PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN, ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA

Transkripsi

1 PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN, ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA (Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA TESIS Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Oleh Sri Pujiyanti NIM : A PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

2 PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN - ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA(Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA TESIS Oleh Sri Pujiyanti NIM : A Komisi Pembimbing Nama Tanda Tangan Tanggal Pembimbing I Pembimbing II Dr. Pranoto, M.Sc. NIP Inayati, S.T, M.T, Ph.D. NIP Telah dinyatakan memenuhi syarat pada tanggal... Kepala Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana UNS Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP ii

3 PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN - ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA(Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA TESIS Oleh Sri Pujiyanti NIM : A Telah dipertahankan di depan penguji dan dinyatakan telah memenuhi syarat pada tanggal Mei 2016 Tim Penguji : Jabatan Nama Tanda Tangan Ketua Sekretaris Anggota Anggota Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP Dr. M. Masykuri, M.Si. NIP Dr. Pranoto, M.Sc. NIP Inayati, S.T, M.T, Ph.D. NIP Mengetahui, Direktur Program Pascasarjana Kepala Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. NIP iii Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP

4 PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1. Tesis yang berjudul: Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, Arang Aktif dan Koagulan Alum untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan Santo Paulus Surakarta ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata di dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik Tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku. 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim pembimbing/promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku. Surakarta, Sri Pujiyanti A iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kasih karena Penulis bisa menyelesaikan Tesis ini dengan judul Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, Arang Aktif dan Koagulan Alum Untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan Santo Paulus Surakarta.Menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tesis ini, untuk itu bersedia menerima saran dan kritik membangun yang dapat menyempurnakan tugas ini. Selama penyusunan Tesis ini berbagai kendala dan hambatan telah terjadi dan Penulis merasa sangat didukung oleh banyak pihak melalui berbagai cara. Oleh karena itu, pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih kepada : 1. Kepala Sekolah SMK Santo Paulus yang telah memberikan izin Tugas Belajar kepada penulis 2. Prof. Dr. Ravik Karsidi, M.S., selaku Rektor Universitas Sebelas Maret 3. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan izin penelitian tesis. 4. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si., selaku Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan izin penelitian dan selalu memberikan motivasi kepada penulis dalam penyusunan tesis hingga akhir. 5. Dr. Pranoto, M.Sc., selaku dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 6. Inayati, S.T, M.T, Ph.D., selaku dosen Pembimbing II yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 7. Dr. M. Masykuri, M.Si., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan untuk perbaikan tesis ini. 8. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan dukungan pendampingan dan bantuan sehingga meringankan penulis dalam menyelesaikan tesis ini. 9. Ibu, Suami dan kedua anakku tercinta yang telah menyemangati dan mendukung sehingga Tesis ini terselesaikan v

6 10. Rekan-rekan Program Studi Ilmu Lingkungan Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Tahun 2014/2015. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan tesis ini, untuk kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis hargai, peneliti berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi peneliti sendiri dan bermanfaat untuk masyarakat. Akhir kata mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya dan semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak Surakarta, Mei 2016 v

