BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Air merupakan sumber daya alam
yang sangat penting untuk kehidupan
setiap mahluk hidup di bumi ini. Oleh sebab itu diperlukan sumber air yang mampu menyediakan air yang baik dari segi kualitas dan kuantitas. Pertumbuhan penduduk yang begitu pesat, mengakibatkan sumber daya air di dunia menjadi salah satu kekayaan yang sangat penting. Air merupakan hal pokok bagi konsumsi dan sanitasi umat manusia, untuk produksi barang industri serta untuk produksi makanan, kain dan sebagainya.Namun air banyak mendapat pencemaran. Menurut Asmadi (2011), ada 2 jenis pencemar air yang berasal dari : 1. Sumber domestik (rumah tangga), perkampungan, kota, pasar, jalan dan sebagainya 2. Sumber non-domestik (pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan serta sumber – sumber lainnya. Menurut waktu dan tempat air dapat berubah kedalam tiga bentuk/sifat yakni air sebagai bahan padat, air sebagai cairan, dan air sebagai uap seperti gas. Berikut ini sifat-sifat fisik air antara lain: -
Massa jenis es (0oC) 0,92 gr/cm3
-
Massa jenis air (0oC ) 1,00gr/cm3
-
Konduktivitas listrik spesifik (25oC)1x10-17 µΩ/cm Air merupakan senyawa kimia yang terdiri dari atom H dan O. Sebuah
molekul air terdiri dari satu atom O yang berikatan kovalen dengan dua atom H.
Molekul air yang satu dengan molekul air lainnya bergabung dengan satu ikatan hidrogen antara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Adanya ikatan hidrogen inilah yang menyebabkan air mempunyai sifat-sifat yang khas seperti terlihat pada Tabel 2.1 (Masthura, 2013).
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Khas Dari Air Bagi Kehidupan Manusia
-
Sifat Penting Dari Air Pelarut yang sangat baik
-
-
Konstanta dielektrik paling tinggi di antara cairan murni lainnya
-
Tegangan permukaan lebih tinggi daripada cairan lainnya
-
Transparan terhadap cahaya tampak dan sinar yang mempunyai panjang gelombang lebih besar dari ultraviolet
-
-
Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan (fasa cair) pada 1oC Panas penguapan lebih tinggi daripada yang lainnya
-
Kapasitas kalor lebih tinggi dibandingkan dengan cairan lain kecuali amonia
-
Panas laten dan peleburan lebih tinggi daripada cairan lain kecuali ammonia
Efek dan kegunaan Tidak berwarna mengakibatkan cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis mencapai kedalaman tertentu Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertikal menghambat stratifikasi badan air Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer dan badan air Stabilitas dari temperatur organisme dan wilayah geografis Temperatur stabil pada titik beku
2.2 Air Tanah Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah didalam zona jenuh dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfernya. Air tanah terbagi atas : (Mifbakhuddin, 2010) a. Air tanah dangkal Air tanah dangkal terjadi karena daya proses peresapan air permukaantanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat kimia (garam- garam terlarut) karena melalui lapisan tanah yang mempunyai unsur-unsur kimia tertentu untuk masing- masing lapisan tanah. Lapisan tanah berfungsi sebagai sariangan. Air tanah dangkal ini terdapat pada kedalaman 15 m2 b. Air tanah dalam Terdapat setelah lapisan rapat air pertama. Pengambilan air tanah dalam,tidak semudah pada air tanah dangkal. Pada umumnya kualitas air tanah dalam lebih baik dari air dangkal, Karena penyaringannya lebih sempurna dan bebas bakteri. Pengambilan air tanah dalam tidak semudah air tanah dangkal karena harus digunakan bor dan memasukkan pipa kedalamannya sehingga dalam suatu kedalaman biasanya antara 100 – 300 m2 c. Mata air Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya kepermukaantanah. Mata air yang beraasal dari tanah dalam, hamper tidak terpengaruh oleh musim dan kualitasnya sama dengaan keadaan air dalam. Air tanah terutama berasal dari air hujan yang jatuh di permukaan tanah/bumi dan sebagian besar meresap kedalam tanah dan mengisi rongga – rongga atau pori
