T E S I S. Oleh ZULKARNAIN PUTRA /FIS

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI T E S I S Oleh ZULKARNAIN PUTRA 117026010/FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI T E S I S Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika Pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Oleh ZULKARNAIN PUTRA 117026010/FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI Nama Mahasiswa : ZULKARNAIN PUTRA Nomor Induk Mahasiswa : 117026010 Program Studi : Magister Ilmu Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui, Komisi Pembimbing Dr. Susilawati, M. Si K e t u a Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M. Sc Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc Dr. Sutarman, M. Sc NIP. 19550706 198102 1 002 NIP. 19631026 199103 1 001

PERNYATAAN ORISINILITAS PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI T E S I S Dengan ini saya menyatakan 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, 24 Juli 2013 ZULKARNAIN PUTRA NIM. 117026010

PERNYATAAN PERSETUJAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika, saya yang bertanda tangan di bawah ini : N a m a : ZULKARNAIN PUTRA N I M : 117026010 Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : T e s i s Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non- Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul : PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Ekslusif 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, 24 Juli 2013 ZULKARNAIN PUTRA NIM. 117026010

Telah diuji pada Tanggal : 24 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr. Susilawati, M. Si Anggota : 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

RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama lengkap berikut gelar : Drs. ZULKARNAIN PUTRA Tempat dan Tanggal Lahir : Tebing Tinggi, 17 Maret 1966 Alamat Rumah : Dusun Karya Kampung Payabedi Kecamatan Rantau Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh Telepon /Fax/HP : +6281361350098/+6285277395398 e-mail : zulkarnain_putra@ymail.com Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 2 Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh Alamat Kantor : Jalan Medan-Banda Aceh Desa Bukit Rata Kecamatan Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh Telepon : 0641-332343 DATA PENDIDIKAN SD : SD Negeri 1 Kualasimpang Tamat : 1980 SMP : SMP Negeri Kualasimpang Tamat : 1983 SMA : SMA Negeri Kualasimpang Tamat : 1986 Strata-1 : Unsyiah Banda Aceh Tamat : 1992 Strata-2 : FMIPA USU Medan Tamat : 2013

KATA PENGANTAR Segala puja dan puji hanya kepada Allah SWT, shalawat serta salam semoga terus-menerus dilimpahkan oleh Allah SWT kepada baginda Rasulullah Muhammad SAW, keluarga dan sahabat sekalian. Dengan selesainya Tesis ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada : Rektor, Bapak Prof. Dr. dr. Syahrial Pasaribu, DTH&H., M. Sc., (CTM)., Sp. A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis dalam mengikuti dan menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara. Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Sutarman, M.Sc., atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc., serta Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika, Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S., beserta seluruh staf pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Terima kasih yang tak terhingga serta penghargaan yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Susilawati, M.Si., selaku Pembimbing Utama serta Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc., selaku Pembimbing I, atas semua sumbangan pikiran dan saran serta bimbingan dengan penuh kesabaran, dorongan, motivasi serta arahan-arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini tepat pada waktunya. Terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan Penguji dan Penilai Tesis, yaitu Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S., Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc., serta Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc., atas kesediaannya untuk menguji dan menilai penulis. Ucapan terima kasih khusus disertai tetesan air mata, penulis sampaikan kepada yang mulia Ayahanda dan Ibunda tersayang, Bapak Almarhum Makrufdin Madjid dan Ibu Almarhumah Lailiah yang telah bersusah payah membesarkan, menyekolahkan, membiayai serta mendidik penulis dengan penuh kasih sayang. Ayahanda dan Ibunda yang selama hayatnya senantiasa membelai penulis dengan penuh kelembutan dan tiada pernah berhenti berdoa untuk keselamatan serta keberhasilan penulis. Demikian juga kepada Ayahanda dan Ibunda Mertua, Bapak Ngatiman Sebi dan Ibu Tumirah, yang dengan tulus ikhlas senantiasa menyayangi kami sekeluarga. Paling istimewa ucapan terima kasih diiringi dengan cinta yang paling dalam kepada Isteri tercinta Eni Mariani S. Pd.I., atas semua kepercayaan dan kerelaan yang

