OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI T E S I S

Transkripsi

1 1 OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI T E S I S Oleh WITRI MIRZA YUHANAN /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 2 OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Oleh WITRI MIRZA YUHANAN /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 3 PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN PASIR KUARSA DALAM PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI Nama Mahasiswa : WITRI MIRZA YUHANAN Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi Fakultas : Magister Ilmu Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui, Komisi Pembimbing Dr. Susilawati, M.Si Ketua Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Drs. Nasruddin MN, M. Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc NIP NIP

4 4 PERNYATAAN ORISINALITAS OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI TESIS Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, 23 Juli 2013 WITRI MIRZA YUHANAN NIM

5 5 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Witri Mirza Yuhanan NIM : Program Studi Jenis Karya Ilmiah : Magister Ilmu Fisika : Tesis Dengan pengembangan ilmu pengetahuan menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ( Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul : OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini, berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, 27 Juli 2013 Witri Mirza Yuhanan

6 6 Telah diuji pada Tanggal : 24 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Dr. Susilawati, M.Si : 1. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc 2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.S 4. Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc

7 7 DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar : Witri Mirza Yuhanan S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Tanjung Tiram, 21 Juni 1981 Alamat Rumah Batu Bara : Labuhan Ruku Lk. V Kecamatan Talawi Telepon/ HP : Instansi Tempat Kerja Alamat Kantor Sei Suka, : mr.yoehanan@yahoo.com : SMA Negeri 1 Sei Suka : Jl. Beringin Tanjung Gading Kecamatan Kabupaten Batu Bara. DATA PENDIDIKAN SD : Negeri Tanjung Tiram Tamat : 1991 SMP : SMP Negeri 1 Tanjung Tiram Tamat : 1994 SMU : SMA Negeri 1 Tanjung Tiram Tamat : 1997 Strata- 1 : FMIPA UNIMED Tamat : 2006 Strata- 2 : FMIPA USU Tamat : 2013

8 8 KATA PENGANTAR Pertama-tama kami ucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmad dan karunia-nya sehingga tesis ini diselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Provinsi Sumatera Utara c.q Kepala Bappeda Pemprovsu yang telah memberikan bantuan belajar sehingga penulis dapat menyelesaikan Program Magister Ilmu Fisika pada program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor, Prof. Dr. dr Syahrial Pasaribu, DTH&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas FMIPA, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S beserta seluruh staf Pengajar pada program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas FMIPA. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Dr. Susilawati, M.Si selaku Pembimbing Utama dan Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku Pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya tesisi ini. Ucapan terima kasih kepada Ayahanda Yuhanan Bahar dan Ibunda Fatimah Anwar, yang telah bersusah payah membesarkan dan mendidik penulis dengan penuh kasih sayang. Ayahanda dan Ibunda yang senantiasa tiada henti berdoa dengan ikhlas untuk keselamatan dan keberhasilan penulis. Serta Ayahanda dan Ibunda Mertua, Zainal Alwi dan Rosidah terima kasih atas segala dorongan dan dukungan nya yang dengan tulus ikhlas senantiasa menyayangi kami sekeluarga. Yang paling istimewa Isteri terkasih Maria Ulfah, SE serta anak-anak ku tercinta Wildan Fadhlurrahman Mirza, Naura Fathyara Mirza dan Nayra Fathyara Mirza, atas segala doa, kesabaran dan curahan kasih sayang sepenuh jiwa, dan terima kasih selama ini telah menjadi motivator dalam mencapai keberhasilan ini. Semoga tetap dalam bingkai keluarga yang sakinah mawaddah warrahmah. Keluarga besar Tasbi Blok LL/12, khususnya Abangda Zulkarnain Putra, Winsyahputra Ritonga, Ucok Oka Rakasiwi, Warkum, Mulyadi dan adinda Mhd. Ficky Afrianto, Masthura, Ikhsan Parindu terima kasih atas dukungan moral dan perhatian yang besar dalam menyelesaikan pendidikan dan tesis ini, yang selalu seiring jalan dalam suka maupun duka, semoga persaudaraan ini tetap terjaga serta menjadi kenangan terindah sampai akhir hayat.