– pori di dalam tanah. Kandungan air tanah di dalam tanah tergantung dari struktur tanahnya, apakah tanah yang rembes air atau mempunyai lapisan air yang kedap air. Karakteristik air tanah antara lain : a. Kualitas air tergantung pada lapisan tanah yang dilaluinya b. Umumnya jernih dan tidak mengandung padatan tersuspensi atau tumbuhan – tumbuhan mati, karena air tanah melalui proses penyaringan alami. c. Kualitas air tanah dangkal rata – rata kurang baik dan kadang – kadang terkontaminasi air permukaan yang berada disekitarnya. Umumnya kandungan besi dan mangan tinggi d. Pada air tanah dalam mengandung mineral dalam jumlah yang sangat tinggi dan tergantung pada tanah resapannya e. Semakin dalam air tanah semakin rendah kandungan oksigen terlarutnya. Air yang mengandung banyak besi akan berwarna kuning dan menyebabkan rasa logam besi dalam air, serta menimbulkan korosi pada bahan yang terbuat dari metal. Besi merupakan salah satu unsur yang merupakan hasil pelapukan batuan induk yang banyak ditemukan diperairan umum. Logam Fe ini dalam kadar yang tinggi akan merusak dinding usus dan menyebabkan kematian. Disamping itu Fe yang tertimbun di dalam alveoli akan menyebabkan berkurangnya fungsi paruparu. Kandungan Fe yang tinggi menyebabkan air berwarna kuning kecoklatan. Ada berbagai macam cara sederhana yang dapat kita gunakan untuk mendapatkan air bersih, dan cara yang paling mudah dan paling umum digunakan adalah dengan membuat saringan air, dan bagi kita mungkin yang paling tepat adalah membuat penjernih air atau saringan air sederhana. Perlu diperhatikan, bahwa air bersih yang dihasilkan dari proses penyaringan air secara sederhana
tersebut tidak dapat menghilangkan sepenuhnya kontaminan di dalam airberikut beberapa alternatif cara sederhana untuk mendapatkan air bersih dengan cara penyaringan air.
2.3 Metode Penyaringan Air Berikut ini ada beberapa proses penyaringan air kotor menjadi air bersih sebagai berikut : 1. Saringan Kain Katun. Pembuatan saringan air dengan menggunakan kain katun merupakan teknik penyaringan yang paling sederhana/mudah. Air keruh disaring dengan menggunakan kain katun yang bersih. Saringan ini dapat membersihkan air dari kotoran dan organisme kecil yang ada dalam air keruh. Air hasil saringan tergantung pada ketebalan dan kerapatan kain yang digunakan. 2. Saringan Kapas Teknik saringan air ini dapat memberikan hasil yang lebih baik dari teknik sebelumnya. Seperti halnya penyaringan dengan kain katun, penyaringan dengan kapas juga dapat membersihkan air dari kotoran dan organisme kecil yang ada dalam air keruh. Hasil saringan juga tergantung pada kerapatan dan ketebalan kapas yang akan digunakan. 3. Saringan Pasir Lambat (SPL) Saringan pasir lambat merupakan saringan air yang dibuat dengan menggunakan lapisan pasir pada bagian atas dan kerikil pada bagian bawah. Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring air baku melewati lapisan pasir terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan kerikil.
4. Saringan Pasir Cepat (SPC) Saringan pasr cepat seperti halnya saringan pasir lambat, terdiri atas lapisan pasir pada bagian atas dan kerikil pada bagian bawah. Tetapi arah penyaringan air terbalik bila dibandingkan dengan Saringan Pasir Lambat, yakni dari bawah ke atas (up flow). Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring air baku melewati lapisan kerikil terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan pasir. 5. Gravity-Fed Filtering System Gravity-Fed Filtering System merupakan gabungan dari Saringan Pasir Cepat(SPC) dan Saringan Pasir Lambat(SPL). Air bersih dihasilkan melalui dua tahap. Pertama-tama air disaring menggunakan Saringan Pasir Cepat(SPC). Air hasil penyaringan tersebut dan kemudian hasilnya disaring kembali menggunakan Saringan Pasir Lambat. Dengan dua kali penyaringan tersebut diharapkan kualitas air bersih yang dihasilkan tersebut dapat lebih baik. Untuk mengantisipasi debit air hasil penyaringan yang keluar dari Saringan Pasir Cepat, dapat digunakan beberapa/multi Saringan Pasir Lambat.
Gambar 2.1 Skema Prinsip Kerja Gravity-fed Water Filtering System)
6. Saringan Arang Saringan arang dapat dikatakan sebagai saringan pasir arang dengan tambahan satu buah lapisan arang. Lapisan arang ini sangat efektif dalam menghilangkan bau dan rasa yang ada pada air baku. Arang yang digunakan dapat berupa arang kayu atau arang batok kelapa. Untuk hasil yang lebih baik dapat digunakan arang aktif. Untuk
lebih
jelasnya
dapat
lihat
bentuk
saringan
arang
yang
direkomendasikan UNICEF pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.2Prinsip Kerja Filter Air Menggunakan Saringan Karbon Aktif 7. Saringan Air Sederhana / Tradisional Saringan air sederhana/tradisional merupakan modifikasi dari saringan pasir arang dan saringan pasir lambat. Pada saringan tradisional ini selain menggunakan pasir, kerikil, batu dan arang juga ditambah satu buah lapisan injuk / ijuk yang berasal dari sabut kelapa.
