KARAKTERISTIK DAN AKTIVASI CAMPURAN TANAH ANDISOL / LEMPUNG BAYAT / ABU SEKAM SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT KROMIUM (Cr) TESIS Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Oleh Agus Suprapto NIM : A130908001 PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR Syukur alhamdulillah dan segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmatnya sehingga penulis mampu menyelesaikan tesis sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Berbagai kendala dan hambatan banyak dijumpai baik selama penelitian maupun dalam penyusunan naskah tesis. Dengan bantuan masukan, saran dan kritik dari berbagai pihak membuat penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan tesis dengan lebih baik. Oleh karena itu, penulis menyampaiakan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis, yaitu sebagai berikut : 1. Kepala Badan Lingkungan Hidup Kabupaten Sukoharjo yang telah memberikan izin Tugas Belajar kepada penulis dan selalu mendorong penulis untuk menyelesaikan Tugas Belajar dengan tepat waktu. 2. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan izin penelitian tesis. 3. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiatuti, M.Si., selaku Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan izin penelitian dan selalu memberikan motivasi kepada penulis dalam penyusunan tesis hingga akhir. 4. Prof. Dr. rer.nat. Sajidan, M.Si., selaku dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 5. Dr. Pranoto, M.Sc., selaku dosen Pembimbing II yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 6. Dr. M. Masykuri, M.Si., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan untuk perbaikan tesis ini. 7. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan dukungan dan bantuan sehingga meringankan penulis dalam menyelesaikan tesis ini. v
Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan tesis ini, untuk kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis hargai. Akhirnya peneliti berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi peneliti sendiri dan bermanfaat untuk masyarakat. Surakarta, Juli 2015 Penulis, Agus Suprapto vi
ABSTRAK Agus Suprapto. A130908001. 2015. Karakteristik dan Aktivasi Campuran Tanah Andisol / Lempung Bayat / Abu Sekam sebagai Penjerap Logam Berat Kromium (Cr). Pembimbing I. Prof.Dr.rer.nat. Sajidan, M.Si, Pembimbing II. Dr. Pranoto, M.Sc Program Studi Magister Ilmu Lingkungan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tercemarnya lingkungan perairan akibat limbah logam berat kromium (Cr) dapat mempengaruhi kualitas air permukaan maupun air tanah. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk meningkatkan kualitas air dengan mengurangi kandungan ion logam kromium (Cr). Konsentrasi Cr dalam air dapat dikurangi dengan cara penjerapan (adsorbsi). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam, suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap kapasitas jerapan Cr dalam larutan model; kondisi optimum jerapan dan efektivitas filter keramik dan pipa penjernih untuk menurunkan Cr dalam air. Campuran tanah andisol, lempung bayat dan abu sekam digunakan sebagai penjerap (adsorben) ion logam Cr 3+ dengan metode batch. Filter keramik dan pipa penjernih digunakan untuk mengurangi kandungan Cr dalam air sumur. Identifikasi dan karakterisasi penjerap dilakukan dengan uji NaF, Spektroskopi infra merah (FTIR), difraksi sinar-x (XRD), luas permukaan spesifik dan keasaman total spesifik. Konsentrasi logam Cr dianalisis dengan spektroskopi serapan atom. Isoterm jerapan ditentukan dengan persamaan Freundlich dan Langmuir. Filter keramik dan Pipa Penjerap dibuat dengan komposisi tanah andisol /lempung bayat / abu sekam menurut perbandingan 80/10/10. Hasil penelitian menunjukkan sampel tanan andisol dan lempung bayat mengandung mineral-mineral alofan, felspar, kaolin, gibsit dan monmorilonit. Kondisi optimum jerapan dicapai pada suhu aktivasi 150 0 C, waktu kontak 30 menit dan komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam menurut perbandingan 80 / 10 / 10. Isoterm Freundlich jerapan Cr dengan koefisien determinasi (R 2 ) (0,999), lebih tinggi dibandingkan Langmuir (0,380). Hasil pengukuran menunjukkan filter keramik efektif menurunkan padatan terlarut (TDS) dan kandungan Cr dalam air sumur dengan persentase penurunan masing-masing sebesar 75,91 % dan 9,44 %. Sedangkan pipa penjernih mampu menurunkan padatan terlarut (TDS) dari 260 ppm menjadi 249 ppm dan kandungan Cr dari 0,064 ppm menjadi 0,052 ppm. Kata kunci : Kromium, jerapan, andisol, lempung bayat, abu sekam vii
