PENJERAPAN TEMBAGA (II) DALAM AIR LIMBAH DENGAN BEBERAPA JENIS TANAH PADA REAKTOR BATCH (Tanah Berlempung, Tanah Lempung Berpasir Dan Tanah Pasir)

Transkripsi

1 PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : PENJERAPAN TEMBAGA (II) DALAM AIR LIMBAH DENGAN BEBERAPA JENIS TANAH PADA REAKTOR BATCH (Tanah Berlepung, Tanah Lepung Berpasir Dan Tanah Pasir) H a r y a n t o*, Purwanto**, Agus Hadiyarto** Progra Studi Ilu Lingkungan Progra Pascasarjana Universitas Diponegoro * Fakultas Teknik Universitas Muhaadiyah Surakarta ** Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak Penelitian enggunakan tiga jenis tanah yaitu tanah berlepung warna hita dari Suberlawang, tanah lepung berpasir warna coklat dari Ngeplak dan tanah pasir warna erah dari Nogosari. Percobaan dilakukan secara batch pada berbagai aca konsentrasi awal tebaga (II) dala larutan dan air libah, sedangkan untuk analisis data dengan odel penjerapan Languir dan Freundlich. Keapuan penjerapan tanah berlepung terhadap tebaga (II) dala larutan (98 %), tanah lepung berpasir (76 %) dan tanah pasir (72 %). Model Freundlich penjerapan tebaga (II) dala air libah dengan tanah lebih sesuai daripada odel Languir dengan kesesuaian untuk tanah berlepung (84,83 %), tanah lepung berpasir (66,68 %) dan tanah pasir (13,83 %). Kata kunci : tebaga (II), air libah, tanah, penjerapan 1. PENDAHULUAN Penyebaran loga berat endapat perhatian para peerhati lingkungan, karena sifat loga berat yang berbahaya bagi anusia, tanaan, hewan dan akhluk hidup yang lain. Kesulitan dala pengelolaan libah yang engandung loga berat disebabkan oleh bentuk dan kandungan loga berat dala libah yang sangat bervariasi. Tebaga (Cu) terasuk loga berat yang harus diwaspai keberadaannya, naun dala julah yang sangat kecil diperlukan tubuh untuk ebentuk sel-sel darah erah karena dala air udah ebentuk suspensi dan tidak dapat didegradasi, dala julah lebih besar dan waktu peaparan yang laa akan dapat enyebabkan rasa yang tidak enak di lidah, iritasi hidung, ulut dan ata serta diare, disaping enyebabkan kerusakan pada hati. Pengolahan air libah yang engandung tebaga dapat dilakukan secara fisika dan atau kiia, sehingga tebaga tidak enyebabkan pencearan tanah dan air Pengolahan secara fisika antara lain dengan proses ebran dan penjerapan yang relatif urah, sedangkan untuk proses kiia isalnya dengan pengendapan bertingkat yang eerlukan biaya yang relatif besar. Tanah yang engandung bahan organik, kation natriu, aluiniu, besi dan silikat dapat enjerap loga berat (tebaga) yang terdapat dala air libah sebesar ek/100 g. Industri kerajinan tebaga erupakan salah satu industri yang berkebang di daerah Cepogo Boyolali Jawa Tengah sebagai salah satu sentra industri kerajinan tebaga yang eproduksi berbagai aca perabot ruah tangga. Selain enghasilkan produk yang beranfaat, kegiatan industri tersebut engahasilkan air libah yang engandung senyawa tebaga. Seentara di daerah sekitarnya banyak pengrajin batu bata yang enggunakan bahan baku tanah. Oleh karena itu untuk engurangi pencearan tebaga diungkinkan eadukan kedua jenis industri