8. Saringan Cadas / Jempeng / Lumpang Batu Saringan cadas atau jempeng ini mirip dengan saringan keramik. Air disaring dengan menggunakan pori-pori dari batu cadas. Saringan ini umum digunakan oleh masyarakat desa Kerobokan, Bali. Saringan tersebut digunakan untuk menyaring air yang berasal dari sumur gali ataupun dari saluran irigasi sawah.Seperti halnya saringan keramik, kecepatan air hasil saringan dari jempeng relatif rendah bila dibandingkan dengan SPL terlebih lagi SPC (Ashabani, 2013).
2.4 Material Penyusun Filter Ada 2 material penyusun filter yaitu tanah lempung dan arang aktif dari kulit buah kakao. 2.4.1
Tanah Lempung (Clay)
Mineral-mineral lempung terutama terdiri dari silikat aluminium dan/atau besi magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali dan/atau tanah alkalin sebagai komponen dasarnya. Sebagian besar mineral lempung mempunyai struktur berlapis. Beberapa diantaranya berbentuk silinder memanjang atau struktur yang berserat. Mineral lempung berukuran sangat kecil (kurang dari 2 μm) dan merupakan partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Secara umum, tanah lempung kering memiliki nilai kerapatan sebesar 1,7 gram/cm3Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang mengandung : a. Felspar ortoklas b. Felspar plagioklas c. Mika (muskovit)
Dimana semuanya dapat disebut silikat aluminium kompleks. Mineral lempung dapat terbentuk dari hampir setiap batuan selama terdapat cukup banyak alkali dan tanah alkalin untuk dapat membuat terjadinya reaksi kimia. Kalionit, Illit, dan monmorilonit merupakan beberapa contoh mineral lempung. Di antara ketiganya, kaolinit merupakan mineral lempung paling tidak aktif yang pernah diamati. Mineral lempung memiliki karakteristik yang sama. Beberapa sifat umum mineral lempung antara lain : (Sebayang, 2010) a. Hidrasi Partikel lempung hampir selalu terhidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisanlapisan molekul air yang disebut “air teradsorbsi” (adsorbsed water). Lapisan ini umumnya mempunyai tebal dua molekul dan disebut lapisan difusi (diffuse layer), lapisan difusi ganda atau lapisan ganda. Difusi “kation teradsorbsi” dari mineral lempung meluas keluar dari permukaan lempung sampai ke lapisan air. Lapisan air ini dapat hilang pada temperatur yang lebih tinggi dari 60 sampai 100oC dan akan mengurangi plastisitas alamiah dari tanah. Sebagian air ini juga dapat hilang cukup dengan pengeringan udara saja. Apabila lapisan ganda mengalami dehidrasi pada temperatur rendah, sifat plastisitasnya dapat dikembalikan lagi dengan mencampurnya dengan air yang cukup dan dikeringkan selama 24 sampai 48 jam. Apabila dehidrasi terjadi pada temperatur yang lebih tinggi, sifat plastisitasnya akanturun atau berkurang untuk selamanya. b. Aktivitas Aktivitas lempung dapat didefinisikan sebagai : 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 =
𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (𝐼𝐼𝐼𝐼) 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢
Dimana persentase lempung diambil sebagai fraksi tanah yang < 2 μm. Nilainilai khas aktivitas dari persamaan diatas adalah sebagai berikut : a. Kaolinit 0,4 – 0,5 b. Illit 0,5 – 1,0 c. Montmorilonit 1,0 – 1,7 Indikator aktivitas yang praktis lebih baik adalah batas susut yaitu batas kadar air sebelum terjadi perubahan volume. Aktivitas dalam kaitannya dengan perubahan volume merupakan pertimbangan utama dalam mengevaluasi tanah yang akan dipakai dalam pekerjaan tanah dan pondasi. Kapasitas penggantian beberapa mineral lempung adalah sebagai berikut : Tabel 2.2. Kapasitas Penggantian Mineral Lempung Lempung Kaolinit Haloisit (4H2O) Illit Vermikulit Montmorilonit meq = milliekivalen
Kapasitas penggantian (meq/100 gr) 3-15 10-40 10-40 100-150 80-150
Dalam pemakaian praktis, aktivitas lempung dapat ditentukan dalam karakteristik plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat yang lebih tinggi, seperti terlihat pada skala substitusi berikut :Li < Na < NH4 < K < Mg < Rb < Ca < Co < Al. Sesuai dengan skala ini, Ca akan lebih mudah menggantikan Na atau Mg daripada Mg atau Na menggantikan Ca. Selain itu, dari sudut pandang praktis, makin tinggi kapasitas penggantian, makin banyak kation (dalam bentuk pencampuran) yangdibutuhkan untuk dapat mengubah suatu aktivitas.