ABSTRACT Agus Suprapto. A130908001. 2015. Characteristics and Activation of Mixed Andisol Soil / Bayat Clay / Rice Husk Ash used as Adsorbent Heavy Metal Chromium (Cr). Supervisor I. Prof.Dr.rer.nat. Sajidan, M.Si, Supervisor II. Dr. Pranoto, M.Sc. Environmental Science Program Of Graduate School, Sebelas Maret University of Surakarta. The pollution of the water environment as a result of heavy metal waste chromium (Cr) can affect the quality of surface water and groundwater. Therefore, it takes effort to improve water quality by reducing the metal ion containing of chromium (Cr 3+ ). Cr concentration in water can be reduced by adsorption. This study aims to determine the effect of composition andisol soil / bayat clay / husk ash, activation temperature and contact time on the adsorption capacity of Cr in the solution of the model; The optimum adsorption conditions and the effectiveness of ceramic filters and pipe purifiers to reduce Cr in the water. Andisol soil, bayat clay and rice husk ash are used as adsorbent Cr metal ions with a batch method. Ceramic filters and purifiers pipe are used to reduce the content of Cr in the water. Identification and characterization adsorben have been done with NaF test, Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), specific surface area and a specific total acidity. Cr metal concentrations are analyzed by atomic absorption spectroscopy. Sorption isotherms are determined by Freundlich and Langmuir equation. Ceramic filters and pipe purifiers are made with the composition of the soil / bayat clay / husk ash by comparison 80 / 10 / 10. The results show the samples empire andisol soil and bayat clay minerals containing allophane, feldspar, kaolin, gibsit and montmorillonite. Sorption optimum condition is achieved at the activation temperature of 150 0 C, contact time of 30 minutes and composition andisol soil: bayat clay: husk ash by comparison 80: 10: 10. The sorption isotherms Freundlich Cr with a coefficient of determination (R 2 ) (0.999), higher than the Langmuir (0.380). The measurement results show a ceramic filter effectively lower dissolved solids (TDS) and Cr content in water with a percentage decreasing respectively by 75.91% and 9.44%. While the pipe purifiers are able to lower dissolved solids (TDS) from 260 ppm to 249 ppm and Cr content of 0.064 ppm to 0.052 ppm Keywords: chromium, sorption, Andisol, bayat clay, rice husk ash viii
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 TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 7 C. Tujuan Penelitian...... 7 D. Manfaat Penelitian... 7 BAB II LANDASAN TEORI... 9 A. Tinjauan Pustaka... 9 1. Logam Berat Kromium (Cr)... 9 2. Penjerapan (Adsorbsi)... 10 3. Abu Sekam... 13 4. Lempung... 14 5. Tanah Andisol... 16 6. Alternatif Model Penjernihan Air... 21 7. Asas-Asas Lingkungan... 24 B. Kerangka Berpikir... 25 C. Hipotesis... 27 ix
BAB III METODE PENELITIAN... 29 A. Waktu dan Tempat Penelitian... 29 B. Tata Laksana Penelitian... 29 1. Alat... 29 2. Bahan... 30 3. Cara Kerja... 30 a. Preparasi Penjerap... 30 b. Identifikasi dan Karakterisasi Penjerap... 31 c. Aktivasi Penjerap... 32 d. Uji Kinerja Penjerap... 33 e. Penentuan Isoterm Jerapan... 34 f. Pembuatan Alternatif Model Penjernih... 34 C. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis... 35 D. Jadwal Penelitian... 38 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 39 A. Identifikasi Penjerap... 39 1. Analisis Uji NaF... 39 2. Analisis Uji FTIR... 39 3. Analisis Difraksi Sinar X... 43 4. Analisis Luas Permukaan... 44 5. Analisis Keasaman... 45 B. Aktivasi Penjerap... 46 C. Uji Kinerja Penjerap... 47 D. Penentuan Jenis Isoterm Jerapan... 54 E. Uji Kinerja Filter Keramik dan Pipa Penjernih... 56 1. Filter Keramik... 57 2. Pipa Penjernih... 57 F. Aspek Lingkungan... 57 x
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 58 A. Kesimpulan... 58 B. Saran... 58 DAFTAR PUSTAKA... 59 LAMPIRAN... 69 xi
DAFTAR TABEL Tabel 1. Sifat Fisika dan Kimia Abu Sekam... 13 Tabel 2. Komposisi Kimia dalam Lempung... 14 Tabel 3. Jenis Kation yang Cenderung Terikat... 15 Tabel 4. Data Hasil Analisis Gugus Fungsi... 41 Tabel 5. Perbandingan Sampel Alofan dengan Standar... 44 Tabel 6. Data Luas Permukaan... 44 Tabel 7. Kapasitas Jerapan Ion Logam Cr... 47 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia... 4 Gambar 2. Tahap-Tahap Jerapan... 10 Gambar 3. Struktur Alofan... 18 Gambar 4. Sebaran Andisol di Pulau Jawa... 20 Gambar 5. Hubungan Logis antara 14 Asas Lingkungan... 24 Gambar 6. Kerangka Berpikir... 27 Gambar 7. Spektrum Sampel... 40 Gambar 8. Difraktogram Sampel... 43 Gambar 9. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 100 C... 49 Gambar 10. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 150 C... 49 Gambar 11. Komposisi Penjerap terhadap Kapasitas Jerapan 200 C... 50 Gambar 12. Kurva Isoterm Langmuir... 55 Gambar 13. Kurva Isoterm Freundlich... 55 xiii