen1:.:1ra 3.34 % Al dan 0.45 % Fe terdapat cii dalam tanah
garnbut Batu Pahat. ,Maklumat ini serta keputusan bahawa bahan aktif yang
menyahwarnakan larut~1n pencelup sebenarnya datang daripada larutan akueus tanah
gam but (Penggumpal Tanah Gambut atau PTG) membuktikan bahawa mekanisme
dominan pengolahan larutan pencelup sebenamya bukan penjerapan tetapi
penggumpalan. Bahan penggumpal ini juga tclah dikenalpasti sebagai Ah(S04)3 terhidrat.
xxi
Keatlaan optimum untuk mengeluarkan AI dan Fe tlaripada tanah gambut.
dipero1ehi dengan merellukskan t~mah gambut dengan 1. 8 M asid sulfurik seIama 1 jam
dan hasil pengrefluksan ini dikeringkan dalam ketuhar selama 3 jam pada 350°C. Kajian
juga mendapati bahawa dengan kaedah ini sebanyak 32.03 % AI dan 68.89 % Fe
(daripada jumlah logam) telah berjaya dikeluarkan daripada 1anah gambut Batu Pahat
semenL1ra 72.41 % AI dan 82.03 % .f:e (datipada jumlah logam) dapat dikeluarkan
daripada tanah gambut Gunung Jerai.
Pengambilan pencelup oteh PTG didapati paling berkesan berlaku pada pH 4.5
dan se1epas digoncang selama 30 minit. Perbandingankeupayaan Jamtan penggumpal
tanah gambut dengan alum dan PAC yang dilakukan menunjukkan bahawa walaupun
larutan penggumpal tanah gambut (PTG) mempunyai kepekatan AI yang lebill rendah
daripada PAC, keupayaannya untuk merawat larutan pencelup Vat dan Disperse adalah
seumtling dengan PAC. PTG didapati hanya baik merawat pencelup-pencelup yang
kurang tedamt dalam air seperti pencelup vat dan sebaran tetapi kurang baik merawat
pencelup yang terlarut daJam air seperti reaktif dan hanya dapat mcncapai kira-kira 50%
penyahwamaan.
Kajian ini telah membuktikan bahawa TGTA ticLlk semestinya bertindak sebagai
penjerap seperti yang dilaporkan dalam kajian-kajian lain. Peranan Al dan Fe di clalanl
tanah gambut perlu diambil kira sckiranya bahan ini ha(Jir ci;.lbm amaun yang ketara.
Dalam keadaan ini,mekanisme penggumpalan mungkin lebih dominan daripada
peluerapan clalam perawatan air buangan.
xxii
The Role of Al and Fe in Sulfuric Acid Treated Peat As Coagulating Agents In The Treatment Of Textile Dyes Solution
ABSTRACT
Peat is an organic soil which is. fonned from the accumulation of partially
decomposed plant matelials. Peat is always considered as a potential adsorbent due to its
polar and porous characteristics. One of the chemical modifications nonnally done in
order to improve its adsorptiVe properties is sulfuric acid treatmcnt. This research had
used two local sulfuric acid treated peats from Gunung Jerai, Kedah and Batu Pallat,
Johor to study their effectiveness in treating textile dye solutions.
, Adsorption isothenn studies of acid treated peat which gave linear graphs had
shown that the adsorption capacity for Vat Blue CI 14 and Vat Green CI 1 were
respectively 1111.11 mg/g and 909.09 mg/g. These values were however considered too
high to be solely based on adsorption process. Analysis of soil showed that both types of
peat soils had a high content of Ai and Fe, specifically 6.96 % AI and 1.28 % Fe for
Gunung Jerai peat soil and 3.34 % AI and 0.45 % Fe for Batu Pahat soil. It was also
proven that the active component, which decolorized the dye solution actually came from
the aqueous part of the acid treated peat solution, which was later discovered to be
Alz(S04h hydrated. Thus the dominant factor in the removal of dyes was due to
coagulation by aluminium but not adsorption.
The optimum conditions to leach out AI and Fe from peat soils was VIa
refluxing of peat soils in 1.8 M sulfutic acid for one hour followed by 3 hours of drying
in the furnace at 350°C. Via this method as much as 32.03% At and 68.89% Fe (from
total metal) could be obtained from Batu Pahat peat soil while 72.41% and 82.03% Fe
(from tot.l1 metal) had leached out from the Gunung Jerai peat soil.