a. Flokulasi dan Dispersi Mineral lempung hampir selalu menghasilkan larutan tanah – air yang bersifat alkalin (Ph > 7) sebagai akibat dari muatan negatif netto pada satuan mineral. Akibat adanya muatan ini, ion-ion H+ didalam air, gaya Van der Waals, dan partikel berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan di dalam larutan itu. Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk “flok” (floc) yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar yang akan mengendap didalam larutan itu dengan cepatnya dan membentuk sedimen yang sangat lepas. Di dalam laboratorium, contoh lempung seberat 50 atau 60 g akan mengendap di dalam larutan 1000 ml dalam waktu 30 menit, kecuali apabila formasi flok dapat dikontrol. Untuk menghindarkan flokulasi suatu larutan tanah – air yang terdispersi dapat dinetralisasikan dengan menambahkan ion- ion H+ yang dapat diperoleh dari bahan-bahan yang mengandung asam, misal sodium heksametafosfat. Lempung yang baru saja terflokulasi dapat dengan mudah didispersikan kembali ke dalam larutan dengan menggoncangnya, yang menandakan bahwa tarikan antar partikel ternyata jauh lebih kecil dari gaya goncangan. Tetapi apabila lempung tersebut telah didiamkan selama beberapa waktu dispersi tidak dapat tercapai dengan mudah, yang menunjukkan adanya gejala tiksotropik, di mana kekuatan didapatkan dari lamanya waktu. Selain itu, lempung yang memenuhi persyaratan itu adalah ballclay. Kemudian apa yang dinamakan ballclay, pertanyaan tersebut sangat sukar dijawab secara kuantitatip karena apa yang dinamakanballclay mempunyai kisaran
komposisi dan sifat-sifat yang lebar yaitu dari lempung tahan api pada satu sisi– sisinya
dan
pada
sisi
lain
adalah
kaolin.Suatu
definisi
umum
dari
pada ballclay adalah suatu lempung sediment air yang mempunyai butiran-butiran sangat halus biasanya mengandung bahan organik dan ballclay mempunyai keplastisan yang tinggi. Ballclay atau clay merupakan sejenis tanah liat dengan kadar silika dan alumina tinggi. Ballclay biasanya berwarna abu-abu tua karena adanya karbon. Makin banyak karbon yang dikandung ballclay makin bersifat plastis. Sifat plastis ini akan memberikan pertolongan selama pembentukan, karena kuarsa dan feldspar tidak plastis.
2.4.2
Kulit Kakao(Theobroma cacao L)
Tanaman
kakao
(Theobroma
cacao
L)
merupakan
salah
satu
tanamanperkebunan yang dikembangluaskan. Kakao sebagai salah satu komoditas hasil perkebunan yang bernilai ekonomis cukup tinggi memiliki potensi untuk terus dikembangkan di Negara kita ini, khususnya daerah
Provinsi Acehdi
Kabupaten Aceh Tenggara merupakan salah satu sentra produksi kakaonasional . Luas tanaman kakao di Provinsi Aceh pada tahun 2012 adalah 102,137 Ha, dengan produksi kakao 37.120 ton. Di daerah Kabupaten
Aceh Tenggara
memiliki luas tanaman kakao 19.454 Ha. Pada umumnyaa masyarakat hanya mengambil biji buah kakao dan membuang kulit buah kakao begitu saja.(regionalinvestmen.bkm.go.id, 15 Januari 2013, Komoditas Tanaman Di Aceh).