9 9 Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan mahasiswa-mahasiswi Program Studi Magister Ilmu Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Angkatan 2011 atas kebersamaan dan persahabatan yang telah terjalin selama ini. Sekali lagi penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada mereka yang telah penulis sebutkan satu persatu. Semoga kebaikkan mereka dibalas dengan limpahan pahala yang berlipat ganda, terjaga kesehatannya, tetap dalam rahmat dan hidayah serta perlindungan Tuhan Yang Maha Esa. Penulis menyadari bahwa Tesis ini tidak mungkin terlepas dari kesalahan. Oleh sebab itu dengan senang hati penulis menerima kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaannya. Medan, 24 Juli 2013 WITRI MIRZA YUHANAN

10 10 OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI ABSTRAK Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa merupakan material yang sering digunakan sebagai media adsorpsi terutama dalam penjernihan air. Pada umumnya arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa masih mengandung pengotor-pengotor organik dan anorganik yang menutupi porinya, sehingga untuk meningkatkan kemampuan daya serap harus dilakukan aktivasi terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh suhu aktivasi, terhadap daya serap, kadar air dan porositas. Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa dengan suhu aktivasi optimum akan di modifikasi menjadi gabungan filter dalam penjernihan air. Hasil penelitian menunjukkan suhu aktivasi optimum untuk arang tempurung kelapa C dengan daya serap 74,8%, kadar air 3,92% dan porositas sebesar 71,13%. Untuk zeolit pada suhu C dengan daya serap 65,8%, kadar air 5,36% dan porositas 57,53%. Sedangkan untuk pasir kuarsa pada suhu C dengan daya serap 45,5%, kadar air 4,86% dan porositas 45,46%. Gabungan filter material yang optimum adalah modifikasi gabungan filter F 2 ( susunan sekat arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa) dengan daya serap 65,73%, kadar air 5,35% dan porositas 70,43%. Gabungan filter F 2 ini selanjutnya akan digunakan dalam proses penjernihan air. Penjernihan air sungai selain dilakukan dengan gabungan filter F 2 juga dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian di filter dengan gabungan filter F 2. Hasil Pengujian beberapa parameter fisika fisika ( suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau dan rasa), parameter kimia ( ph, logam Fe dan Al) dan parameter mikrobiologi ( bakteri E. Coli dan Colifrom ) menunjukkan bahwa penjernihan air denga proses elektrokoagulasi yang kemudian di filter dengan filter F 2 telah memenuhi standar air bersih berdasarkan Permenkes RI No. 416 Tahun 1990 dan memenuhi standar air minum berdasarkan Permenkes RI No. 492 Tahun Kata Kunci : arang tempurung kelapa, zeolit, pasir kuarsa, aktivasi, gabungan filter, penjernihan air

11 11 OPTIMIZATION COMBINATION OF A COCONUT SHELL CHARCOAL FILTER, ZEOLITE AND QUARTZ SAND FOR WATER PURIFICATION TAMIANG RIVER WITH ELEKTROCOAGULATION ABSTRACT Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand is a material that is often used as an adsorption media, especially in water purification. In general, coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand still contain organic impurities and inorganic pore cover, so as to increase the absorption capacity must be done prior activation. This study aims to determine the effect of the activation temperature, the absorption, moisture content and porosity. Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand with optimum activation temperature will be design as the water purification filters. The results showed optimum activation temperature to C with coconut shell charcoal absorption 74.8%, water content 3.92% and amounted to 71.13% porosity. For zeolite at a temperature of C with absorption 65.8%, water content 5.36% and 57.53% porosity. As for the quartz sand at a temperature of C with absorption 45.5%, water content 4.86% and 45.46% porosity. Filter combined that optimum is the combined of the filter F 2 (bulkhead arrangement of coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand) with absorption 65.73%, water content 5.35% and 70.43% porosity. Filter combined F 2 will then be used in the water purification process. Purification of river water than is done with the combined of the filter F 2 is also done with the electrocoagulation process later in the filter combined with filter F 2. Testing results of physics parameters (temperature, TDS, turbidity, color, odor and taste), chemical parameters (ph, Fe and Al) and microbiological parameters (bacteria E. Coli and Colifrom) showed that the water purification with electrocoagulation process which is then filter using F2 filter have fulfilled clean water standards based Permenkes No of 1990 and the drinking water standards based Permenkes No in Keywords: coconut shell charcoal, zeolite, quartz sand, activation, filter design, Purification of water

12 12 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN i iii iv v viii x xi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Kondisi Umum Sungai Tamiang Pencemaran Air Sungai Pencemaran Air Sungai Tamiang Indikator Pencemaran Air 7