tersebut yaitu dengan eanfaatkan tanah yang untuk enjerap tebaga dala air libah, keudian tanah yang telah enjerap tebaga dapat dipergunakan sebagai bahan baku pebuatan batu bata. Penelitian ini ditujukan untuk epelajari keapuan penjerapan tanah disekitar industri kerajinan tebaga yaitu tanah berlepung (dari Suberlawang Sragen), tanah lepung berpasir (dari Ngeplak Boyolali) dan tanah pasir (dari Nogosari Boyolali), diana ketiga daerah ini asuk wilayah Jawa Tengah. Perasalahan dala penggunaan ke tiga jenis tanah sebagai penjerap tebaga (II) yaitu belu diketahui keapuan dan odel yang sesuai untuk penjerapan tebaga (II) dala air libah yang dapat digunakan dala perancangan alat penjerap. Adapun tujuan penelitian yaitu engetahui keapuan dan enyusun odel penjerapan pada reaktor batch tebaga (II) dengan tanah berlepung, tanah berpasir dan tanah pasir. H-13-1

2 2. METODE PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan Yang Dipergunakan. Bahan Yang Dipergunakan : Tanah berlepung warna hita (Suberlawang Sragen), tanah lepung berpasir warna coklat (Ngeplak Boyolali) dan tanah pasir warna erah (Nogosari Boyolali) kedalaan c. Tebaga nitrat, Cu(NO 3 ) 2 (Eerck, keurnian 99,98 %). Air libah yang engandung tebaga (Kerajinan tebaga di Cepogo Boyolali). Air suling (daya hantar listrik 0,1 µ S/c dan kadar Cu 2+ = 0,0277 pp) Alat Yang Dipergunakan: 1. Alat pengabil sapel tanah (Soil Auger) 2. Erleneyer 3. Gelas ukur 4. Labu takar 5. Pipet volu 6. Pipet ukur 7. Gelas beker 8. Botol sapel 9. Filter 10. Atoic Absorption Spectrophotoeter Cara Kerja Cara kerja penjerapan tebaga (II) pada reaktor batch disajikan dala bentuk blok diagra berikut ini Tanah NERACA Tanah 100 gra 1000 l Larutan tebaga nitrat / air libah GELAS BEKER (REAKTOR) Didiakan pada T ± 20 o C, diabil 10 l sapel filtrat untuk ja (0, ¼, ½, 3/4, 1, 2, 4) ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER Kadar tebaga (II) dala filtrat Gabar 1. Diagra Alir Percobaan Penjerapan Tebaga (II) Dengan Tanah Secara Batch Analisis data dilakukan dengan odel penjerapan isotheral Languir dan Freundlich serta Microsoft Ecel Progra. 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisis Air Libah dan Tanah Kandungan Loga Berat Air Libah H-13-2

3 Kandungan loga dala Air Libah kerajinan tebaga di Cepogo Boyolali Jawa Tengah dianalisis dengan Atoic Absorption Spectrophotoeter dan hasilnya disajikan pada tabel 1. Tabel 1. Kandungan Loga Air Libah No Loga Berat Kadar, pp 1. Tebaga (Cu 2+ ) 8,01 2. Tiah hita (Pb 2+ ) 3,82 3. Kroiu (Cr 3+ ) 1,05 4. Kadiu (Cd 2+ ) 2,01 5. Nikel (Ni 2+ ) 1,73 6. Kobalt (Co 2+ ) 1,11 7. Seng (Zn 2+ ) 3,30 Suber : Data prier, 2004 Air Libah engandung 7 (tujuh) aca loga berat yang terasuk dala kelopok berbahaya yaitu tiah hita (II), nikel (II), kroiu (III) dan kadiu (II) yang epunyai selektivitas yang lebih besar daripada tebaga (II) dan berpengaruh besar terhadap penjerapan tebaga (II) dengan tanah. Loga kobalt (II), seng (II) dengan selektivitas lebih kecil daripada tebaga (II) dan kurang berpengaruh terhadap penjerapan tebaga (II) dengan tanah Analisis Sifat Tanah