KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI PATOGEN

Transkripsi

1 KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI PATOGEN TESIS Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Oleh FATHONI FIRMANSYAH NIM A PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i

2 KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI PATOGEN TESIS Oleh: Fathoni Firmansyah A Komisi Pembimbing Nama Tanda Tangan Tanggal Pembimbing I Dr. Pranoto, M.Sc NIP Pembimbing II Inayati, S.T.,M.T,Ph.D NIP Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si NIP ii

3 KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI PATOGEN TESIS Oleh: Fathoni Firmansyah A Telah dipertahankan di depan penguji dan dinyatakan telah memenuhi syarat pada tanggal Tim Penguji : Jabatan Nama Tanda Tangan Kepala Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si.. NIP Sekretaris Dr. Sunarto, M.S.. NIP Anggota Penguji Dr. Pranoto, M.Sc... NIP Anggota Penguji Inayati, S.T.,M.T,Ph.D... NIP Mengetahui, Direktur Program Pascasarjana Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si NIP NIP iii

4 PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa: Tesis yang berjudul: KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI PATOGEN ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta 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 secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17 tahun 2001). Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs-UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu Lingkungan. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku. Surakarta, 2015 Fathoni Firmansyah iv

5 ABSTRAK Fathoni Firmansyah. A Kajian Efektivitas Pengolahan Air Minum Menggunakan Campuran Lempung Dan Andisol Untuk Menjerap Logam Berat Kadmium (Cd) Dan Bakteri Patogen. Pembimbing I Dr. Pranoto, M.Sc., Pembimbing II Inayati, S.T.,M.T,Ph.D. Program Studi Ilmu Lingkungan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi semua mahluk hidup. Keberadaan polutan logam berat salah satunya kadmium (Cd) di dalam badan air merupakan masalah lingkungan yang memberi dampak negatif terhadap kualitas sumber air. Adsorpsi merupakan salah satu cara atau metode yang sering digunakan untuk pengolahan air limbah menjadi air bersih. Lempung dan andisol digunakan sebagai penjerap (adsorben) ion logam kadmium (Cd) dengan metode batch. Teknologi penjernih air menggunakan filter keramik digunakan untuk mengurangi kandungan logam kadmium (Cd) dan bakteri patogen dalam air. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi lempung dan andisol, suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi logam kadmium (Cd) dalam larutan model, kondisi optimum adsorpsi dan efektivitas pengolahan air minum sesuai Permenkes menggunakan adsorben campuran lempung dan andisol dalam menjerap logam kadmium (Cd) dan bakteri patogen. Identifikasi dan karakterisasi adsorben dilakukan dengan uji NaF, Spektroskopi infra merah (FTIR), difraksi sinar-x (XRD), luas permukaan spesifik dan keasaman total spesifik. Konsentrasi logam kadmium (Cd) dianalisis dengan spektroskopi serapan atom. Isoterm adsorpsi ditentukan dengan persamaan Freundlich dan Langmuir. Teknologi penjernih air dimodifikasi menggunakan filter keramik yang dibuat dengan komposisi campuran lempung dan andisol. Hasil penelitian menunjukkan sampel lempung dan andisol mengandung mineral-mineral alofan. Kondisi optimum adsorpsi dicapai pada suhu aktivasi 200 o C, waktu kontak 60 menit dan komposisi adsorben 60:40% lempung berbanding andisol. Isoterm Freundlich mewakili adsorpsi kadmium (Cd) pada adsorben lempung dan andisol dengan koefisien determinasi (R 2 ) (0,98) dan konstanta (k) (1,59), lebih tinggi dibandingkan Langmuir. Hasil pengukuran menunjukkan teknologi penjernih air menggunakan filter keramik efektif menurunkan kandungan logam kadmium (Cd) yaitu sebesar 99% dan bakteri patogen dalam air yaitu sebesar 100%. Kata kunci : Kadmium, Adsorpsi, Lempung, Andisol, Teknologi Penjernih Air Filter Keramik. v

