STUDI KEMAMPUAN PERLIT SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENYISIHKAN BESI

Transkripsi

1 STUDI KEMAMPUAN PERLIT SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENYISIHKAN BESI Budhi Primasari, Rosa Gustilisa Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Andalas ABSTRAK Perlit yang ada di daerah Sumatera Barat dapat dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif adsorben untuk menyisihkan logam-logam yang terkandung dalam air tanah. Pada penelitian ini ingin diketahui kemampuan perlit sebagai adsorben dalam menyisihkan logam besi dan mangan. Percobaan dilakukan dengan menggunakan larutan artifisial. Pada percobaan ini digunakan perlit dengan diameter (,18-,15) mm, kecepatan alir 1 gpm/ft. Perlite dimasukkan ke dalam kolom berdiameter.5 cm, dengan kedalaman perlit 85 cm dan jumlah perlit yang dibutuhkan untuk mengisi kolom adalah 1 gram. Sampling air sumur pada 8 titik sampling dilakukan untuk menentukan rentang konsentrasi Fe, dan Mn.. Rentang yang ditetapkan untuk konsentrasi Fe adalah (1-1) mg/l, rentang konsentrasi Mn adalah (,1-) mg/l dan rentang konsentrasi kesadahan adalah (-) mg/l. Pada percobaan dengan larutan artifisial yang mengandung konsentrasi Fe saja didapatkan kapasitas adsorpsi berkisar (,1 x 1-1,8 x 1-5 ) mg Fe/mg perlit. Pada percobaan larutan artifisial yang mengandung Fe dan Mn didapatkan kapasitas adsorpsi berkisar (1,3 x , x 1-5 ) mg Fe/mg perlit. Kata kunci: perlit, adsorben, Fe, Mn, kesadahan, kapasitas adsorpsi ABSTRACT West Sumetera pearlite can be utilized as an alternative adsorbent to remove metal from groundwater. Aim of this research is to investigate the capability of pearlite to remove ferrous (Fe) and manganese (Mn). Experiment was conducted using artificial solution. A column od.5 cm was filled with expamded pearlite. Diameter of pearlite is (,18-,15) mm and flow rate1 gpm/ft. Depth of pearlite in the column was 85 cm, and weight was 1 gr. Sample was taken at 8 sampling points of ground water to determine range of Fe and Mn concentration in artificial solution. Range of Fe concentration is 1-1 mg/l, and range of Mn concentration is,1- mg/l. Experiment shows that adsorption capacity of pearlite is (,1 x 1-1,8 x 1-5 ) mg Fe/mg perlit in Fe only solution. While adsorption capacity of pearlite is (,1 x 1-1,8 x 1-5 ) mg Fe/mg perlit in Fe only solution. While in the Fe-Mn mixture artificial solution, adsorption capacity of pearlite is 1,3 x 1-5 to 1, x 1-5 mg Fe/mg perlit. Keywords: perlite, adsorbent, Fe, Mn, adsorption capacity PENDAHULUAN Pada umumnya air tanah memiliki kandungan besi dan mangan yang relatif tinggi. Dalam air tanah kadar besi dapat mencapai 1-1 mg/l pada air tanah dalam dengan kadar oksigen yang rendah (Effendi, 3). Besi dibutuhkan oleh tubuh dalam pembentukan hemoglobin. Namun demikian, dalam dosis yang besar dapat merusak dinding usus dan menyebabkan kematian. Selain itu juga menimbulkan masalah warna dan bau pada air (Slamet, 199). Sedangkan konsentrasi mangan dalam air tanah Keputusan Menteri Kesehatan No. 97 tahun menetapkan kadar zat besi di dalam air minum maksimum.3 dan mangan maksimum sebesar.1 mg/l dan kesadahan 5 mg/l. Salah satu metoda untuk menyisihkan logam Fe dan Mn dalam air tanah adalah adsorpsi. Adsorpsi adalah proses fisika dan/atau kimia dimana substansi terakumulasi atau terkumpul pada lapisan permukaan adsorben (JMM, 1985). Salah satu adsorben yang dapat digunakan sebagai alternatif untuk menyisihkan logam Fe adalah perlit. Perlit merupakan batuan gelas vulkanik yang mengandung air -5% dan akan