It was also found that textile dyes were best taken up bc peat solution at pH 4.5
~v:ith the optimum shaking time of 30 minutes. A comparison study of tIus coagulant with
other conventional coagulants such as alum and PAC had also been canied out. Although
the concentration of Al in peat solution \v.as lower than that in 10% PAC solution, its
abilities in treating textile dyes solution were as good . On tIle other hand, the peat
solution was proven to be inferior in treating Reactive dyes witII only 50% uptake.
lhis study had proven that the acid treated peat did not necessarily act as an
adsorbent as reported in other studies. The roles of AI and Fein the soil should be
considered especially if the soil contains a s;gnificant amount of these metals. In such
cases, coagUlation process would play a more dominant role than adsorption in the
treatment of wastewater.
xxiv
1. 0 PENGENALAN
1.1 TANAH GAMBUT
1.1.1 Takrifan Tanah Gambut
Tanah gambut ialah sejenis tanah yang mengandungi banyak komponen bahan
organik. Ianya berwarna perang kehitaman dan bercampur dengan ballan-bahan yang
separa rcput seperti akar dan ranting. Tetapi, kadangkala kekeliruan masih timbul dalam
mcncntukan sarna ada sesuatu tanah itu tanah gambut atau tidak, terulamanya dari segi
bndungan organik yang hadir dalamnya. Dengau itu adalah perIu untuk mentakrifkan
secara tepat kuantiti kandungan organik yang perlu hadirdalam sesuatu sampel tanah bagi
membolehkannya diiktiraf sebagai tanah gambut.
Secara amnya, kebanyakall aWi smns tanah bersetuju bahawa tanah gambut ialah
tanah yang mengandungi sekurang-kurangnya 65 % bahan organik (1,2), walaupun ada
juga yang berpcndapat bahawa tanah yang mengandungi sekurang-kurangnya 50% bahan
organik boleh ditafsirkan sebagai tanah gambut (3). Kongress Antarabangsa Sains Tanah
yang diadakan di Rusia pada tahun 1930, te1ah mencadangkan deflllasi tanah gambut
sebagai tanah orgaruk yang kedalamannya sekurang-kurangnya 0.5 meter dengan ke1uasan
1 hektar dan mengandungi bahan mineral yang tidak melebihi 35% (4).
1
1.1.2 Pcmbentulmn Tanah Gambut Dan Pcngclasannya
Tanah gambut terbcntuk daripada tumbuh-tumbuhan tnJIi melalui proses
humifikasi. Proses pembentukan tanah gambut biasanya bersifat anacrobik dan berlaku di
tempat-tempat yang sentiasa bertakung air. Dengan itu, tanah gambut kebanyakannya
didapati eli tempat-tempat yang bcrcuaca.lembap lagi sejuk atau scderhana kenma cuaca
yang panas akan menggalakkan pemusnahan sebatian-sebatian organik me1alui proses
pengoksidaan bakteria aerobik (3,5).
Tanah gambut dapa! dikc1askan kepada tiga jenis kumpulan mengikut proses
pembentukannya. Pada peringkat pCliama, pembentukan lanah gambut berlaku di temp at
tempat yang bertakung air ataupun di paya-paya yang airnya agak cetek. Di sini tumbuh
tumbuhan air sepetti Phragnites, Carices dan sebagainya turnbuh. Apabila turnbuhan ini
mati, sisa-sisa mcreka akan terkumpul eli elasar paya, bercampur elcngan sedikit selut paya
clan mula menjalani pereputan bakteria Jllaerobik. Proses ini akan berterusan sehingga
sisa tumbuhan yang dihumifikasikan llu rneJjputi keseluruhan kawasan paya tersebut.
Tanah yang terbentuk seele:anikian mengandungi mineral yang agak banyak (10 - 25%)
yang dibawa oleh anak-anak sungai dan tanah ini dikenali sebagai tanah gambut fen atau
pun tanah garnbut eurofik.
Sekiranya sesuatu kawasan itu tielak mempunyai takungan air, pereputan tumbuh
tumbuhan seperti lumut dan pokok-pokok kayu pula mcnjadi hahan <lSllS pembentukan
tanah gambut. Tanah gambut yang tcrhasil dalam keadaan begini dikenali sebagai tanah
gambut peralihan (transitional peat) atau tlnah gambut bcrkayll alau mcsotroftk.
Se1erusnya, eli kawasan yang tcrJindung olch pokok-pokok, kehilangan aIT
daripada permukaan tanah elapa1 dikurangkan dan 111i akan menggalakkan pCliumbuhan
2
lumut sphaghum. Paua mas a yang sarna, bahan rrllncral dalam tanah berkurangan dengan
banyaknya. Ini adalah uiscbabkan oleh penggunaan bahan-ballan mineral oleh tumbuh
tumbuhan dan pokok-pokok di kawasan sebegini Tambahan pula, air-air takungan pada
peringkat pertama yang mengandungi banyak mineral telah kering kcrana diliputi oleh
tanah gambut dan sisa-sisa tumbuhan. Jaui, tanah gambut yang terbentuk pada peringkat
ini didapati mengandungi bahan mine~al yang rendah (1 - 2%). Hasilnya ialah
pembentukan tanah gambut peringkat terakhir, iaitu tanah gambut bog atilu tanah gambut,
oligotrofik, yang banyak ditumbuhi dengan tumbuhan sphagnum dan mmput-rumput
kapas (EriophOlum) (2).
