BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan salah satu materi penting yang ada di bumi dan terdapat dalam fasa cair, uap air maupun es. Kebutuhan manusia dan makhluk hidup lainnya untuk bisa terus bertahan hidup tentu saja sangat tergantung pada ada atau tidak adanya ketersediaan air. Kebutuhan akan air ini bahkan dapat dikatakan yang utama setelah kebutuhan akan oksigen, mengalahkan kebutuhan penting lainnya seperti pakaian, tempat tinggal, energi, dan juga makanan sekalipun. Beberapa sumber data menyebutkan bahwa tubuh kita sendiri tersusun dari ± 70% cairan dan juga setiap harinya paling tidak memerlukan 2 hingga 3 liter air minum (Institute of Medicine, 2005). Begitu pentingnya peran air bagi kehidupan inilah juga yang menyebabkan mengapa beberapa peradaban kuno terdapat di sekitar sungai-sungai besar seperti Sungai Nil di Mesir dan juga Sungai Kuning (Hwang Ho) di Cina. Namun tidak semua air yang tersedia tersebut dapat digunakan begitu saja terutama oleh manusia, melainkan hanya yang telah memenuhi kriteria tertentu dan air bersihlah yang benar-benar dapat langsung dimanfaatkan oleh manusia. Sesuai dengan Permenkes No.416 Tahun 1990 tentang air bersih, air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari adalah yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Sedangkan air minum sendiri yaitu air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung 1
2 diminum. Syarat kesehatan dari kualitas air tersebut meliputi persyaratan mikrobiologi, fisika kimia, dan radioaktif. Hal ini menjadikan air bersih terutama air minum sesuatu yang penting untuk selalu ada bagi manusia. Sejalan dengan peningkatan jumlah populasi manusia ditambah beberapa faktor seperti rusaknya daerah tangkapan air dan pencemaran lingkungan telah mengakibatkan terjadinya krisis air bersih baik secara global maupun di Indonesia sendiri. Potensi sebagai negara yang kaya air, ternyata tidak mampu menghindarkan Indonesia dari krisis air bersih. Setiap kali musim kemarau tiba berbagai daerah mengalami kekeringan air. Bahkan ketika musim penghujan pun krisis air bersih tetap mengintai lantaran surplus air yang kerap mengakibatkan banjir sehingga sumber air tidak dapat termanfaatkan. Krisis air bersih membuat sebagian besar penduduk Indonesia terutama di daerah-daerah sulit air mengkonsumsi air yang seharusnya tidak layak minum. Sementara itu penelitian dan penerapan aplikasi teknologi dalam pengolahan dan penjernihan air dewasa ini cukup berkembang pesat. Salah satu penerapan teknologi yang cukup banyak dikembangkan saat ini salah satunya yaitu dengan teknologi membran. Ditinjau dari bahannya membran dapat terbuat dari bahan organik, bahan anorganik dan maupun dari bahan sintetis. Membran berfungsi memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat (Agustina dkk., 2008). Filtrasi dengan
3 membran dapat memisahkan makromolekul dan koloid dari larutannya, selain itu membran juga mempunyai diameter pori yang berbeda. Membran keramik adalah salah satu jenis membran dari bahan anorganik yang dewasa ini telah banyak digunakan dalam berbagai proses filtrasi, salah satunya dalam aplikasi penjernihan air. Membran keramik dapat dibuat dari kumpulan partikel-partikel serbuk material organik sebagai aditif pembentuk ruang (pori) di antara partikel-partikel anorganik. Material organik tersebut pada proses pembakaran pada suhu tinggi akan habis terdekomposisi dan terbakar lalu meninggalkan ruang dan membentuk pori pada badan keramik sehingga dapat berfungsi sebagai filter dan dilewati oleh fluida. Hal yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan membran keramik adalah ukuran partikel material keramik, komposisi campuran, cara pencetakan dan suhu pembakaran (sintering). Membran keramik memiliki kemampuan untuk mengatasi kelemahan-kelemahan membran organik. Membran keramik memiliki stabilitas termal yang baik, tidak mengembang dalam pelarut, memiliki stabilitas kimia yang baik, fluks dan selektivitas yang tinggi serta masa pakai yang lebih lama. Membran keramik sering digunakan dalam berbagai proses pemisahan, tetapi pembuatan membran keramik lebih kompleks dan lebih mahal (Gestel dkk., 2006 dalam Kartika, 2008). Keunggulan-keunggulan tersebut kemudian yang mendorong bagaimana penelitian-penelitian selanjutnya berusaha untuk bisa menghasilkan suatu membran keramik dengan kualitas yang baik namun tetap terjangkau. Pembuatan dari bahan-bahan alam seperti kaolin, feldspar, ball-clay dan material lainnya yang lebih murah dan mudah didapat juga merupakan alternatif yang dapat