Hasil analisis tanah berlepung warna hita dari Suberlawang, tanah lepung berpasir warna coklat dari Ngeplak dan tanah pasir warna erah dari Nogosari disajikan pada table 2. Tabel 2. Sifat Tanah Berlepung, Tanah Lepung Berpasir Dan Tanah Pasir Tanah Kerikil Pasir Kasar Koponen, % Berat Pasir Sedang Pasir Halus Lanau Lepung Kadar Air, % ρ, g/l ph Cu 2+, pp Berlepung (hita) ,0 0,6094 Lepung Berpasir (coklat) ,0 0,9972 Pasir (erah) ,0 0,6094 Suber : Data prier, Tanah terdiri dari fraksi kerikil/pasir sangat kasar (2,0 1,0 ), pasir kasar (1,0 0,5), pasir sedang/biasa (0,5 0,25), pasir halus (0,25 0,10), lanau (0,1-0,002) dan lepung (< 0,002). Kerikil, pasir kasar, pasir sedang dan pasir halus berisi pasir kuarsa (SiO 2 ) yang bersifat resisten terhadap pelapukan. Pelapukan dapat terjadi pada partikel lanau enjadi lepung. Lepung erupakan gabungan dari ion-ion yang dapat engebang dan engkerut dengan adanyapebasahan dan pengeringan atau keapuan enahan sejulah air yang besar. Sebagian partikel lepung epunyai uatan negatif dan engikat kation-kation yang erupakan unsur yang esensial. Kation-kation ini bergerak pada perukaan lepung dan dapat terjadi pertukaran kation dengan kation-kation dala larutan tanah. Lanau dan lepung disusun oleh ineral-ineral kaolinit, hidrous ika (illit), verikulit, ontorillit dan klorit yang epunyai kapasitas tukar kation pada ph 7,0 antara ek/100 gra. Ukuran partikel suatu bahan penjerap epengaruhi kecepatan penjerapan, seakin kecil ukuran partikel seakin besar kecepatan penjerapannya,, hal ini disebabkan oleh pendeknya jarak yang ditepuh kation pada proses difusi. Tanah berlepung dan tanah lepung berpasir engandung koponen lanau dan lepung yang lebih besar daripada tanah berpasir, aka epunyai keapuan penjerapan yang relatif lebih besar dan lebih cepat daripada tanah berpasir. H-13-3

4 3.2. Penjerapan Tebaga (II) Secara Batch. Penjerapan tebaga (II) secara batch diaksudkan untuk engetahui keapuan penjerapan tiga jenis tanah pada berbagai aca konsentrasi awal. Keapuan penjerapan tiga jenis tanah pada kondisi kesetibangan dengan 5 (lia) aca konsentrasi yang berbeda dan air libah ditunjukkan pada tabel 3 No Tabel 3. Keapuan Penjerapan Tanah Berlepung, Tanah Lepung Berpasir dan Tanah Pasir Jenis Larutan 1 Cu(NO 3 ) 2 Konsentrasi Awal, pp Tanah Berlepung /, g/g tanah Tanah Lepung Berpasir Tanah Pasir ( D = 1,13 ) ( D = 1,65 ) ( D = 1,78 ) Air Libah Suber : Data prier, 2004 Pada keadaan kesetibangan tanah berlepung, tanah lepung berpasir dan tanah pasir epunyai keapuan penjerapan tebaga (II) yang sebanding dengan konsentrasi awal. Pada konsentrasi awal yang saa, tanah berlepung epunyai keapuan penjerapan yang lebih besar daripada tanah lepung berpasir dan tanah pasir. Kondisi ini disebabkan oleh kandungan koponen lepung dan lanau yang epunyai kation Aluiniu (III) dan Silika (II) yang udah digantikan oleh tebaga (II) lebih banyak daripada dua jenis tanah lainnya. Penjerapan tebaga (II) dala larutan dan air libah dengan tanah berlepung, tanah lepung berpasir dan tanah pasir pada beberapa aca konsentrasi awal ditunjukkan pada gabar 2, 3 dan 4. 