2 Studi Kemampuan Perlit untuk Menyisihkan Besi mengembang jika dipanaskan pada suhu diatas 1 o F (87 o C). Perlit akan mengembang - kali volume semula setelah pemanasan. Perlit merupakan jenis batuan silika dengan persentase silika yang cukup tinggi, merupakan material berpori, tahan lama, tidak beracun dan tidak larut dalam air (Anderson, 5). Berdasarkan data Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Barat, daerah Sumatera Barat mempunyai cadangan perlit sebesar m 3 di dua daerah penambangan di dua kabupaten yaitu Kabupaten Padang Pariaman dan Kabupaten Solok. Saat ini perlit belum dimanfaatkan secara baik. Sebelumnya, Zikra (5) melakukan penelitian mengenai perlit dalam menurunkan kesadahan air tanah. Dengan kemampuan perlit yang dapat menurunkan kesadahan air tanah diharapkan perlit juga mampu menyisihkan logam Fe dan Mn dalam air tanah. Tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengetahui penyisihan logam Fe dan Mn dalam air tanah dengan menggunakan metoda adsorpsi dan perlit sebagai adsorben;. Mengetahui pengaruh konsentrasi Mn terhadap penyisihan Fe; METODOLOGI PENELITIAN Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah: Sampling Air Tanah Pemilihan lokasi sampling berdasarkan pada daerah yang air tanahnya mengandung kadar Fe dan Mn yang tinggi yaitu pada air sumur yang berwarna kuning kecoklatan atau kemerahmerahan disertai dengan bau yang khas dan mengandung ph yang rendah. Air sumur dengan kondisi seperti itu mengandung konsentrasi besi dan mangan yang tinggi. Ada 8 lokasi ditemukannya kondisi air sumur yang seperti disebutkan diatas yaitu pada daerah Padang Baru, Mega Permai Lubuk Buaya, Monang Indah Lubuk Buaya, Mata Air dan Linggarjati. Sampel dianalisis di laboratorium untuk menentukan besarnya konsentrasi Fe, Mn dan kesadahan yang terkandung dalam air sumur tersebut. Analisis terhadap konsentrasi Fe dan Mn menggunakan metoda kolorimetri dengan menggunakan alat spektrofotometer. Analisis konsentrasi kesadahan dilakukan dengan metoda titrimetri EDTA. Hasil analisis dari sampel-sampel air sumur tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Lokasi Sampling dan Konsentrasi Fe, Mn dan Kesadahan N o Lokasi Sampling Konsentrasi Fe (mg/l) Konsentrasi Mn (mg/l) Konsentrasi Kesadahan (mg/l CaCO 3) 1 Padang 3,37, ,9 Baru Mega,19,17 1, Permai 1 3 Mega 3,97, ,9 Permai Mega 1,37,3 383,3 Permai 3 5 Monang,979,91 375,7 Indah Mata Air 1,5,5 35,98 7 Mata air 3,77 1,37 77,5 8 Linggarjati,57, 8,1 Sumber: Hasil Analisis Penelitian Persiapan Percobaan Persiapan percobaan meliputi pengaktifann resin perlit, pemasangan instalasi percobaan serta pembuatan larutan artifisial. Perlit dalam bentuk crude perlite yang berwarna hitam mengkilap dihancurkan menjadi ukuran