13 Gabungan Filter Proses Filtrasi Karbon Aktif Zeolit Pasir Kuarsa Keramik Pembuatan Karbon Aktif Metode Tradisional Metode Yang Di Perbaharui Analisi material Faktor Fisika dan Kimia yang Mempengaruhi Air Proses Pengolahan Air Metode Elektrokoagulasi Proses Khlorosi Proses Ozonisasi Proses Filtrasi 24 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan lokasi penelitian Alat dan Bahan Alat Bahan Pengambilan Sampel Diagram Alir Diagram Alir Pengaktivasian Material Diagram alir proses penjernihan air Desain filter Prosedur Penelitian Skema Pengolahan Air Sungai 32 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 33

14 Proses Pengaktivasian Daya Serap air Daya Serap Air Arang Tempurung Kelapa Daya Serap Zeolit Daya Serap Pasir Kuarsa Kadar Air Menguap Kadar Air Arang Tempurung Kelapa Kadar Air Zeolit Kadar Air Pasir Kuarsa Porositas Porositas Arang Tempurung Kelapa Porositas Zeolit Porositas Pasir Kuarsa Analisis SEM Morfologi Permukaan Arang Tempurung Kelapa Morfologi Permukaan Zeolit Morfologi Permukaan Pasir Kuarsa Modifikasi Gabungan filter Daya Serap Filter Kadar Air Filter Porositas Filter Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang Karakteristik Air Sungai Tamiang Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan Filter F Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan Metode EC dan di filter dengan Filter F Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan Filter F 2 68

15 Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan Metode EC dan di filter dengan Filter F 2 69 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 74 DAFTAR PUSTAKA 75 LAMPIRAN L-1

16 16 DAFTAR TABEL Nomor Tabel J u d u l Syarat Mutu Arang Aktif SII Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI no Hasil Pengujian Daya Serap Air Tanpa Aktivasi Arang Tempurung Kelapa Hasil Pengujian Daya Serap Air Setelah Aktivasi Arang Tempurung Hasil Pengujian Daya Serap Air Tanpa Aktivasi Zeolit Hasil Pengujian Daya Serap Air Setelah Aktivasi zeolit Hasil Pengujian Daya Serap Air tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Pengujian Daya Serap Air setelah Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Arang Tempurung Kelapa Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Arang Tempurung Kelapa Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Zeolit Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Zeolit Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Arang Tempurung Kelapa Hasil Porositas Setelah Aktivasi Arang Halaman

17 Tempurung Kelapa Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Zeolit Hasil Porositas Setelah Aktivasi Zeolit Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Porositas Setelah Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Pengujian Daya Serap Gabungan Filter Hasil Pengujian Kadar Air Gabungan Filter Hasil Pengujian Porositas Gabungan Filter Pengujian Air Sungai Sebelum Diolah Karakteristik Air Sungai Tamiang Sebelum dan Sesudah difilter dengan Filter Campuran Arang Tempurung Kelapa, zeolit dan Pasir Kuarsa Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah diolah dengan Elektrokoagulasi kemudian di Filter dengan Filter Campuran Arang Tempurung Kelapa, zeolit dan Pasir Kuarsa Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah di Filter F 2 ( susunan karbon aktif, zeolit dan pasir kuarsa yang disekat) Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah di Olah dengan Elektrokoagulasi kemudian di Filter F 2 (susunan karbon aktif, zeolit dan pasir kuarsa yang disekat)

18 18 DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar J u d u l Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi Bagan Alir Penelitian Tahap I Bagan Alir Penelitian Tahap II Proses penjernihan air dengan gabungan filter optimum Proses penjernihan air dengan gabungan filter optimum melalui proses elektrokoagulasi Grafik Daya Serap Arang Tempurung Kelapa Grafik Daya Serap Zeolit Grafik Daya Serap Pasir Kuarsa Grafik Kadar Air Arang Tempurung Kelapa Grafik Kadar Air Zeolit Grafik Kadar Air Pasir Kuarsa Grafik Porositas Arang Tempurung Kelapa Grafik Porositas Zeolit Grafik Porositas Pasir Kuarsa Mikrograf SEM Permukaan Arang Tempurung Kelapa Mikrograf SEM Permukaan Zeolit Mikrograf SEM Permukaan Pasir Kuarsa Grafik Daya Serap Gabungan Filter Grafik Kadar Air Gabungan Filter Grafik Porositas Gabungan Filter Halaman

19 19 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran A B C D E F J u d u l Data Hasil Perhitungan Gambar Alat Dan Bahan Surat Keterangan Dari Kepala Laboratorium Fisika Unimed Dan Hasil SEM Hasil Uji Air Sungai Tamiang Peraturan Menteri Kesehatan RI No.416 Tahun 1990 Tentang Air Bersih Peraturan Menteri Kesehatan RI No.492 Tahun 2010 Tentang Air Minum Halaman L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6