0,12 /, g / g tanah 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Waktu, ja Co = 1,51 pp Co = 3,45 pp Co = 7,25 pp Co = 9,32 pp Co = 12,45 pp L (Co = 8,01 pp) Gabar 2. Keapuan Penjerapan Tanah Berlepung Penjerapan tebaga (II) dala larutan dengan tanah berlepung pada 5 (lia) aca konsentrasi awal enunjukkan bahwa dengan bertabahnya konsentrasi, diikuti dengan bertabahnya julah tebaga (II) yang terjerap tanah berlepung baik pada kondisi dinais (0 1 ja pertaa) aupun kondisi tunak (jenuh) ulai 1 ja pertaa. Pada air libah (L), walaupun kadar tebaga (II)-nya lebih besar daripada C o = 3,45 pp, ternyata terjadi penurunan julah tebaga (II) yang terjerap, Kondisi ini disebabkan oleh adanya kation-kation lain yang terjerap bersaa-saa, terutaa kation-kation yang epunyai selektivitas penjerapan lebih besar dari pada tebaga (II), sehingga perukaan dan pori partikel tanah berlepung tidak hanya enjerap tebaga (II), tetapi juga kation-kation yang lain dan ditunjukkan pada gabar 2 H-13-4

5 /, g / g tanah 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Waktu, ja Co = 1,51 pp Co = 3,45 pp Co = 7,25 pp Co = 9,32 pp Co = 12,45 pp L (Co = 8,01 pp) 4 Gabar 3 Keapuan Penjerapan Lepung Berpasir Penjerapan tebaga (II) dala larutan dengan tanah lepung berpasir pada 5 (lia) aca konsentrasi awal enunjukkan bahwa dengan bertabahnya konsentrasi, diikuti dengan bertabahnya julah tebaga (II) yang terjerap tanah lepung berpasir baik pada kondisi dinais (0 1 ja pertaa) aupun kondisi tunak (jenuh) ulai 1 ja pertaa, naun julah yang terjerap lebih kecil dibandingkan dengan pada tanah berlepung. Pada air libah (L) terjadi fenoena yang saa pada tanah berlepung dengan gradien yang lebih kecil dan ditunjukkan pada gabar /, g / g tanah Waktu, ja 2 3 Co = 1,51 pp Co = 3,45 pp Co = 7,25 pp Co = 9,32 pp Co = 12,45 pp L (Co = 8,01 pp) 4 Gabar 4. Keapuan Penjerapan Tanah Pasir Penjerapan tebaga (II) dala larutan dengan tanah pasir pada 5 (lia) aca konsentrasi awal enunjukkan bahwa dengan bertabahnya konsentrasi, diikuti dengan bertabahnya julah tebaga (II) yang terjerap tanah pasir baik pada kondisi dinais (0 1 ja pertaa) aupun kondisi tunak (jenuh) ulai 1 ja pertaa, naun julah yang terjerap lebih kecil dibandingkan dengan pada tanah lepung berpasir. Pada air libah (L) epunyai fenoena yang saa dengan pada tanah lepung berpasir dengan gradien yang lebih kecil dan hapir saa dengan konsentrasi awal tebaga (II) dala larutan C o = 1,51 pp ditunjukkan pada gabar 4. Kondisi ini enunjukkan bahwa selektvitas tebaga (II) pada tanah pasir lebih rendah dibandingkan dengan tanah berlepung dan tanah lepung berpasir. Kondisi dinais penjerapan terjadi pada 0 1 ja pertaa engikuti persaaan : n = k C t atau ln = ln k + n ln t. C (1) Hasil perhitungan harga konstanta k dan n pada kondisi dinais dicantukan pada tabel 4. Tabel 4. Harga Konstanta k dan n Pada Penjerapan Secara Dinais No Jenis Larutan Jenis Tanah k n 1 Cu(NO 3 ) 2 Berlepung 1,0442 0,0229 H-13-5