4 dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi biaya sekaligus pemanfaatan sumber daya alam yang ketersediaannya masih cukup melimpah. Dalam penelitian ini membran keramik dibuat dari bahan dasar lempung alam Singkawang. Hal ini didasarkan pertimbangan karena ketersediaannya yang masih cukup melimpah di daerah Kalimantan Barat termasuk Singkawang yang merupakan daerah yang kaya akan sebaran sumber bahan galian dan salah satunya yaitu lempung alamnya. Lempung ini merupakan jenis tanah liat primer dan umumnya berwarna putih (kandungan oksida besi rendah), berbutir kasar, bersifat tidak plastis, dan memiliki suhu bakaran yang cenderung tinggi. Adapun pemanfaatan lempung Singkawang saat ini masih sebatas pada industri-industri keramik lokal yang sudah cukup lama dan banyak tersebar di daerah Kalimantan Barat, sedangkan selebihnya dikirim ke Jawa dan daerah lainnya sebagai bahan baku pada industri-industri keramik. Sumber alam lainnya yang ketersediannya juga cukup melimpah yaitu bambu. Bambu yang keberadaannya dapat ditemui diseluruh daerah di Indonesia merupakan jenis tanaman yang sangat banyak dimanfaatkan. Berbagai industri seperti kerajinan ataupun furniture, industri pulp dan kertas, bahan makanan dan kimia, telah menggunakan bambu karena sifat dan karakteristik maupun kandungan yang terdapat dari bambu yang sangat potensial untuk dimanfaatkan. Salah satu bagian yang menarik untuk dimanfaatkan dan masih sangat jarang digunakan dari bambu yaitu abu dari sisa pembakaran bambu yang dapat diperoleh dari bambu-bambu bekas kerajinan dan konstruksi bangunan, ataupun juga sisa-sisa industri kerajinan lainnya. Pembakaran bambu umumnya akan
5 menghasilkan sekitar 5 persen abu yang masih mengandung unsur-unsur organik karbon seperti Si, Fe, Mg, Na, Ca, dan K dalam jumlah kecil berupa ikatan-ikatan senyawa oksida seperti pada tabel berikut. Tabel 1.1 Analisis Kandungan Abu Bambu (Sumber: Ganesh, 2003) Unsur-unsur di atas pada saat sintering akan terdekomposisi dan melebur pada badan keramik, sedangkan kandungan terbesar dari abu bambu yaitu karbon dan senyawa organik lainnya lah yang nantinya akan habis terbakar sehingga meninggalkan pori di badan keramik. Senyawa-senyawa alkali seperti kalsium karbonat yang juga terdapat pada abu akan bertindak sebagai flux yang berfungsi menurunkan suhu vitrifikasi. Proses selanjutnya pada suhu yang lebih tinggi, keberadaan mineral silika pada abu juga dapat ikut berperan dalam membentuk struktur kristal dan gelas pada saat proses sintering. Selain abu bambu beberapa bahan lainnya yang juga dapat digunakan sebagai bahan aditif pembentuk pori yaitu bahan dari sekam padi, batubara, sisa gergaji kayu, ataupun tepung terigu dan sejenisnya, yang masing-masing tentunya terlebih dahulu telah dijadikan bubuk dengan ukuran mesh tertentu. Namun dikarenakan telah adanya penelitianpenelitian sejenis dengan menggunakan bahan-bahan tersebut, juga dari beberapa penjelasan yang telah disebutkan di atas maka abu bambu yang dipilih sebagai bahan aditif dalam pembuatan membran keramik dalam penelitian ini.
6 Bahan pendukung lain yang digunakan sebagai campuran komposisi membran keramik yaitu kuarsa dan grog. Penambahan kuarsa yang merupakan sumber utama dari mineral silika ini memiliki beberapa tujuan diantaranya mengurangi susut kering, susut bakar, dan sebagai pengisi (filler) yang memperkuat badan keramik selama proses pembakaran. Sedangkan grog merupakan limbah industri kerajinan keramik yang berupa sisa pecahan-pecahan barang bekas keramik yang telah mengalami pembakaran sebelumnya, bahan grog ini ditumbuk dan dihaluskan menjadi tepung. Karena telah mengalami pembakaran sebelumnya dan tidak plastis, bahan grog ini ditambahkan pada tanah liat untuk mengurangi penyusutan dan mencegah retak selama proses pembakaran (Astuti, 2008). Dari beberapa hal di atas maka dalam penelitian ini dibuat membran keramik berbahan dasar lempung Singkawang dengan menggunakan abu sisa pembakaran bambu sebagai material pembentuk pori, ditambah dengan grog limbah industri keramik, dan kuarsa sebagai pembentuk badan membran keramik. Juga dengan mengetahui karakteristik dan efektifitas dari membran keramik dalam menurunkan tingkat turbiditas dan mikroba, maka akan diperoleh suatu membran keramik yang terbaik untuk dapat digunakan dalam pengolahan air.