1.1.3 Komposisi Kimia dalam Tanah Gambut
Komponen tunggal yang terbesamya dalam sesuatu tanah gam but ialah air. Tanah
gambut yang baru digali biasanya mengandungi 80 - 90 % air. 10 - 20 % baki bahan
pepejatnya adalah terdiri daripada sebatian-sebatian organik seperti lignin dan selulosa
serta bahan mineral. Komposisi kimia yang berbeza dalam tanah gambut bergantung
kepada proses penguraian sisa-sisa tumbuhan dan mikroorganisma dalam tanah (5, 6).
Tumbuh-tumbuhan yang akhimya menyumbang kepada tanah gambut
menganclungi protein, karbohidrat, lipid dan polifenol sepcrti lignin. Selain daripada itu,
terdapat juga asid nukleik, alkaloid, vitamin, pigmen dan mineral ualam amaun yang kecil.
Apabila tumbuhan itu mati, gula-gula ringkas dan kalljinya diuraikan dengan cepat oleh
mikroorganisma dalam tanah (5, 6). Scbaliknya, hemiselulosa, pektin dan gum diuraikan
dengan lambat dan akan hadir bersama selulosa dan lignin sebagai komponen d.'dam tanah
gambut. Lipid-lipid yang wujud dalam tumbuhan seperti lemak, asid-asiu lemak, lilin,
3
steroid dan tcrpena tidak larut dalam air. Bahan-bahan ini me~adi komponen stabil
dalam tanah gambut dan biasanya dipanggilsebagai bitumen (5).
Asid hUrn1k, satu komponen utnma tanah gambut, yang mempunyai cm-cm
fenolik dan mengandungi unsur nitrogen dalam strukturnya, dipercayai merupakan bahan
terbitm daripada lignin (yang juga merupakan polifenol) dan asid amino yang terurai
daripada protein tumbuhan.(3, 5, 7)
Selain daripada bahan-bahait organik, sebahagian daripada tanah gambut juga
terdiri daripada komponen takorganik. Kandungan takorganik ini berbeza-beza mengikut
jenis tanah gambut seperti yang dinyatakan di bahagian sebelum ini.
1.1.4 Tanah Gambut Di Malaysia
Di negara ini wujud satu faktor utama yang mendorong pembentukan tanah
gambut, iaitu sumber hujan yang banyak. Banjir selalu berlaku di tempat-tempat yang
rendah dan di situlah air akan bertakung dan tanah gambut akan terbentuk.
Malaysia dianggarkan mempunyai kira-kira 2.5 juta hektar keluasan tanah gambut.
Antara kawasan tanah gambut yang terbesar terdapat di Sarawak dan dllkuti oleh Pahang,
Johor dan negeri-negeri lain. Jadual 1.1 dan Rajah 1.1 memberikan taburan kawasan
tanah gambut di Malaysia. (8)
4
Jadual 1.1 Taburan Keluasan KawaRan Tanah Gambut Mengikut Negcri di Malaysia (8)
, ___ S_e_Ia_n--,&~_____ _ 182 --
Sabah 86 ------/
Perak 69 ----------- -------------------
Terengganu 46 Kelantan 11
Negeri Sembilan 4
5
C\
'-. '" .. ' '.
Cl
\ ..... , I .'1-
f .... , J. ~ ,,' • r • f " -. • .'J.I I
, j Tt:!! erlC.lga.f1U
'! /
I ! Xel.ill'ltan ~ , I
.' " ;..\ ..,~' .. )
t
: '. \ • • .... .- 1..
. .J...."
~t P.hcng
S,.lanqor "":\_ .... \ ... ~ ., /
_r H. ,"I
3e~bllan • .. ',- - ~.~ ...
.. , Jonot. \
.~ , 'j
/
Saraw.k
Q
[ 1
.J I
/ ,,-.-"-"~ ;
" ," . " .... ,. • .r ..... " .-.~'~ " • ."...-.-.._./_..1 . • .. .-J
.,.~
Sabah
....... r".- .......... , /~..... . .. .)
(
1 ./
./
• Kawat:ian
1-
T
"rana.h GaJllbu t
Rajah 1.1 Pet a tIC a 1 a y s i a menun j"ukkan taburan tanah gambu t (1)
Kebanyakan tanah gambut yang lerbentuk di negara ini lerdapat di dalam hutan~
hutan yang keadaan muka bumillya feudall. Secara amnya, kedalaman tanah gam but pada
scsuatu kawasan beliambah semakin ia jauh daripada pantai dan berkurangan apabila
semakin hampir kcpada kaki bukit (2).