Tanaman kakao merupakan satu-satunya di antara 22 jenis marga Theobroma, suku Sterculiaceae yang diusahakan secara komersial sistematika tanaman ini sebagai berikut : Divisio
: Spermatophyta
Kelas
: Docutyledone
Ordo
: Malvaies
Familia
: Sterculiceae
Genus
: Theobroma
Spesies
: Theobroma cacao
Menurut Ashadi (1998) selain ketersediaan kulit kakao yang melimpah di Indonesia dan pemanfaatannya masih sangat terbatas, kakao juga mengandung memiliki kandungan kimia yang tersusun dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang tinggi serta mengandung karbon yang cukup banyak sehingga kulit kakao berpotensi sebagai arang aktif.Dalam buah kulit buah kakao sekitar 75% dari satu buah kakao utuh adalah berupa kulit buah, sedangkan biji kakao sebanyak 23% dan plasenta 2%. Selain itu, struktur buah kakao secara garis besar terdiri dari empat bagian yaitu kulit, plasenta, pulp, dan biji. Buah kakao masak berisi 30-40 biji yang masing-masing diselimuti oleh pulp, sedangkan biji kakao terdiri dari dua bagian yaitu kulit biji dan keping biji. Keping biji meliputi 86% sampai 90% dari berat kering biji sedangkan kulit biji sekitar 10-14%. Hubungan antara kadar air, dimensi, dan berat biji kakao Forastero dan barisan biji dari pangkal buah ke ujung buah menunjukkan pola kuadratik. Kadar air cenderung menurun dari pangkal buah (baris ke-1), hingga pertengahan buah (baris ke-6 atau ke-7), untuk selanjutnya meningkat hingga ujung buah (baris ke-
10). Panjang dan lebar biji mengalami peningkatan dari pangkal buah (baris ke-1) hingga pertengahan buah (baris ke-6), kemudian menurun hingga ujung buah (baris ke-10). Sedangkan tebal biji mengalami penurunan dari pangkal buah (beris ke-1) hingga pertengahan buah (baris ke 6), untuk selanjutnya meningkat hingga ujung buah (baris ke-10). Berat biji mengalami peningkatan dari pangkal buah (baris ke-1) hingga pertengahan buah (baris ke-4 atau ke-6). Selanjutnya terjadi penurunan hingga ujung buah. Kulit buah kakao dapat dijadikan arang aktif dimana arang aktif merupakan senyawa karbon yang telah diproses dengan cara aktivasi sehingga senyawa karbon tersebut berpori dan memiliki luas permukaan yang sangat besar dengan tujuan meningkatkan gaya adsorpsinya
2.5 Arang Aktif Arang
aktif
merupakan
material
amorf
berkarbon
yang
memiliki
luaspermukaan yang besar yang dibangun oleh struktur pori internalnya melalui proseskarbonisasi dan aktivasi. Karbon aktif memiliki luas permukaan yang besar sekitar 500m2/gram bahkan bisa mencapai 1500 m2/gram. Karbon aktif memiliki densitas yangberbeda – beda yaitu sekitar 0,43 gram/cm3- 0,55 gram/cm3. Karbon aktif juga memiliki tingkat kekerasan yang berbeda – bedaterhadap tekanan atau geseran tertentu. Perbedaan densitas dan kekerasan karbon aktifsangat bergantung dari bahan baku dan cara pengaktivasinya. Selain itu, karbon aktif memiliki pori/celah/rongga yang berukuran nanometer dimana pori tersebut memiliki gaya Van Der Wals yang kuat (Anton, 2011).
Gambar 2.3. Struktur Morfologi Arang Aktiff dengan SEM Arang aktif bersifat hidrofobik, yaitu molekul pada arang aktif cenderung tidak bisa berinteraksi dengan molekul air. Arang aktif memiliki luas permukaan 1,95 x 106 m2/kg dengan total volume pori-porinya 10,28 x 10-4 m3/kg dan diameter pori rata-rata 21,6 Å, sehingga sangat memungkinkan untuk dapat menyerap adsorbat dalam jumlah yang banyak. Berdasarkan bentuknya karbon aktif dibagi menjadi 4 bagian yaitu : (Gunawan, 2012) a. Powdered Activated Carbon (PAC) memiliki ukuran < 0,18 mm dan digunakan pada fasa gas. b. Granular Activated Carbon (GAC) memiliki ukuran < 0,2 - 5 mm dan digunakan pada fasa cair dan gas. c. Extruded Activated Carbon (EAC) memiliki ukuran < 0,8 - 5 mm dan digunakan pada fasa gas. Pada prinsipnya karbon aktif terdiri dari 3 proses sebagai berikut (Martin, 2008) : 1. Pemilihan bahan dasar Karbon aktif dapat dibuat dari beberapa bahan yang mengandung unsur karbon seperti sekam padi, tulang binatang, kulit biji kopi, kayu, tempurung
kelapa dan lain-lain. Pemilihan bahan dasar untuk karbon aktif harus memenuhi kriteria yaitu unsur inorganik yang rendah, ketersediaan bahan (tidak mahal dan mudah didapat), memiliki durability yang baik dan mudah di aktivasi. 2. Karbonisasi Karbonisasi merupakan suatu proses pirolisis pada suhu 250o C. Pirolisis merupakan suatu proses untuk merubah komposisi kandungan kimia dari bahan organik dengan cara dipanaskan dalam kondisi tidak ada kandungan udara disekitarnya. Tujuan karbonisasi untuk menghilangkan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) yang terkandung pada bahan dasar dimana bahan tersebut sudah memiliki pori-pori setelah melalui proses karbonisasi. 3. Aktivasi Aktivasi merupakan bagian dari proses pembuatan karbon aktif dimana bertujuan untuk membuka atau menciptakan pori yang dapat dilalui adsorbat, memperbesar distribusi dan ukuran pori serta memperbesar luas permukaan karbon aktif dengan proses heat treatment pada temperatur 200o C. Ada dua metode aktivasi : Aktivasi fisika dan kimia Metode aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah sebagai berikut : a. Aktivasi Kimia Aktivasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktivator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat,
klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4. b. Aktivasi Fisika Aktivasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2. Umumnya arang dipanaskan di dalam tanur pada temperatur 200ºC. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah merupakan reaksi isotherm sehingga sulit untuk mengontrolnya.