7 ABSTRAK Sri Pujiyanti. A Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, ArangAktif dan Koagulan Alum untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu 2+ ) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan Santo Paulus Surakarta, Pembimbing I. Dr. Pranoto, M.Sc., Pembimbing II. Inayati, S.T, M.T,Ph.D., Program Studi Magister IlmuLingkungan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air limbah laboratorium kimia Sekolah Menengah Kejuruan yang mengandung logam berat tembaga (Cu) dapat mempengaruhi kualitas air permukaan atau air tanah bila dibuang langsung ke sungai. Oleh karena itu air limbah tersebut perlu diolah agar tidak mencemari lingkungan. Air limbah yang mengandung kotoran berupa kolloid atau suspensi dapat dihilangkan dengan tawas atau aluminium sulfat. Konsentrasi Cu dalam air limbah laboratorium kimia dapat dikurangi dengan cara penjerapan menggunakan adsorben alam yaitu alofan dan arang aktif. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi tawas terhadap berat flok, pengaruh komposisi alofan-arang aktf, suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap prosentase penurunan Cu dalam air limbah laboratorium serta menentukan jenis adsorpsi isotherm adsorben alam alofan. Penjernihan awal air limbah dari kotoran yang berupa kolloid atau suspensi dilakukan secara batch menggunakan aluminium sulfat atau tawas dengan 7 konsentrasi. Penjerapan ion logam Cu 2+ dilakukan dalam suatu pipa kontinyu dengan 7 macam variasi komposisi, 2 variasi suhu, waktu kontak dilakukan sebanyak 3 kali. Analisis penurunan kadar Cu dilakukan dengan analisis kuantitatif dengan metode yodometri. Adsorpsi isotherm dianalisis mengikuti isotherm adsorpsi Langmuir atau Freundlich..Hasil penelitian menunjukkan bahwa berat flok optimum dicapai pada konsentrasi tawas 400 ppm. Kondisi optimum jerapan dicapai pada waktu kontak 5 menit, komposisi alofan dengan arang aktif 200 ml berbanding 150 dan suhu aktivasi 105 O C, limbah yang dibuang ke sungai dengan proses pengolahan ini menjadi lebih jernih dan dapat mengurangi kadar tembaga (Cu) sebesar %, penurunan kadar tembaga ini dapat mengendalikan pencemaran air yang sudah seringkali terjadi saat ini. Adsorpsi isoterm dapat mengikuti Freundlich atau isotherm Langmuir, tetapi lebih dominan mengikuti Freundlich. Kata kunci : Tembaga, adsorpsi, alofan, arang aktif viii

8 ABSTRACT Sri Pujiyanti. A "Natural Adsorbent Utilization Allophane, activated carbon and Alum Coagulant For adsorption copper (Cu 2+ ) on wastewater chemical laboratory at St. Paul Vocational School Surakarta," Supervisor I. Dr. Pranoto, M.Sc, Supervisor II. Inayati, S., M. T., Ph.d Environmental Sciences Master's Degree Courses, Sebelas Maret University Surakarta. Wastewater from the Chemistry Laboratory of the vocational high school St Paul contains heavy metal copper (Cu) that can affect the quality of surface water or ground water when directly dumped into the river. Therefore the wastewater needs to be processed in order not to pollute the environment. Wastewater that contains impurities such as kolloid or suspension can be removed with aluminum sulfate. The concentration of Cu in the wastewater of the chemical laboratory can be reduced by adsorption using natural adsorbents composed of allophane and activated carbon. This research was aimed to determinethe influence of alum concentration on the developed floc weight and influence of the composition of allophane-activated carbon, activation temperature and contact time against decrease percentage in Cu in the wastewater laboratory as well as to determine the type of adsorption isotherm of natural adsorbents allophane. Pre-treatment of wastewater from impurities in the form of suspension or colloid was done in batches using aluminum sulphate with 7 concentrations. Metal adsorption ions Cu2 + is carried out in a continuous pipe with 7 variance composition, temperature with 2 variance,while contact time in 3 variance. The Cu decrease analysis was done by quantitative analysis with the yodometri method. Adsorption isotherms were analyzed following Freundlich or Langmuir. The results showed that the optimum floc weight was achieved at a concentration of 400 ppm alum. Optimum adsorption conditions were achieved in activation temperature of 105 C, contact time of 5 minutes and allophane composition with activated carbon that is 200 compared to 150 ml, wastewater was dumped into the river in this processing becomes more clear and can reduce the levels of copper (Cu) of 38.44%, copper levels it can control water pollution which already often happens nowdays. Adsorption isotherme can follow Freundlich isotherm or Langmuir, but more dominant follow Freundlich. Key words: copper, adsorption, allophane, activated carbon viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ii LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI.. iii PERNYATAAN KEASLIAN... iv Kata Pengantar... v Abstrak... vii Abstract.. viii Daftar Isi... ix Daftar Gambar... xi Daftar Tabel... xii DaftarLampiran... xiii Bab I. Pendahuluan.. 1 A Latar Belakang Masalah 1 B Rumusan masalah.. 7 C Tujuan Penelitian... 7 D Manfaat Penelitian... 7 Bab II. Landasan Teori 9 A Tinjauan Pustaka Logam Berat Tembaga (Cu) 9 2. Bahan Koagulan Aluminium Bahan Penjerap Tanah Alofan Arang Aktif daritempurung Kelapa Proses Penjerapan Azas-azas Lingkungan B Kerangka Berpikir 26 C Hipotesis 29 ix