1.1.5 Kegunaan Tanah Gam but
Selain daripada bidang pertanian, lanah gambut lelah lama digunakan sebagai salu
r -sumber bahanapi dan sebagai ballan melltah uniuk menghasilkan bahan-bahan kimia yang /
lain.
Kawasan simpanan tanah gambut di seluruh dunia adalah lebill kurang sarna
dcngan simpanan arang batu. Simpanan arangbatu adalah dianggarbn sebanyak 7.6 x
1012 ton manakala simpanan tanah gambut pula sebanyak 0.3 x 1012 ton dengan keluasan
kawasan sebanyak 4.172 x 108 hektar tanah (9). Haba yang mampu c1ijanakan oleh
pernbakaran tanah gambut adalah kiJa-kira 2/3 daripada haba arangbatu bitumen pada
JISlrn yang sarna.
Di Negara Jerman dan Finland, arang kok dari tanah gambut telah lama
digunakan dengan meluas dalam pellndllstrian pengekstrakall logam (7). Di Ireland dan
Belanda, tanah gambut adalah bahan mentah llntuk mcnghasilkan karbon teraktiikan (7).
Di Rusia pula, lerdapat industri-industri yang menggunakan tanah gambut untuk
mCllghasilkan lilin, gula untuk penghasilan yis dan bahan~bahan kunia yang lain (7).
Campuran sebatian~sebatian kimia yang wujud dalam tanah gambut juga rnembllka
peluang untuk perkembangan industri perubatan dan industri yang berorientasikan
biokirnia.
7
r
, .. C'o.-. ~.-
Salah satu kegunaan tanah gambut yang agak istimcwa adalah sebagai bahan
penjerap. Lignin yang wujud di dalamnya mempakan salu sebatian kimia yang
mempunyai kumpulan-kumpulan berfungsi yang berkutub seperti alkohol, aldehid, keton,
asid fenolik dan etef, yang dapat terlibat dalam pengikatan kimia. Ciri-ciri sebegini telah
dieksploitasikan oleh ahli-ahli kimia bagi pe~befsihan air buangan yang mengandungi
ion-ionlogam berat dan molekul-molekul organik yang berkutub.(lO - 13)
Terdapat juga kajian yang dijalankan melibatkan tanah gambut dalam perawatan
air buangan perindustrian seperti minyak, detergen, fosfat dan pencelup.· Hasil yang baik
teIah diperolehi melalui proses penggumpalan bahan-bahan buangan ini dengan
penggumpal-penggumpal yang sesuai seperti ferum (Ill) klorida, dan kemudiannya diikuti
dengan perawatan melalui tanah gambut (10).
Sungguhpun demikian, aspek penggunaan terus tanah gambut atau bahan yang
terdapat eli dalamnya untuk tujuan penggumpalan be1um lagi dilakukan.
1.2 PERAWATAN AIR DUANGAN DENGAN KAEDAHPENJERAPAN
Proses perlJerapan senllg djgunakan di dalam perawatan air buangan seperti
penyingkiran bahan berwama. Penjerapan sesuatu bahan meliba1kan pengumpulan bahan
terse but pada antaramuka an tara dua fasa, seperti antara cecair dan pepeja~ ataupun
antara suatu gas dan pepejal. Bahan yang terjerap dipanggil sebagai bahan terjerap
manakala tapak di mana penjerapan berlaku disebut penjerap (14 ).
8
12.1 Keseimbangan Penlerapan
PelDerapan molekul-molekul bolell dianggap sebagai suatu tindakbalas kunia:
A --1- B ",,", ... =~" AB
di mana A dan B masmg-masmg mewakili bahan terjerap dan penjerap, sementara AB
adalah hasil gabungan penjerapan. Bahan lerjerap dipegang paua pernlUkaan pertierap
oleh pelbagai jenis ikatan kiIllia seperti ikatan hiurogen, daya-daya amhan dan daya-daya
Van der Waals (14 ).
Sckiranya tmdak balas pel~Jerapan adalah berbalik, molekul-molekul bahan
teIjerap akan terns terkumpul pada permukaan penjerap sehingga kadar tmdak balas ke
depan (penjerapan) adalah sarna dengan kadar tmdak balas ke belakang (penyahjerapan).
Apabila keadaan jni berlaku, proses penjerapan dikatakan mencapai keseimbangan dan
tiada lagi pengumpulan yang akan berlaku (14 ).