2.6 Karakterisasi Filter Arang Aktif Kulit Kakao dan Tanah Lempung 2.6.1
Karakterisasi Sifat Fisis
a. Daya Serap Air(Water Absorbtion) Daya serap air merupakan kemampuan suatu sampel untuk menyerap air. Besar kecilnya penyerapan air pada sampel sangat dipengaruhi oleh pori atau rongga yang terdapat pada sampel. Semakin banyak pori-pori yang terkandung dalam sampel maka akan semakin besar pula penyerapan sehingga ketahanannya akan berkurang. Pada saat terbentuk sampel kemungkinan ada terjadinya udara yang terjebak dalam lapisan agregat atau terjadi karena dekomposisi mineral yang terbentuk akibat perubahan cuaca, maka terbentuklah lubang di dalam butiran agregat (pori) (Haniffuddin. 2013). Pengujian daya serap air (water absorbtion) dilakukan pada masing-masing sampel. Pengujian daya serap air ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005 tentang prosedur pengujian, dimana bertujuan untuk menentukan besarnya persentase air yang diserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman selama 24 jam pada suhu kamar. Massa awal sebelum dan sesudah perendaman diukur. Untuk
mendapatkan nilai penyerapan air dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
dengan:
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 =
𝑀𝑀𝑏𝑏 −𝑀𝑀𝑘𝑘 𝑀𝑀𝑘𝑘
𝑥𝑥 100 % (2.1)
Mb = Massa sampel dalam keadaan basah (gr) Mk = Massa sampel dalam keadaan kering (gr)
b. Densitas Massa jenis atau disebut juga dengan istilah rapat massa adalah perbandingan antara massa suatu zat dengan volumenya. Massa jenis merupakan ciri khas setiap zat. Oleh karena itu zat yang berbeda jenisnya pasti memiliki massa jenis yang berbeda pula. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
dengan :
ρ=
𝑚𝑚 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.2) 𝑉𝑉
ρ = Massa jenis zat (kg/m3 atau g/cm3 ) m = Massa benda (kg atau g) V = Volume benda (m3 atau cm3 ) Densitas komposit secara teori dapat diukur dengan hukum pencampuran (Rule Of Mixture) yaitu : 𝜌𝜌 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝜌𝜌𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑉𝑉𝐴𝐴𝐴𝐴 + 𝜌𝜌𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑉𝑉𝑇𝑇𝑇𝑇
Untuk fraksi volume dirumuskan sebagai berikut : 𝑉𝑉𝑇𝑇𝑇𝑇 =
(2.3)
𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇 /𝜌𝜌𝑇𝑇𝑇𝑇 (2.4) (𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇 /𝜌𝜌𝑇𝑇𝑇𝑇 ) + (𝑚𝑚𝐴𝐴𝐴𝐴 /𝜌𝜌𝐴𝐴𝐴𝐴 )
𝑉𝑉𝑇𝑇𝑇𝑇 = Keterangan :
𝑚𝑚𝐴𝐴𝐴𝐴 /𝜌𝜌𝐴𝐴𝐴𝐴 (2.5) (𝑚𝑚𝐴𝐴𝐴𝐴 /𝜌𝜌𝐴𝐴𝐴𝐴 ) + (𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇 /𝜌𝜌𝑇𝑇𝑇𝑇 )
mAK
: Massa arang aktif (gram)
mTL
: Massa tanah lempung (gram)
ρAK
: Densitas arang aktif secara teori (gram/cm3)
ρTL
: Densitas tanah lempungsecara teori (gram/cm3)
VAK
: Fraksi volume arang aktif (%)
VTL
: Fraksi volume tanah lempung (%)
c. Porositas Porositas adalah pori-pori yang terdapat dalam sampel. Porositas merupakan satuan-satuan yang menyatakan keporositasan material yang dihitung dengan cara mencari (%). Porositas juga berhubungan langsung dengan kerapatan. Porositas dinyatakan dalam % yang menghubungkan antar volume benda keseluruhan. Berdasarkan ASTM C 373-88, porositas sampel dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃(%) =
dengan:
𝑀𝑀𝑏𝑏 − 𝑀𝑀𝑘𝑘 1 𝑥𝑥 𝑥𝑥 100 % … … … … … … … … … … … … . . (2.5) 𝑉𝑉𝑏𝑏 ρ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
P = Porositas (%) Mb = Massa basah (kg) Mk = Massa kering (kg) Vb = Volume benda (m3)
2.6.2
Karakterisasi Sifat Mekanik
a. Kuat Tekan Kekuatan tekan suatu material didefenisikan sebagai kemampuan material dalam menahan beban/gaya mekanis sampai terjadinya kegagalan (failure). Kuat tekan suatu bahan merupakan perbandingan besarnya beban maksimum yang dapat ditahan beban. Pengaruh kuat tekan menggunakan alat Ultimate Testing Machine (UTM)