telah diberikan kepada penulis. Penghargaan yang setinggi-tingginya juga penulis haturkan kepada Isteri terkasih atas kesetiaan dan kesabarannya dalam mendampingi penulis menyelesaikan studi Magister ini. Kepada putera-puteriku yang kusayangi Athaillah Haykal Thaha, Salsabila Hayuma Al Mumthahanah dan Nabila Haifa An Nisa, jadilah anak yang pintar dan cerdas, anak yang berakhlakul karimah, wahai ketiga buah hatiku, kalian adalah nafas kehidupanku. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan mahasiswa-mahasiswi Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pasca Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Angkatan 2011 atas kebersamaan dan persahabatan yang telah terjalin selama ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sangat istimewa kepada adikadikku Witri Mirza Yuhanan, Muhammad Ficky Afrianto, Masthura, Muliyadi, Winsyah Putra Ritonga, Warkum, Ucok Oka Rakasiwi Harahap, Ikhsan Parinduri yang selama ini tetap seiring jalan dalam suka maupun duka, semoga persahabatan dan persaudaraan ini tetap terjaga serta menjadi kenangan terindah hingga akhir hayat. 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 Penulis, ZULKARNAIN PUTRA

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan karbon aktif kayu bakau dengan aktivasi fisika dengan variasi suhu aktivasi 500 o C, 600 o C, 700 o C, 800 o C, dan 900 o C, waktu penahanan selama 1 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui suhu aktivasi terbaik karbon aktif kayu bakau untuk digunakan sebagai filter pada penjernihan air sungai. Berdasarkan SNI No. 06-3730-1995 hasil pengujian karbon aktif kayu bakau yang terbaik (optimum) dengan kadar air 4,25 %, kadar ZMM 9,88 %, kadar abu 2,44 % dan kadar karbon 87,68 %, diperoleh pada suhu aktivasi 500 o C. Karbon aktif kayu bakau optimum digunakan sebagai filter dalam penjernihan air sungai. Penjernihan air sungai selain dilakukan dengan filter karbon aktif kayu bakau optimum juga dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian difilter dengan filter karbon aktif kayu bakau optimum. Hasil pengujian beberapa parameter, parameter fisika (suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa), parameter kimia (ph, logam Fe, logam Al) menunjukkan bahwa semua parameter air yang diuji sudah memenuhi standar Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 416 Tahun 1990 Tentang Air Bersih dan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesi Nomor 410 Tahun 2010 Tentang Air Minum. Kata kunci : Karbon aktif kayu bakau, aktivasi fisika, penjernihan air sungai, elektrokoagulasi.

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF MANGROVE WOOD ACTIVATED CARBON WITH PHYSICS ACTIVATION AS WATER PURIFICATIONFILTER OF TAMIANG RIVER WITH ELECTROCOAGULATION PROCESS ABSTRACT The manufacture of Mangrove wood activated carbon with physical activation with temperature variation in 500 o C, 600 o C, 700 o C, 800 o C, and 900 o C for 1 hour detention time. This study aims to determine the best activation temperature of mangrove wood activated carbon used as a filter for the purification of river water. Based on SNI No. 06-3730-1995 thetesting results of mangrove wood activated carbon is best (optimum) with a water content of 4.25%, 9.88% volatile matter, ash content 2.44% and 87.68% carbon content, obtained at the activation temperature of 500 o C. Optimum mangrove wood activated carbon used as a filter in the purification of river water. Purification of river water than is done with mangrove wood activated carbon filters are also made with optimum electrocoagulation process which is then filtered with activated carbon filters optimum mangrove wood. Testing result of some parameter, physical parameters (temperature, TDS, turbidity, color, odor, taste), chemical parameters (ph, Fe metal, metal Al) suggests that all water parameters are test fulfilled the standard Regulation of the Minister of Health of the Republic of Indonesia No. 416 Years 1990 about freshwater and the Minister of Health of the Republic of Indonesia No. 410 of 2010 Concerning Drinking Water. Key words : Mangrove wood activated carbon, physics activation, river water purification, electrocoagulation.