1.2.2 Persamaan Isoterma
Salah satu daripada ciri-ciri UL1ma bagi sesuatu pcnjcrap adalLlh kuantiti bahan
yang ia clapat menjerap. Pacla suhu tetap, perhubungan di antara kuantiti bahan teljerap
per unit penjerap, qe dan kepekatan keseimbangan bahan terjerap, Ce adalah dipanggil
sebagai isotcnna penjerapan (14). Terdapat beberapa model yang cuba menerangkan
fUngsi ini, tetapi dua yang paling kerap digunakan adaJah Model Isoterma Freundlich dan
Model Isoterma Langmuir.
Q
1.2.2.1 Isoterma Freundlich
Persamaan yang diterbitkan oIeh Freundlich adalah satu persamaan empms.
persamaannya berbentuk :
1/
q = K C'" . . (1.1)
yang dapat ditukarkan kepada bentuk lincar scbagai
log qe = log K + !..log Ce n
(1.2)
---Parameter qe dan Ce masing-masing merujuk kepada kepekatan pada
permukaan penjerap dan kepekatan dalam Iarutan semasa keseirnbangan tercapai
sementara K dan n adalah pemalar-pemalar. Pemalar K da1am persamaan Freundlich
adalah berkaitan dengan muatan penjerapan terhadap bahan terjerap dan !.. adalah fungsi 11
bagi kekuatan penjerapan (14).
1.2.2.2 Isoterma Langmuir
Persamaan Langmuir diberikan flcperti berikut :
(1.3)
di mana b dan qm adalah 'pema1ar. Pemalar qm mewakili kepekatan bahan pada permukaan
penjerap yang dinyatakan sebagai muatan monolapisan dan mewakili nilai maksimum bagi
q. yang boleh tercapai. Pemalar b pula mempunyai kaitan dengan tenaga penjerapan dan
akan bertambah dengan penambahan kekuatan ikatan penjerapan (14).
10
Persarnaan 1.3 boleh ditukar kepada bentuk linear sepelii berikut :
111 -=---+-q, qm b c. qln
c. =_1_+.f!. q, q>n b qm
(1.4)
(1.5)
Nilai-nilai bagi qrn dan b boleh ditentukan dengan rnernplotkan graf eel lawan Ce Iq.
dan 1/ b adalah pintasan y semen tara 1/ adaJah kecerunan graf (14). /~ /~.
Keadaan bagi sesuatu sistern penjerapan bolell dirarnalkan sebagai
"rnenggalakkan" (favourable) atau "tidak rnenggalakkan" (unfavourable) dengan
menggantikan pernalar Langmuir,b, ke dalarn persarnaan 1.6. (15)
1 R=---
1+ beo (1.6)
Berdasarkan kepada nilai bagi faktor pernisahan, R, graf bagi isoterma dapat
digarnbarkan dengan kepekatan awal Co lertentu, seperti eli bawah :
Nilai R Jema penjerapan
R> 1.0 Tidak rnenggalakkan
R = 1.0 Linear
0< R < 1.0 Menggalakkan
R=O Tidak berbalik
11
1.3 PERAWATAN AIR BUANGAN DENGAN KAEDAH PENGGUMPALAN (COAGULATION)
Biasanya, air memerlukan perawatan-perawatan yang sesuai sebelum boiell
diagilikan kepada pengguna-penggunanya. Bendasing-bendasing daripada hakisan tanah,
penguraian mineral-mineral dan pereputan tumbuhan organik, yang wujud dalam perairan
perIu disingkirkan sebelum dapat digunakan. Keperluan ini bertambah dengan adanya
sumbangan hasil-hasil buangan yang dikeluarkan daripada kilang-kilang ataupun secara .
domestik. Proses penggumpalan yang biasanya diikuti oleh proses penapisan merupakan
kaedah . yang paling bias a digunakan unluk menyingkirkan bendasing-bendasing yang
membentuk kekeruhall di dalam air.
Cecair yang belWama pula selalunya mengandullgi sarna ada hidroksida logam
scperti besi, ataupun bahan organik seperti pencelup. Bahan-bahan ini juga dapat
disingkirkan dengan kaedah penggumpalan. Se1ain daripada itu, penggumpal seperti
kalsium hidroksida juga digunakan untuk melembutkan air liat. Proses penggumpalan juga
digunakan dalam merawat air buangan perindustrian sepcrti arangbatu, kulit (tanning),
logam, tekstil, kertas dan sebagainya, sebelum ia disalurkan ke dalam sungai atall taut (16
- 17).