yang lebih kecil dengan diameter (3-5) mm menjadi crude crush perlite. Crude crush perlite kemudian diaktivasi dalam furnace pada temperatur 9 o C selama 1 jam menjadi expanded perlite. Expanded perlite yang telah mengembang dan berwarna putih dihaluskan dan diayak untuk mendapatkan diameter perlit yang diinginkan. Ukuran ayakan yang dipakai untuk diameter perlit (,18-,15) mm adalah ayakan nomor 1 dan 8. Set-up alat penelitian meliputi bak penampung air dan kolom adsorpsi. Bak penampung berfungsi untuk menampung air yang akan dialirkan ke kolom penukar ion baik untuk larutan artifisial maupun sampel air sumur asli. Bak penampung yang digunakan berupa ember plastik dengan kapasitas 5 liter yang dilengkapi dengan kran pengatur aliran. Kolom adsorpsi yang digunakan terbuat dari kaca dengan ketebalan 5 mm dengan tinggi total kolom 1,3 m 5

3 Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 13(1) : -5 (Januari 1) Primasari dan Gustilisa dan diameter, cm. Kolom dilengkapi dengan pipa overflow, pipa inlet dan pipa outlet. Sebelum pipa outlet, dipasang glass woll untuk mencegah keluarnya perlit pada air keluaran outlet. Kran inlet diatur sesuai dengan kecepatan alir yang digunakan yaitu 1 gpm/ft dengan laju alir sebesar,3 ml/detik. Larutan artifisial besi dibuat dengan mengencerkan larutan induk besi 5 ppm dengan penambahan aquades. Larutan induk besi dibuat dari Besi Amonium Sulfat (Fe (NH ) (SO ). H O). Larutan artifisial mangan dibuat dengan mengencerkan larutan induk mangan 1 ppm dari MnSO. H O dengan penambahan aquades. Larutan artifisial kesadahan dibuat dengan membuat larutan CaCl. H O dan MgSO. 7H O. Percobaan dengan Larutan Artifisial Ada 3 kelompok percobaan yang dilakukan dengan menggunakan larutan artifisial dengan 3 variasi pada setiap kelompoknya. Percobaanpercobaan ini dilakukan dengan menggunakan kondisi optimum dari hasil penelitian sebelumnya (Zikra, 5) yaitu kecepatan alir 1 gpm/ft, diameter perlit (,18-,15) mm dan kedalaman perlit 85 cm. Percobaan dengan konsentrasi Fe divariasikan bertujuan untuk mendapatkan efisiensi penyisihan Fe pada setiap variasi konsentrasinya. Percobaan ini dilakukan dengan variasi konsentrasi Fe 1 mg/l; 5 mg/l dan 1 mg/l. Percobaan dengan konsentrasi Fe tetap dan Mn divariasikan bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi Mn terhadap penyisihan Fe Percobaan dengan konsentrasi Fe dan Mn tetap dan konsentrasi kesadahan divariasikan bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsenrasi kesadahan terhadap penyisihan Fe dengan adanya Mn dalam larutan. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Sampling Air Tanah Hasil sampling air tanah dapat dilihat pada Tabel 1. Perbandingan konsentrasi sampel dengan standarnya untuk masing-masing parameter dapat dilihat pada Gambar 1, dan 3. Konsentrasi (mg/l CaCO3) Konsentrasi (mg/l) Gambar 1. Perbandingan Konsentrasi Fe Sampel dengan Baku Mutu Gambar 1. Perbandingan Konsentrasi Fe Sampel dengan Baku Mutu Konsentrasi (mg/l) Lokasi Titik Sampling Gambar. Perbandingan Konsentrasi Mn Sampel dengan Baku Mutu 5 3 1,5 1,5 1,5 Konsentrasi Fe PP 8 & Permenkes 97 Permenkes Lokasi Titik Sampling