6 ABSTRACT Fathoni Firmansyah. A A Study on the Effectiveness of Drinking Water Processing Using Clay and Andisol Mixture to Adsorb Cadmium (Cd) Heavy Metal and Pathogenic Bacteria. First Counselor: Dr. Pranoto, M.Sc. Second Counselor Inayati, S.T., M.T. Ph.D. Ecological Study Program, Surakarta Sebelas Maret University. Water is a natural resource very important to all of living organism. The existence of heavy metal pollutants, one of which is Cadmium (Cd) in water body is an environmental problem exerting negative effect on the quality of water source. Adsorption is a way or method frequently used to process liquid waste into clean water. Clay and andisol is used as adsorbent of cadmium (Cd) metallic ion with batch method. Water purifying technology using ceramic filter was used to reduce Cadmium (Cd) metal content and pathogenic bacteria in the water. This research aimed to find out the effect of clay and andisol composition, activation temperature and contact time on cadmium (Cd) metal adsorption in model solution, adsorption optimum condition and effectiveness of drinking water processing according to Permenkes using adsorbent made of clay and andisol mixture in adsorbing Cadmium (Cd) metal and pathogenic bacteria. Identification and characterization of adsorbent was conducted with NaF test, infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), specific surface width and total specific acidity. Cadmium (Cd) metal concentration was analyzed with atomic adsorption spectroscopy. Adsorption isotherm was determined using Freundlich and Langmuir. Water purifying technology was modified using ceramic filter made of clay and andisol mixture composition. The result of research showed that clay and andisol sample contained allophane mineral. The optimum condition of adsorption was achieved at activation temperature of 200 o C, contact time of 60 minuets and adsorbent composition of 60:40% (clay : andisol). Freundlich isotherm represented Cadmium (Cd) adsorption in clay and andisol adsorbent with coefficient of determination (R 2 ) (0.98) and constant (k) (1.59) higher than Langmuir. The result of measurement showed that water purifying technology using ceramic filter effectively lowered cadmium (Cd) metal content of 99% and pathogenic bacteria of 100% in water. Keywords: Cadmium, Adsorption, Clay, Andisol, Water Purifying Technology, Ceramic Filter. vi

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa dipanjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tesis dengan judul Kajian Efektivitas Pengolahan Air Minum Menggunakan Campuran Lempung dan Andisol Untuk Menjerap Logam Berat Kadmium (Cd) dan Bakteri Patogen. Tesis ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Ucapan terima kasih Penulis sampaikan kepada Dr. Pranoto, M.Sc. selaku pembimbing utama dan Inayati, M.T., Ph.D, selaku pembimbing anggota yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran di sela-sela kesibukannya untuk membimbing dan mengarahkan Penulis mulai dari penyusunan proposal, penelitian, ujian, dan penyusunan Tesis. Tidak lupa pada kesempatan ini Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan ijin penelitian tesis. 2. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si, selaku Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan UNS yang sudah memberikan ijin penelitian tesis. 3. Dr. Sunarto, M.S., selaku Sekretaris Penguji yang telah memberikan koreksi demi kesempurnaan penyusunan tesis ini. 4. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang sudah membantu dalam menyeleseikan tesis ini. 5. Orang tua, mertua, istri, kakak dan adik-adik yang selalu memberikan doa, nasihat, kasih sayang, dan dukungan baik moril maupun materiil yang tidak ternilai harganya sehingga Penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini. vii

8 6. Kepala dan staf Laboratorium Pusat, Sub Laboratorium Kimia dan Biologi Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah mengijinkan dan membantu Penulis untuk melakukan penelitian di laboratorium. 7. Teman-teman Ilmu Lingkungan 2013 yang selalu memberikan motivasi. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu dengan kerendahan hati Penulis menerima masukan berupa saran dan kritik membangun dari para pembaca. Besar harapan Penulis, semoga Tesis ini bermanfaat bagi semua dan pihak-pihak terkait. Surakarta, 2015 Penyusun viii