1.3.1 Proses Penggumpalan
1.3.1.1 Definasi Penggumpalan
Air yang hendak digunakan sebagai air minuman alau digunakan dalam
perindustrian biasanya tidak sesuai digunakan seem'a mentah kerana kehadiran bendasing-
12
bendasing scni yang tcrapung (swlpended) lii dalamnya. Sekiranya zarah-zarah scm
(0.001 - 1 11) ini dibiarkan mendap clengan sendiri secanl graviti, ia akan mengambil
masa yang agak panjang dan lidak begitu prakLikal. Jadual 1.2 menuI~ukkan kesan saiz
zarah terhadap mas a mendapan (16).
Zarah-zarah koloid yang tcrapung di dalam air biasanya bercas negatif dan akan
menolak apabila mereka mendckati antam sama sa1u lain. Zarah-zarah koloid ini akan
kekal terapung dalam keadaan begini dan mengambil masa yang begitu lama untuk .
mendap secara sendiri selagi tiada bahanlain yang menyahstabilkan mereka.
Oleh itu kaedah-kaedah tertentu untuk mempercepatkan kadar endapan zarah
zarah halus itu perlu digunakan. Pernbesaran saiz bagi zarah-zarah ini juga diperlukan
supaya proses penurasan boleh dijalankan dcngan berkesan. Salah satu daripada kaedah
yang dirnaksudkan di sini yang telah digunakan olch manusia s~iak berzaman lagi
dinamabn penggumpalan (18).
Secara mikroskopik, penggumpalan dapat diperolehi dengan menambah bahan
kimia sesuai yang membokhkan zarah-zarah terapung (susp<:Ilded particles) melekat
kepada satu sama lain semasa mereka bertembung. Sail. zarah-zarah terapung ini mcnjadi
scmakin mcmbesar dan akhir sekali cukup berat unhlk dimcndapkan. Selepas itu, zarah
zarah ini boleh dituraskan.
Istilah penggumpalan merangkumi kesemua tindakbalas serta mekanisme yang
menghasilkan penggumpalan zarah-zarah dalam alf yang diolah, tennasuklah
pcmbentukan pen&:,oumpal-penggmnpal in situ (seperti Al(OH)" ), dan penyahstabilan
zarah-zarah selia intcraksi fizikal autam z.lrah-zarah (6, 17 - 19).
Jadual1.2 Kesan Saiz Zarah Terhadap Masa Endapan (16)
:::::::::m::::::~n:::::::!::mi::!: ::m::p@ij~t.~~::(@n}:::W: :::::::!W:::~:~~~I~~w.:~::::::::::::j: Batu kelikirkecil 10 0.3 R3at
Pasir kasar 1 3 saat Pasir halus 0.1 38 saat
Selut 0.01 . 33 minit Bakteria 0.001 55 jam
Zarah koloid 0.0001 230 hari Zarah koloid 0.00001 6.3 tahun Zarah koloid 0.000001 lebill daripada 63 talum
*Pengiraan adalah berdasarkan kepada sfera dcngan graviti spesifik sebanyak 2.65 dan mendap sebanyak 30cm
Proses pcnggumpalan biasanya mcmerlukan dua buah tangki yang disusun secara
bersiri. Salah satu daripadanya ialah tangki pergaulan laju di mana pcnggumpal
dimasukkan dan pembentukan penggumpal in situ dan penyahstabilan zarah-zarah
ber1aku. Tangki pcngelompokan (flocculation tank) pula ialah tangki yang menggalakan
pertembungan zarah-zarah. Biasanya pada peringkat kedua, kadar pergaulan akan
diperlambatkan agar zarah-zarah dapat ~erinteraksi dengan bail<, bagi membentuk saa
zarah yang lebih besar. (18)
1.3.1.2 Mekanisme Penggumpalan
Sesuatu zarah akan terapung (suspended) dalam alI ataupun tergumpal
bergantung kepada faktor penstabilan ataupun penyahstabilannya dalam air tersebut.
Penstabilan itu merujuk kepada sifat zarah koloid untuk berada dalam keadaan
terapung tidak kira berapa lama masa yang diambil. Contoh-contohnya tennasuk protein,
kalUi, polimer-polimer besar dan bahan-bahan humik ; manakala penyahstabilan
membawa maksud kegemaran zarah-zarah itu untuk bergumpal ketika mereka
bertembung. Contoh-contohnya ialah oksida-oksida logam dan mikroorganisma.
Dengan itu, peranan pen&,oumpal adalah untuk mCllyahstabilkan zarah-zArah yang
dalam keadaan tersebar itu (dispersion) supaya dapat membentuk gumpalan-gumpalan
yang akhimya mudall mendap. (18)
15
1.3.1.3 Daya-daya Penstabilan
Mengikut Teori DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek) yang
dikemukakan pada tahun 1948, apabila zarah-zarah koloid terapung dalam air dan berada
. bcrdekatan antara satu sarna lain, bcberapa jcnis intcraksi akan berlaku untuk
mempengaruhi kestabilan mercka. Antaranya tennasuk daya-daya penarikan Van der
Waals, daya penolakan elektrik, tenaga penghidratan dan interaksi sterik. Daya-daya
penarikan dan penolakan itu pula merupakan satu fungsi jarak di antara zarah-zarah (18,
20).