Konsentrasi Mn PP 8 & Permenkes 97 Permenkes Lokasi Titik Sampling Konsentrasi Kesadahan PP 8, Permenkes 97 & 1 Gambar 3. Perbandingan Konsentrasi Kesadahan Sampel dengan Standar Dari hasil analisis didapatkan rentang konsentrasi masing-masing parameter kemudian ditentukan tiga konsentrasi yang digunakan sebagai variasi konsentrasi pada percobaan dengan larutan artifisial. Konsentrasi Fe berkisar antara,9-1, mg/l dan rentang yang ditetapkan adalah 1 mg/l; 5 mg/l; dan 1 mg/l. Konsentrasi mangan berkisar antara,1-, mg/l dan rentang yang ditetapkan adalah,1 mg/l; 1 mg/l; dan mg/l. Konsentrasi kesadahan berkisar antara 195- mg/l CaCo 3 dan rentang yang

4 Studi Kemampuan Perlit untuk Menyisihkan Besi ditetapkan adalah mg/l CaCO 3; 3 mg/l CaCO 3; dan mg/l CaCO 3. Percobaan dengan Larutan Artifisial Larutan artifisial dilewatkan ke dalam kolom yang telah berisi perlit. Waktu kontak dihitung ketika air mulai menetes ke dalam kolom yang kondisinya masih kering sampai tetesan pertama yang keluar dari outlet kolom. Diperlukan waktu ± 3 menit bagi air untuk mulai menetes di outlet. Selanjutnya pengambilan sampel dilakukan setiap 1 menit. kapasitas adsorpsi (mg Fe/mg perlit),e-5 1,8E-5 1,E-5 1,E-5 1,E-5 1,E-5 8,E-,E-,E-,E-,E+ konsentrasi Fe Fe 1 mg/l Fe 5 mg/l Fe 1 mg/l Percobaan dengan Konsentrasi Fe Divariasikan Konsentrasi Fe yang divariasikan untuk percobaan ini adalah konsentrasi 1 mg/l; 5 mg/l; dan 1 mg/l. Perbandingan C out dan efisiensi penyisihan terhadap waktu kontak untuk ketiga variasi Fe dapat dilihat pada Gambar dan 5. C out (mg/l) besi 1 mg/l besi 5 mg/l besi 1 mg/l Gambar. Perbandingan C out untuk Tiga Variasi Konsentrasi Fe efisiensi penyisihan (%) Gambar Kapasitas Adsorpsi Fe oleh Perlit pada Variasi Konsentrasi Fe Pada Gambar terlihat bahwa kapasitas adsorpsi perlit untuk ketiga variasi konsentrasi Fe berkisar,1 x 1-1,8 x 1-5 mg Fe/mg perlit. Kapasitas adsorpsi perlit terbesar terhadap penyisihan Fe terjadi pada konsentrasi Fe 1 mg/l. Hal ini disebabkan karena pada konsentrasi Fe 1 mg/l, jumlah Fe yang teradsorp semakin banyak dibandingkan dengan jumlah Fe yang teradsorp pada konsentrasi Fe 1 mg/l dan 5 mg/l. Namun, pada rentang konsentrasi Fe (1-1) mg/l, efisiensi tertinggi terjadi pada konsentrasi Fe 1 mg/l seperti yang terlihat pada Gambar dan 5. Percobaan dengan Konsentrasi Fe Tetap dan Konsentrasi Mn Divariasikan Percobaan ini dilakukan dengan membuat larutan artifisial yang mengandung Fe dan Mn dengan konsentrasi tertentu. Percobaan ini dilakukan untuk melihat pengaruh konsentrasi Mn terhadap penyisihan Fe. Dilakukan percobaan dengan konsentrasi Fe tetap yaitu 5 mg/l dan konsentrasi Mn divariasikan yaitu,1 mg/l; 1 mg/l dan mg/l. Perbandingan C out dan efisiensi penyisihan Fe untuk ketiga variasi konsentrasi Mn dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8. besi 1 mg/l besi 5 mg/l besi 1 mg/l Gambar 5. Perbandingan Efisiensi Penyisihan untuk Tiga Variasi Konsentrasi Fe 7