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN Halaman i iii iv v vii viii xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah 1 1.2 Perumusan Masalah 4 1.3 Batasan Masalah 5 1.4 Tujuan Penelitian 5 1.5 Manfaat Penelitian 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Air 7 2.2 Sungai Tamiang 10 2.2.1 Karakteristik Air Sungai Tamiang 10 2.2.2 Pencemaran Air Sungai Tamiang 11 2.2.3 Pengolahan Air Sungai Tamiang 12 2.3 Hutan Bakau (Mangrove) 13 2.4 Karbon Aktif 15 2.4.1 Pembuatan Karbon Aktif 16 2.4.2 Standar Kualitas Karbon Aktif 22 2.4.3 Prosedur Analisis Karbon Aktif 23

2.4.4 Analisis dengan SEM 26 2.5 Proses Elektrokoagulasi 26 2.5.1 Kelebihan Elektrokoagulasi 27 2.5.2 Kelemahan Elektrokoagulasi 28 2.5.3 Mekanisme Elektrokoagulasi 29 BAB III BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian 31 3.2 Bahan dan Peralatan 32 3.2.1 Bahan 32 3.2.2 Peralatan 32 3.3 Pengambilan Sampel Air 34 3.4 Diagram Alir Penelitian 35 3.5 Prosedur Penelitian 37 3.6 Skema Pengolahan Air Sungai Tamiang 38 METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Karakteristik Karbon Aktif Kayu Bakau Aktivasi Fisika 40 4.2 Pengujian Karbon Aktif 41 4.2.1 Kadar air 41 4.2.2 Kadar Zat Mudah Menguap 43 4.2.3 Kadar Abu 45 4.2.4 Kadar Karbon 46 4.2.5 Daya Serap Air 48 4.3 Hasil Analisis SEM 50 4.4 Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang 53 4.5 Proses Penjernihan air Sungai Tamiang dengan Menggunakan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau 54 4.6 Proses Penjernihan air Sungai Tamiang dengan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau Melalui Proses Elektrokoagulasi 56

BAB V METODOLOGI PENELITIAN 5.1 Kesimpulan 58 5.2 Saran 59 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL Nomor Tabel J u d u l Halaman 2.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI No. 06-3730- 1995 Data Hasil Proses Aktivasi Fisika Data Hasil Pengujian Kadar Air Data Hasil Pengujian Kadar Zat Mudah Menguap Data Hasil Pengujian Kadar Abu Data Hasil Pengujian Kadar Karbon Data Hasil Pengujian Daya Serap Air Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang Sebelum Dijernihkan Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang Setelah Dijernihkan Dengan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau Hasil Pengujian Air Sungai Setelah Proses Elektrokoagulasi dan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau. 23 40 41 43 45 47 48 54 55 56

DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 J u d u l Mekanisme dalam Elektrokoagulasi Bagan Alir Penelitian Tahap I Bagan Alir Penelitian Tahap II Proses penjernihan air dengan filter karbon aktif kayu bakau Proses penjernihan air dengan filter karbon aktif kayu bakau melalui proses elektrokoagulasi Grafik Kadar Air Terhadap Suhu Aktivasi Grafik Kadar Zat Mudah Menguap Terhadap Suhu Aktivasi Grafik kadar abu terhadap suhu aktivasi Grafik kadar karbon terhadap suhu aktivasi Grafik daya serap terhadap suhu aktivasi Hasil pengujian SEM arang kayu bakau Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau suhu aktivasi 500 o C Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau suhu aktivasi 700 o C Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau suhu aktivasi 900 o C Halaman 29 35 36 39 39 42 44 45 47 49 51 51 52 52

DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran A B C D E F G J u d u l Data Hasil Pengujian Karbon Aktif Kayu Bakau Dokumentasi Alat dan Bahan Penelitian Prosedur Pengujian Karbon Aktif Kayu Bakau Surat Keterangan Pengujian SEM dari Kepala Laboratorium Fisika Universitas Negeri Medan Data Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 416 Tahun 1990. Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492 Tahun 2010. Halaman L-1 L-6 L-10 L-12 L-18 L-20 L-22