Daya Penolakan Elektrik (Electrical Repulsion)
Secat'a umumnya, kebanyakan ahli-ahli 8ams koloid mempercayai bahawa
kestabilan zarah-zarah hidrofobik discbabkan, sebahagian besarnya, oleh fenomena
lapisan berganda elektrik (electrical double layer), Lapisan berganda elektrik dapat
... dijelaskan menerusi mudd Guuy-Chapman-Slern seperti yang diLu~jukkan dalam Rajah
1.2,
Mengikut teori ini, zarah-zarah hidrofobik yang terapung dalam air mcmbawa cas
cas elektrik pacta pennukaan mereka. Cas-cas elektrik ini biasanya bersifat negatif. Ia
berpunca daripada proses pengionan atom-atom pada pennuka,m zarah-zarah ataupun
penerimaan cas daripada persekitaran seperti ion hidroksida. Ion-ion ini dipegang kuat
pada pennukamnya dan menarik ion-ion yang bercas berlawamm dari air ke aralmya.
Dengan ini, terbentuklah satu lapisan ion lawan (counler ion) yang terlekat kuat secara
claya elektrostatik pada pemmkaan zarah koloid tersebut. Lapisan dalaman ini dipanggil
sebagai lapisan Stern. Ion-ion pada lapis an Stern, mengaruh ion-ion di luarnya dan
membentuk satu lagi lapis an ion-ion termuh yang dikenali sebagai lapisan Guoy
Chapman. Dengan ini, Lapisan Stern dan Lapisan Guoy-Chapman membentuk lapis an
berganda elektrik.
Cas berlawanan yang wujud pada pennukaan dan persekitaran zarah telah.
membentuk satu taburan keupayaan elektrik seperti yang ditunjukkan pada Rajah 1.3.
Keupayaan ini menurun secara eksponen dari pennukaan zarah dan menjadi suar
sekiranya kepekatan kation dan anion yang hadir adalah sarna.
Satu satah pemisahan (plane of shear) yang mewakili bahagian di mana air dan
ion-ion yang terikat kepada zarah semasa zarah itu bergerak wujud tidak jauh daripada
pt-TIIlukaan zarah terse but. Ini bennaksud salah pernisahan ini memisahkan molekul air
terhidrat daripada air yang "bebas". Keupayaan yang wujud pada satah pemisahan ini
adalah satu parameter yang penting dan berguna kerana ianya bolell diukur. Keupayaan
ini dikenali sebagai keupayaan zeta (zeta potential) dan ia merupakan satu ukuran bagi
kestabilan zarah.
Peranan utama bagi lapisan berganda elektrik yang terdapat pada zarah itu adalah
. untuk memastikan kestabilan zarah tersebut dalam air. Apabila dua zarah yang bercas
sarna bergerak harnpir kepada satu sarna lain, satu <laya penolakan akan tirnbul apabila
lapis an Guoy-Chapman mereka bertindih. Magnitud bagi daya penolakan itu bergantung
kepada keupayaan pada pennukaan zarah (keupayaan Nernst) ataupun keupayaan zeta
(18, 20).
17
I
I I
Lapisan _ _ ;( Gouy-Chapman -- -/' ..... - + ......
" /' ~ + + -:" . / + ,
/+ +
+
\ \ \ \
-I . . I \ + -+- /
\ + j \ I , + i· -
" -1'/ ~. + + ~
.............. ~/ ...................... .",..,..,..,-
,_Lavisan Stern
Rajah 1.2 Penggambaran Bagi Lapisan Berganda Elektrik (20) r
18
t
Lap!son TerlkatllO AIr
+1 1 .--1+
tl I"
- + t l
+' t -1 0; c :.. () t ;z: (:
:l-~ ~' t ~ -
t ~ ., -.. +> 0 t N _
c: u-+ ~ - + I ' :l
"" - t 1+ :..(
+ I
Lapisao Gou),-Chanllan
Satah Pemisahan (plane of shear)
°t Jarak Daripada PermJkaan Zarah Penrukaan 7,arflh
+ t
+
+ + -
+
Rajah 1.3 Taburan ISeupayaan sebagai fungsi bagijarak dari pennukaan zarah (18)
19
Atas dasar ini, kesan net lapis an berganda elektrik ini ialah rnenghalang zarah
zarah koloid daripada bergerak hampir kepada satu sarna lain dan dengan ini, memelihara
kestabilan zarah-zarah dalam air.