10 Bab III. Metodologi Penelitian 30. A Tempat Penelitian B Waktu Penelitian C Tata Laksana Penelitian Alat, Bahan dan Pembuatan Larutan.. 31 a. Alat.. 31 b. Bahan c. Pembuatan Larutan.. 32 d. Standarisasi Larutan Preparasi Penjerap Metode dan Identifikasi Penjerap a. Pengikatan Kotoran Limbah Laboratorium b. Proses Penjerapan Tembaga c. Penentuan Kadar Tembaga (Cu) d. Penentuan Persamaan Adsorpsi Isoterm. 38 e. Identifikasi Penjerap Teknik Pengumpulan dan Analisis Data.. 39 Bab IV. Hasil dan Pembahasan 43 A Pengaruh Variasi Konsentrasi Tawas B Pengaruh Variasi Waktu Kontak, Komposisi Waktu Kontak Variasi Komposisi Alofan-Arang Aktif. 47 a. Uji General Linier Model atau GLM b. Uji Regresi. 56 C Penentuan Isoterm Adsorpsi Bab V Kesimpulan dan Saran 61 Daftar Pustaka 63 Lampiran.. 69

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia... 5 Gambar 2. Struktur Alofan. 15 Gambar 3. Gambar 4. Sebaran Tanah Andisol di Pulau Jawa. Struktur Grafit dan Struktur Karbon Aktif Gambar 5. Tahap tahap Jerapan 22 Gambar 6. Hubungan Logis antara 14 Azas Lingkungan. 25 Gambar 7. Kerangka Berpikir 28 Gambar 8. Uji Flokulasi dengan Tawas Gambar 9. Pipa Penjernih dari PVC. 36 Gambar 10. Skema Variasi Perlakuan pada Penelitian 37 Gambar 11. Grafik Isoterm Langmuir.. 40 Gambar 12. Grafik Isoterm Freundlich 41 Gambar 13. Kurva Kuadratik Variasi Konsentrasi Tawas Gambar 14. Grafik Penurunan Cu pada Suhu 105 O C.. 49 Gambar 15. Grafik Penurunan Cu pada Suhu 110 O C.. 49 Gambar 16. Grafik Penurunan Cu pada Suhu 105 O C.. 50 Gambar 17. Grafik Penurunan Cu pada Suhu 110 O C.. 50 Gambar 18. Grafik Penurunan Cu Rata-rata pada Arang. 51 Gambar 19. Grafik Penurunan Cu Rata-rata pada Alofan 51 Gambar 20. Grafik Estimated Marginal Gambar 21. Kurva Linier Isotherm.. 59 xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 1. Kemampuan Arang Tempurung.. 18 Tabel 2. Jadwal Penelitian 30 Tabel 3. Daftar Alat.. 31 Tabel 4. Daftar Bahan Tabel 5. Hasil Berat Flok dengan Variasi Konsentrasi.. 43 Tabel 6. Hasil Uji Pendahuluan. 43 Tabel 7. Uji Beda. 44 Tabel 8. Uji Regresi 45 Tabel 9. Waktu Kontak 47 Tabel 10. Data Persentase Penurunan Cu. 48 Tabel 11. Konversi Data Kualitatif.. 52 Tabel 12 Hasil Analisis GLM.. 53 Tabel 13. Hasil Pengujian Regresi.. 57 Tabel 14. Data Konsentrasi CuSO 4 yang Tersisa. 58 Tabel 15. Analisis Isotherm Adsorpsi.. 58 Tabel 16. Hasil Analisis Isotherm Adsorpsi. 60 xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perkiraan Jumlah Limbah 69 Lampiran 2. Daftar Materi Praktikum Analisis Kuantitatif 70 Lampiran 3. Daftar Materi Praktikum Analisis Makanan.. 71 Lampiran 4. Data Bahan Baku. 72 Lampiran 5. Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu Lampiran 6. Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu Lampiran 7. Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu Lampiran 8. Data Perhitungan Statistik.. 76 Lampiran 9. Foto Kegiatan.. 92 xiii