dengan kecepatan penekanan sebesar 4 mm/menit.Untuk
pengukuran kuat tekan beton polmer mengacu pada standard ASTM C – 133 – 97 dan dihitung dengan persamaan berikut : 𝑃𝑃 =
dimana :
𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐴𝐴
P
= Kuat Tekan (N/m2)
Fmaks
= Gaya Maksimum (N)
A
= Luas permukaan benda (m2)
2.6.3
(2.6)
Karakterisasi Morfologi
a. SEM (Scanning Electron Microscope) Struktur mikroskopik diamati dengan menggunakan SEM, prinsip kerjanya yakni dengan memindai permukaan dari material. Sebuah gambar dihasilakn oleh SEM dengan memfokuskan berkas electron yang memindai permukaan sebuah spesiemn; tidak dihasilkan ilmuniasi sekejap dari semua area seperti yang terjadi pada TEM. Perbedaan SEM dengan mikroskop optic terletak pada resolusi yang lebih tinggi dan kedalaman area yang lebih besar (depth of field). Topografi dan
morfologi dapat diamati menggunakan instrumen ini karena kedalaman area yang bisa mencapai orde puluhan micrometer pada perbesaran 1000X dan orde micrometer pada perbesaran 10000 x (Sembiring, 2003).
2.6.4
Debit Alir
Debit alir merupakan jumlah air yang mengalir dari suatu penampang tertentu atau suatu ukuran banyaknya volume air yang dapat dilewatkan per satuan waktu. Secara matematis, debit alir dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : 𝑄𝑄 =
dengan :
𝑉𝑉 𝑡𝑡
(2.7)
Q = Debit Aliran Air (m3/s ) V = volume air yang dilewatkan (m3) t = lamanya air yang mengalir (s)
2.6.5
Karakteristik Air Bersih Hasil Pengolahan
Pengolahan air sumur dengan menggunakan filter arang aktif kulit kakao dan tanah lempung dengan parameter – parameter yang dianalisa adalah parameter warna
dengan
spektrofotometri,
kekeruhan
dengan
menggunakan
spektrofotometri, suhu dengan menggunakan IKM/BTKL-MDN/K3, pH dengan menggunakan alat pH meter, konduktivitas listrik dengan menggunakan metode elektroda dan logam Fe dengan menggunakanspektrofotometri. Beberapa dibawah ini merupakan parameter hasil uji air yang dilakukan antara lain :
2.6.6
Karakteristik Fisika
a. Suhu Secara umum, kenaikan suhu perairan akan mengakibatkan kenaikan aktifitas biologi sehingga akan membentuk O2lebih banyak lagi.Kenaikan suhu perairan secara alamiah biasanya disebabkan oleh aktifitas penebangan vegetasi disekitar sumber air tersebut, sehingga menyebabkanbanyaknya cahaya matahari yang masuk tersebut mempengaruhi akuifer yang adasecara langsung atau tidak langsung. Suhu suatu badan air dipengaruhi oleh musim, lintang (latitude), ketinggian dari permukaan laut waktu dalam hari, sirkulasi udara, penutupan awan, dan aliran serta kedalaman badan air. Perubahan suhu berpengaruh terhadap proses fisika, kimia, dan biologi badan air. Peningkatan suhu mengakibatkan penurunan kelarutan gas dalam air. Selain itu peningkatan suhu juga menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme dan selanjutnya mengakibatkan peningkatan konsumsi oksigen. Cahaya matahari yang masuk ke perairan akan mengalami penyerapan dan perubahan menjadi energi panas. Proses penyerapan cahaya ini berlangsung secara lebih intensif pada lapisan atas sehingga lapisan atas perairan memiliki suhu yang lebih tinggi dan densitas yang lebih kecil dibandingkan dengan lapisan bawah. b. Daya Hantar Listrik (DHL) Konduktivitas air bergantung pada jumlah ion- ion terlarut pervolumenya dan mobilitas ion-ion tersebut. Satuannya adalah (µS/cm, 25oC). Konduktivitas bertambah dengan jumlah yang sama dengan bertambahnya salinitas. Secara umum, faktor yang lebih dominan dalam perubahan konduktivitas air adalah