Bagi sis tern koloid yang hidrofilik, kestabilannya adalah dipelihara secara khusus
oleh fenornena penghidratan. Dalam kes ini, rnolekul-rnolekul air terikat pada pennukaan
zarah-zarah dan bertindak sebagai halangan bagi zarah-zarah daripada saling bersentuhan
dan dengan ini, rnenjanakan daya penolakan tambahan.
Di dalarn kes-kes tertentu penstabilan sterik boleh terbentuk daripada penjerapan
pofuner-polimer pada pennukaan antara zarah dan air. Polimer-polimer besar boleh
membentuk bahagian-bahagian yang terjerap atas pennukaan zarah dan bahagian
bahagian lain khususnya yang hidrofilik akan "terampai" dalam bahagian air. Rajah 1.4
menerangkan fenomena ini.
Gregory (1978) telah rnerumuskan bahawa terdapat dua proses yang
menghasilkan daya penolakan apabila dua zarall yang berlapisan polimer itu berdekatan.
Pertamanya, apabila dua zarah sedemikian berianggar, lapis an-lapis an terjerap itu akan
tennarnpat dan menyebabkan pengurangan isipadu bagi zarah-zarah texjerap.
Pengurangan isipadu ini seterusnya menghalang pergerakan bagi polimer-polimer dan
mengakibatkan penolakan antara zarah-zarah. Kedua, lapisan-lapisan teIjerap itu mungkin
saling rnenernbusi semasa perlanggaran, rnengakibatkan peningkaL1n kepekatan pollmer di
dalam kawasan pertindihan. Seterusnya, bahagian polimer luar yang lebih hidrofilik itu
akan rnenolak antara satu sarna lain dan mengekalkan kestabilannya. (Rajah 1.5)
70
permukaan zarah
IIIIIIIII
Rajah 1.4 Pcnggambaran bagi polimer panjang yang terjcrap aias zarah (21)
21
.. ;..;--. -.':~-- .
, t
Pella-.moo tan (Compression)
_Sallmt~ene!1bUS.aIL (Interpenetration)
Rajah 1.5 Duajenis interaksi penolakan yang mungkin bagi zarah-zarah hasilan,sterik (21)
22
1.3.1.4 Daya-daya Penyahstabilan
Selain daripada daya-daya penolakan, wujud juga daya-daya penarikan. Daya
daya ini, yang dinarnakan daya-daya Van der Waals, adalah terlibat dalam penggumpalan
zarah-zarah koloid. Daya-daya sedcmikian wujud disebabkan oleh interaksi dwikutub
(dipole interaction), sarna ada yang kekal ~taupun yang teraruh (daya London), di antara
zarah-zarah koloid atau molekul-molekul air. (18)
Daya-daya Vander Waals antara dua zarah ini akan berkurangan dengan
penambahan jarak antara mereka. Jad~ selain daripada keupayaan penoJakan , Vr , yang
dihasilkan daripada hubungan lapis an berganda elektrlk, terdapat juga daya-daya
penarikan ,V R' Keupayaan ini juga akan tunm sekiranya jarak antara zarah-zarah itu .
diperbesarkan. Gabungan kesan kedua-dua .lenis keupayaan ini telah dipet.:jelaskan dalam
teori DLVO seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.6. Keupayaan bersih Vn , adalah
hasil daripada gabungan kesan keupayaan penolakan dan keupayaan penarikan.
Apabila penolakan elektrik berkeadaan dominall semasa interaksi zarah-zarah,
sistcm itu dikatakan stabil dan penggumpalan akan bcrlaku sarna ada secara perlahan
ataupun tiada langsung. Keupayaan pcnolakan bersih itu juga boleh dianggap sebagai
tenaga pengaktifan (energy barrier) bagi sistem tersebut yang mesti diatasi sebelum
penggumpalan dapat berlaku. :Magnitud bagi tenaga pengaktifan ini bergantung kepada
keupayaan penolakan.' Dengan erti kata lain, kuantiti cas pada permukaan zarah dan
kekuatan ion dalam larutan menjadi penentu sarna ada berlaku atau tidaknya proses
penggumpalan.
23
t
J
~ '" - TeMga Pengaktifan 8 (l)
a.. <0 >. ~
.~
til .!IS CtI H --OJ ". ---+> /
....... _-c -- -- 0 ~
fJ CtI I >.
I ~ Jarak Aotara 7..arah-7.arah -ill I ~ c I Vn «I
..:.: .- f \.. «I • C , q)
a.. I «I
I >-«I
Q
1 ,
I
.' Rajah 1.6 Keupayaan interaksi dinyatakan sebagai fungsi bagi jarak pemisahan antara zarah-zarah dalam satu larutan yang kekuatan ion rendah (20)
24