5 Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 13(1) : -5 (Januari 1) Primasari dan Gustilisa C out (mg/l) Fe pada Mn,1 mg/l Fe pada Mn 1 mg/l Fe pada Mn mg/l Gambar 7. Perbandingan C out untuk Tiga Variasi Konsentrasi Mn jika Konsentrasi Fe Tetap konsentrasi Mn terkecil yaitu,1 mg/l. Hal ini berbeda dengan percobaan dengan variasi konsentrasi Fe pada subbab..1 dimana kapasitas adsorpsi terbesar terjadi pada konsentrasi Fe terbesar. Hal ini disebabkan oleh keberadaan Mn dalam larutan. Semakin tinggi konsentrasi Mn dalam larutan maka kesempatan perlit menyerap Fe menjadi berkurang sehingga jumlah Fe yang teradsorp juga berkurang. Dengan demikian kapasitas adsorpsi menurun walaupun untuk ketiga variasi konsentrasi Mn tidak jauh berbeda. Ini juga terjadi pada efisiensi penyisihan Fe. Untuk rentang konsentrasi Mn,1 - mg/l efisiensi terbesar terjadi pada konsentrasi,1 mg/l seperti yang terlihat pada Gambar 7 dan 8. efisiensi penyisihan (%) Gambar 8. Perbandingan Efisiensi Penyisihan untuk Tiga Variasi Konsentrasi Mn jika Konsentrasi Fe Tetap Kapasitas Adsorpsi (mg Fe/mg perlit) ,E-5 1,E-5 1,E-5 1,E-5 8,E-,E-,E-,E-,E Fe 5 mg/l pd Mn,1 mg/l Fe 5 mg/l pd Mn 1 mg/l Fe 5 mg/l pd Mn mg/l Pengaruh Mn terhadap penyisihan Fe Fe 5 Mn,1 Fe 5 Mn 1 Fe 5 Mn Gambar 9 Kapasitas Adsorpsi Fe oleh Perlit pada Konsentrasi Fe Tetap Mn Divariasikan Pada Gambar 9 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi oleh perlit berkisar 1,3 x 1-5 1, x 1-5 mg Fe/mg perlit. Kapasitas adsorpsi perlit untuk ketiga variasi konsentrasi Mn terlihat tidak jauh berbeda. Kapasitas adsorpsi terbesar terjadi pada Percobaan dengan Konsentrasi Fe dan Mn Tetap dan Konsentrasi Kesadahan Divariasikan Percobaan ini dilakukan dengan membuat larutan artifisial yang mengandung Fe, Mn dan kesadahan dengan konsentrasi tertentu. Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi kesadahan terhadap penyisihan Fe dengan adanya kehadiran Mn pada larutan. Untuk tiga percobaan digunakan satu konsentrasi Fe yaitu 5 mg/l dan satu konsentrasi Mn yaitu 1 mg/l dengan memvariasikan tiga konsentrasi kesadahan total yaitu mg/l CaCO 3; 3 mg/l CaCO 3 dan mg/l CaCO 3. Perbandingan C out dan efisiensi penyishan untuk tiga variasi kesadahan dengan adanya Mn dalam larutan dapat dilihat pada Gambar 1 dan 11. C out (mg/l) Fe pada Mn 1 mg/l dan Kesadahan mg/l Fe pada mn 1 mg/l dan Kesadahan 3 mg/l Fe pada Mn 1 mg/l dan Kesadahan mg/l Gambar 1. Perbandingan C out Fe untuk Tiga Variasi Kesadahan dengan Adanya Mn 8

6 Studi Kemampuan Perlit untuk Menyisihkan Besi efisiensi penyisihan (%) Fe pada Kesadahan Fe pada Kesadahan 3 Fe pada Kesadahan Gambar 11. Perbandingan Efisiensi Penyisihan Fe untuk Tiga Variasi Kesadahan dengan Adanya Mn CaCO 3 seperti yang terlihat pada Gambar 1 dan 11 Adanya penambahan kesadahan menyebabkan terjadinya penurunan penyisihan terhadap Fe. Bila dibandingkan dengan larutan yang mengandung Fe saja maupun larutan yang mengandung Fe dan Mn, kapasitas adsorpsi oleh perlit pada larutan yang mengandung kesadahan lebih kecil. Hal ini disebabkan karena dengan adanya kesadahan beban masa yang harus diadsorp oleh perlit semakin besar sehingga kesempatan perlit dalam menyerap Fe menjadi berkurang atau terjadinya kompetisi antar ionion dalam proses adsorpsi oleh perlit. 