6 2 Air Libah Lepung Berpasir 1,0191 0,0102 Pasir 1,0153 0,0096 Berlepung 1,0042 0,0025 Lepung Berpasir 1,0035 0,0020 Pasir 1,0013 1,0006 Pada kondisi dinais harga konstanta k dan n pada tanah berlepung lebih besar daripada dua jenis tanah yang lain (tanah lepung berpasir dan tanah pasir) atau sebanding dengan ukuran partikel dan kandungan koponen lepung dan lanau dala tanah penjerap. Laju penjerapan (r) yang besar disebabkan oleh reaksi kiia pada perukaan partikel, sedangkan laju penjerapan yang labat karena proses difusi tebaga (II) ke ikropori koponen anorganik dan organik tanah Model Penjerapan Tebaga (II) Secara Batch Pendekatan hasil percobaan penjerapan secara batch dengan odel penjerapan isoteral Languir k C 1 =. (2) 1 + k 2 C Tabel 5. Harga Konstanta Languir Pada Penjerapan Tebaga (II) Dengan Tanah No Jenis Tanah k 1 k 2, R 2 1 Tanah Berlepung 1,8467 7,57 0, Tanah Lepung Berpasir 0,0840 0,08 0, Tanah Berpasir 0,0606 0,03 0,5285 Dari tiga jenis tanah hanya tanah berlepung yang dapat dijelaskan dengan odel Languir yang enghasilkan harga k 1 = 1,8467, k 2 = 7,67 dan R 2 = 0,9659. Penjerapan dengan tanah lepung berpasir dan tanah pasir tidak dapat dilakukan pendekatan dengan odel Languir dibuktikan dengan harga R 2 yang terlau kecil. Kondisi ini dapat terjadi karena kandungan lepung (partikel berukuran kecil) pada tanah berlepung sebesar 44 % lebih besar daripada tanah lepung berpasir (15,30 %) dan tanah pasir (4,00). Ukuran partikel lepung yang kecil eungkinkan terjadinya penjerapan tebaga (II) dengan energi penjerapan yang relatif konstan dan tidak terjadi perpindahan zat terjerap antar bidang di perukaan partikel. Pendekatan terhadap hasil percobaan penjerapan secara batch dengan odel penjerapan isoteral Freundlich : 1 n = k C... (3) Tabel 6 Harga Konstanta n Dan k Model Freundlich No Jenis Tanah n K, Lg -1 R 2 1 Tanah Berlepung 1,4227 0, Tanah Lepung Berpasir 1,0774 7, Tanah Berpasir 1,0341 5, Konstanta n dan K pada odel Freundlich paling besar terjadi pada tanah berlepung, keudian tanah lepung berpasir dan terkecil pada tanah dengan koefisien korelasi yang besar (R 2 1). Perbandingan tebaga (II) terjerap dengan berat tanah (/) pada persaaan Freundlich untuk konsentrasi zat terjerap tertentu epunyai harga terbesar pada tanah berlepung, keudian pada tanah lepung berpasir dan tanah pasir. Kondisi ini dapat terjadi sesuai dengan kandungan koponen lepung dan lanau yang H-13-6

7 epunyai ukuran partikel yang paling kecil dan struktur kiia yang dapat bereaksi dengan tebaga (II) dala larutan diantara koponen tanah yang lain. Naun yang perlu endapat perhatian harga konstanta 1/n yang yang lebih besar dari ketentuan odel Freundlich sebesar 0,2-0,7 yang erupakan salah satu bentuk penyipangan dari odel. Pengujian kesesuaian odel Languir dan Freundlich yang diperoleh dengan penjerapan tebaga (II) dala air libah ditunjukkan pada tabel 7 Tabel 7. Penerapan Model Languir dan Freundlich Untuk Air Libah No Jenis Tanah Kesesuaian, % Model Languir Model Freundlich 1 Tanah Berlepung 33,74 13,83 2 Tanah Lepung Berpasir 42,71 66,68 3 Tanah pasir 34,11 84,83 Pada penjerapan tebaga (II) dengan tanah odel penjerapan Freundlich yang diperoleh sesuai untuk tanah