9 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI TESIS... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan Pustaka Air Lempung Andisol Logam Berat Kadmium (Cd) Adsorpsi Bakteri Patogen dan Indikator Air Minum Teknologi Penjernihan Air B. Kerangka Berpikir C. Hipotesis BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ix

10 B. Metode Penelitian C. Alat dan Bahan D. Prosedur Penelitian E. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakteristik Adsorben B. Uji Kinerja Adsorben terhadap Ion Logam Kadmium (Cd) C. Penentuan Isoterm Adsorpsi D. Teknologi Penjernih Air BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Data hasil analisis gugus fungsi lempung dan andisol Tabel 2. Hasil Analisis XRD tanah Lempung dan Andisol Tabel 3. Data penentuan luas permukaan Tabel 4. Data penentuan keasaman Tabel 5. Persamaan Regresi Linear Jerapan Ion Logam Kadmium (Cd) Larutan Model Tabel 6. Data hasil pemeriksaan awal air sumur Tabel 7. Data hasil pemeriksaan air sumur melalui teknologi penjernih air xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Ilustrasi Adsorbsi dengan persamaan Langmuir Gambar 2. Membran spiral wound atau Lilit-spiral Gambar 3. Kerangka Berpikir Gambar 4. Spektra FT-IR alofan Gambar 5. Spektra FT-IR Lempung Gambar 6. Difraktogram XRD lempung dan tanah andisol Gambar 7. Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Variasi Suhu Aktivasi dan Waktu Kontak terhadap Komposisi Adsorpsi Gambar 8. Perbandingan kapasitas adsorpsi adsorben terbaik dengan komposisi lempung:andisol Gambar 9. Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Komposisi Adsorben dan Waktu Kontak terhadap Suhu Aktivasi Gambar 10.Perbandingan kapasitas adsorpsi variasi komposisi lempung:tanah andisol dan suhu kalsinasi terhadap variasi waktu kontak Gambar 11. Kurva Isoterm Langmuir Ion Logam Kadmium (Cd) Gambar 12. Kurva Isoterm Freundlich Ion Logam Kadmium (Cd) xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data pengambilan sampel tanah andisol Lampiran 2. Hasil analisis gugus fungsi tanah andisol dengan FT-IR Lampiran 3. Hasil analisis gugus fungsi tanah andisol dengan FT-IR Lampiran 4. Hasil analisis gugus fungsi lempung dan tanah andisol sebelum adsorpsi dengan FTIR Lanpiran 5. Hasil analisis gugus fungsi lempung dan tanah andisol sesudah adsorpsi dengan FTIR Lampiran 6. Spektra FT-IR Alofan Standar (Devnita, 2005) Lampiran 7. Kurva standar ion logam Kadmium (Cd) Lampiran 8. Data JCPDS (Joint Committee On Difraction Standarts) Lampiran 9. Tabel Jarak d Mineral-mineral Lempung (Radiasi Cu Kα) (Tan, 1982) Lampiran 10.Data konsentrasi sisa hasil analisis adsorpsi ion logam Kadmium (Cd) oleh adsorben dengan AAS pada larutan model Lampiran 11.Data perhitungan kapasitas adsorpsi dan % Kadmium (Cd) teradsorp Lampiran 12. Hasil analisis luas permukaan lempung dengan SAA Lampiran 13. Hasil analisis luas permukaan tanah andisol dengan SAA Lampiran 14. Perhitungan penentuan keasaman Lampiran 15. Data isoterm adsorpsi ion logam Kadmium (Cd) Lampiran 16. Hasil Laboratorium air sumur sebelum dan sesudah melalui teknologi penjernih air Lampiran 17. Gambar alat teknologi penjernih air Lampiran 18. Biodata xiii