1,E-5 Kapasitas Adsorpsi (mg Fe/mg perlit) 1,E-5 1,E-5 1,E-5 8,E-,E-,E-,E-,E+ Pengaruh Kesadahan terhadap Penyisihan Fe Fe 5 Mn 1 Ksd Fe 5 Mn 1 Ksd 3 Fe 5 Mn 1 Ksd Gambar 1 Kapasitas Adsorpsi Fe oleh Perlit pada larutan Artifisial yang Mengandung Fe dan Mn Tetap Kesadahan Divariasikan Pada Gambar 1 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi oleh perlit berkisar 9,53 x 1-1,35 x 1-5 mg Fe/mg perlit. Kapasitas adsorpsi perlit untuk ketiga variasi konsentrasi kesadahan terbesar terjadi pada konsentrasi kesadahan terkecil yaitu mg/l CaCO 3. Hal ini serupa dengan percobaan dengan variasi konsentrasi Mn pada subbab.. dimana kapasitas adsorpsi terbesar terjadi pada konsentrasi Fe terkecil. Hal ini disebabkan oleh keberadaan ion-ion kesadahan (Ca dan Mg) dalam larutan. Semakin tinggi konsentrasi kesadahan dalam larutan maka kesempatan perlit menyerap Fe menjadi berkurang sehingga jumlah Fe yang teradsorp juga berkurang. Dengan demikian kapasitas adsorpsi menurun. Ini juga terjadi pada efisiensi penyisihan Fe. Untuk rentang konsentrasi kesadahan - mg/l CaCO 3 efisiensi terbesar terjadi pada konsentrasi mg/l KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Konsentrasi Fe di 8 sumur sampling berkisar (,9-1,) mg/l dan tidak memenuhi standar yang ditetapkan menurut Permenkes no. 97/. Konsentrasi Mn di 8 sumur sampling berkisar (,1-,) mg/l. Hanya 1 sumur yang memenuhi standar menurut Permenkes no. 97/. 3. Kapasitas adsorpsi Fe oleh perlit pada larutan yang mengandung Fe saja berkisar (,1 x 1-1,8 x 1-5 ) mg Fe/mg perlit. Pada rentang konsentrasi Fe (1-1) mg/l, semakin besar konsentrasi Fe semakin besar kapasitas adsorpsi Fe oleh perlit.. Kapasitas adsorpsi Fe oleh perlit pada larutan yang mengandung Fe dan Mn berkisar (1,3 x 1-5 1, x 1-5 ) mg Fe/ mg perlit. Pada konsentrasi Fe 5 mg/l dan konsentrasi Mn berkisar (,1-1) mg/l, semakin besar konsentrasi Mn semakin kecil kapasitas adsorpsi Fe oleh perlit. 5. Kapasitas adsorpsi Fe oleh perlit pada larutan yang mengandung Fe dan Mn lebih kecil dibandingkan dengan larutan yang mengandung konsentrasi Fe saja DAFTAR PUSTAKA Alaerts, GA; Santika, SS., Metoda Penelitian Air, Usaha Nasional, Surabaya, 198 Anderson, DA., Perlite, [ 9

7 Jurnal Teknik Lingkungan UNAND 13(1) : -5 (Januari 1) Primasari dan Gustilisa http// Corporation USA, 5 Dinas Kesehatan., Peraturan Menteri Kesehatan Permenkes No. 97/ Menkes/ SK/ VII/, http// 5 Dinas Kesehatan., Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 1/ Menkes/ per/ IX/ 1991, http// 5 Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Barat., Informasi Peluang Investasi Sumberdaya Mineral di Sumatera Barat, Padang, Effendi, H., Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan, Kanisius, Yokyakarta, 3 James M Montgomery Consulting Engineering, Inc., Water Treatment Principles and Design, John Willey & Sons, Inc, USA, 1985 Kementrian Lingkungan Hidup., Peraturan pemerintah Republik Indonesia No.8 tahun 1 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, http// 5 Slamet, J. S., Kesehatan Lingkungan, Gajah Mada University Press, Yokyakarta, 199. Zikra., Studi Kemampuan Perlit dalam Menurunkan Kesadahan Air Tanah, Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Andalas, Padang, 5 5