pasir dan lepung berpasir. Kondisi ini dapat disebabkan dala air libah selain tebaga (II) terdapat juga kation-kation lain (terutaa yang epunyai selektifitas lebih besar daripada tebaga (II), nikel (II), tiah hita (II) dan kadiu (II) serta bahan-bahan lain yang engurangi julah tebaga (II) yang terjerap dala tanah. Model penjerapan isoteral Freundlich yang diperoleh untuk tanah lepung berpasir dan tanah pasir dapat dipergunakan sebagai referensi perancangan alat penjerap tebaga (II) dala air libah industri kerajinan tebaga di Cepogo Boyolali, sedangkan untuk tanah berlepung harus disusun odel khusus libah tersebut. 4. KESIMPULAN Hasil penelitian tentang penjerapan tebaga (II) dala air libah dengan tanah berlepung, tanah lepung berpasir dan tanah pasir, dapat disipulkan : 1. Keapuan penjerapan tanah terhadap tebaga (II) dala libah engikuti persaaan Freundlich sebagai berikut : No Jenis Tanah Ukuran Partikel Persaaan 1 Berlepung D : 0,002 9,52 ( D : 1,13 ) 2 Lepung Berpasir D : 0,002 9,52 ( D : 1,65 ) Kesesuaian, % = 1 1, ,83 = 0,4974 C 2 7,66.10 C 1 1, ,68 3 Pasir D : 0,002 9,52 ( D : 1,78 ) 1 2 1, 0341 = 5,82.10 C 84,83 Model Freundlich untuk tanah berpasir epunyai kesesuaian yang paling baik dan dapat diaplikasikan secara langsung. 2. Tanah berlepung, tanah lepung berpasir dan tanah pasir dapat dianfaatkan sebagai bahan penjerap pada pengolahan libah industri yang engandung tebaga (II) secara batch. DAFTAR PUSTAKA Achadi, U.F., 2001, Pengaruh Paraeter Menyipang Dala Air Minu/ Air Bersih Terhadap Kesehatan, (Direktur Jenderal PPM & PL, Departean Kesehatan dan Kesos, Jakarta. Droste R.L., 1997, Theory and Practice of Water and Wastewater Treatent, John Wiley and Sons, Inc, Singapore. Forth, H.D., 1995, Fundaentals of Soil Science, John Wiley & Sons Inc, Singapore Kepen LH, Noor : Kep-51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Libah Cair Bagi Kegiatan Industri, Bapedal, 1996, Jakarta. H-13-7

8 Matagi, S.V., Swai, D. and Mugabe, R., 1998, A Review of Heavy Metal Reoval Mechaniss in Wetlands, Afr.J.Trop.Hydrobiol,Fish.8, Kapala, Uganda. Metcalf and Eddy, 1991, Wastewater Engineering : Treatent, Disposal and Reuse, McGraw-Hill, Inc., Singapore. Papini, M.P., et.al, 2001, Copetitive Sorption and Transport of Heavy Metals Through a Natural Porous Mediu, University la Sapienza, P.le Aldo Moro, Roe, Italy Sung, C.H., et.al, 2002, Adsorption Pb (II) on Calcite-Type Calciu Carbonate by Bacth and Continuous Reactors, Departeent of Cheical Engineering, Sungkyunkwan University, Suwon Korea, J. Ind. Eng. Che., vol. 8, No. 4. Tan, K.H., (Terj. Goenadi, D.H.), 1998, Dasar-dasar Kiia Tanah, Cetakan ke-5, Gajah Mada University Press, Yogyakarta. Wentz, C.A., 1995, Hazardous Waste Manageent, Second edition, McGraw-Hill, Inc, Singapore. Yavuz, O, Yalcin,A. and Fuat G., 2003, Reoval of Copper, Nickel, Cobalt and Manganese fro Aqueous Solution by Kaolinite, Water Research 37, , Diyarbakir, Turkey. Yi, S., 2003, Surface Copleation Reaction for Copper (II) Adsorption on Kaolinite, School of Urban and Civil Engineering, Hongik University. H-13-8