7 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa masalah yang akan diteliti yaitu : 1. Bagaimanakah karakteristik dan sifat fisis yang dimiliki membran keramik berbahan dasar lempung Singkawang dengan aditif abu sisa pembakaran bambu, juga pengaruh yang diperoleh dari adanya perbedaan suhu pembakaran terhadap membran keramik. 2. Berapa variasi jumlah abu sisa pembakaran bambu yang terbaik dan optimal dalam komposisi campuran bahan dalam menurunkan tingkat turbiditas dan bakteri coliform pada air. 3. Seberapa jauh tingkat efektifitas membran keramik berbahan dasar lempung Singkawang dalam menurunkan tingkat turbiditas dan bakteri coliform pada air. 4. Bagaimana merancang suatu aplikasi dari sistem penjernih air sederhana dengan menggunakan membran keramik. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui karakteristik dan sifat fisis dari membran keramik berbahan dasar lempung Singkawang dengan aditif abu sisa pembakaran bambu yang meliputi: komposisi mineral dan fasa dari membran keramik, susut bakar, permeabilitas dan fluks.
8 2. Mencari variasi komposisi penambahan abu sisa pembakaran bambu dan juga variasi suhu pembakaran yang terbaik sehingga diperoleh membran keramik yang optimal dalam menurunkan tingkat turbiditas dan bakteri coliform pada air. 3. Mengetahui tingkat efektifitas membran keramik dalam menurunkan turbiditas dan bakteri coliform pada air. 4. Merancang suatu aplikasi dari sistem penjernih air sederhana dengan menggunakan membran keramik. 1.4 Batasan Masalah Dari tujuan dan rumusan masalah diatas, agar penelitian berjalan dengan baik dan sesuai maka ditentukan beberapa batasan masalah sebagai berikut : 1. Metode pengujian yang digunakan adalah metode filtrasi dead-end process dengan sistem running test bertekanan vakum -50 cmhg. 2. Membran keramik dibuat dari campuran lempung Singkawang, grog dari limbah industri kerajinan keramik, kuarsa, dan abu sisa pembakaran bambu sebagai bahan pembentuk pori. 3. Parameter fisis yang diteliti meliputi susut bakar, porositas, permeabilitas dan fluks dari membran keramik. 4. Parameter kualitas air yang diukur adalah penurunan tingkat turbiditas dan jumlah bakteri coliform.
9 5. Air yang digunakan dalam pengukuran kualitas air yaitu air sampel buatan dengan turbiditas tertentu, dan sampel air kran yang positif mengandung bakteri coliform. 6. Pembuatan membran keramik berbentuk disk silinder berbahan bubuk dengan menggunakan press hydraulic. 7. Variasi persen berat abu sisa pembakaran bambu yang digunakan adalah 0%; 10%; 20%; 30%; 40% dari berat lempung. 8. Variasi persen berat grog dan kuarsa yang digunakan masing-masing yaitu 10% dan 5% dari berat lempung. 9. Variasi suhu pembakaran (sintering) yaitu pada suhu 1000 C, 1100 C dan 1200 C. 1.5 Keaslian Penelitian Dari penelusuran terhadap berbagai pustaka menunjukkan bahwa sudah terdapat beberapa penelitian tentang membran keramik, baik yang digunakan untuk pengolahan air limbah, air baku, maupun gas buang, dari berbagai jenis bahan dasar lempung dan bahan aditifnya. Namun dari sepengetahuan penulis berdasarkan dari penelusuran literatur tersebut, sejauh ini belum ditemukan mengenai pembuatan membran keramik dengan menggunakan bahan dasar lempung alam Singkawang dengan campuran bahan dari limbah kerajinan keramik (grog), kuarsa, dan abu sisa pembakaran bambu.
10 1.6 Manfaat Penelitian Berdasarkan tujuan penelitian diatas, maka manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain : 1. Memberikan informasi hasil penelitian dari pembuatan dan kinerja membran keramik yang terbuat dari bahan dasar lempung Singkawang, grog limbah kerajinan keramik, kuarsa, ditambah abu sisa pembakaran bambu (bahan pembentuk pori) sebagai bahan alternatif dan terjangkau dalam pembuatan membran keramik. 2. Diperoleh informasi mengenai variasi komposisi bahan dan suhu pembakaran yang terbaik dalam pembuatan membran keramik dan yang optimal dalam menurunkan kekeruhan dan bakteri coliform. 3. Diperoleh informasi tingkat efektifitas membran keramik yang dibuat dalam menurunkan kekeruhan dan bakteri coliform. 4. Pemanfaatan penggunaan limbah yang berasal dari industri kerajinan keramik, juga alternatif pemanfaatan dari ketersediaan sumber daya bambu.