temperatur. Berdasarkan nilai DHL, jenis air juga dapat dibedakan melalui nilai pengukurandaya hantar listrik sebagai berikut : (Yulianto, 2013) Tabel 2.3 Klasifikasi Air Berdasarkan Daya Hantar Listrik (DHL) No 1 2 3 4 5
DHL (µS/cm, 25oC) 0,0055 0,5 - 5 5 – 30 20 -200 45000 - 55000
Klasifikasi Air Murni Air Suling Air Hujan Air Tanah Air Laut
c. Warna Warna merupakan suatu sifat fisika yang ada pada air yang dapat diamati secara langsung. Dimana air yang layak digunakan memiliki sifat tidak berwarna (bening). Warna timbul akibat suatu bahan terlarut atau tersuspensi dalam air, di samping adanya bahan pewarna tertentu yang kemungkinan mengandung logam berat. Warna perairanbiasanya dikelompokkan menjadi dua, yaitu warna sesungguhnya (true color) dan warna yang tampak (apparent color). Warna sesungguhnya adalah warna yang hanya disebabkan oleh bahan – bahan kimia terlarut. Pada penentuan warna sesungguhnya, bahan – bahan tersuspensi yang dapat menyebabkan kekeruhan dipisahkan terlebih dahulu. Warna dapat diamati secara visual (langsung) ataupun diukur berdasarkan platinum kobalt (Pt Co) dengan membandingkan warna air sampel dan warna standar. Intensitas warna cenderung meningkat dengan meningkatnya nilai pH. Satuan warna yang diukur dengan metode spektofotometri yaitu true color unit (TCU). Warna perairan pada umumnya disebabkan oleh partikel koloid bermuatan negatif sehingga penghilangan warna diperairan dapat dilakukan dengan
penambahan koagulan yang bernilai positif misalnya aluminium dan besi. Warna dapat
menghambat
penetrasi
cahaya
kedalam
air
dan
mengakibatkan
terganggunya proses fotosintesis.
d. Kekeruhan Kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan organik dananorganik, kekeruhan juga dapat mewakili warna. Sedang dari segi estetika kekeruhan
air dihubungkan
dengan
kemungkinan
hadirnya pencemaran
melaluibuangan dan warna air tergantung pada warna air yang memasuki badan air. Kekeruhan air tergantung pada warna. Kekeruhan merupakan ukuran transpari perairan yang ditentukan secara visual. Kekeruhan menggambarkan sifat optic air yang ditentukan berdasarkan banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan –bahan yang terdapat dalam air. Kekeruhan disebabkan oleh adanya bahan organik dan anorganik yang tersuspensi dan terlarut (misalnya lumpur dan pasir halus) maupun bahan organic dan anorganik yang berupa plankton dan mikroorganisme lain. Kekeruhan dinyatakan dalam satuan unit turbiditas yang setara dengan 1mg/L SiO2. Kekeruhan sering diukur dengan metode Nephelometric. Pada metode ini sumber cahaya dilewatkan pada sampel dan intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan – bahan penyebab kekeruhan yang diukur dengan menggunakan suspense polimer formazin sebagai larutan standar. Satuan kekeruhan yang diukur dengan metode nephelometric adalah nephelometric turbidity unit (NTU).
Semakin tinggi nilai padatan tarsuspensi, nilai kekeruhan juga akan menjadi semakin tinggi.
2.6.7
Karakteristik Kimia
a. Derajat Keasaman (pH) pH (Power of Hydrogen), adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan (alkalis), yang dimiliki oleh suatu larutan. Derajat keasaman ini didefinisikan sebagai kologaritma aktivitas ion hidrogen yang terlarut. Koefisien aktivitas ion hidrogen tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingganilainya didasarkan pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut. Ia bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan persetujuan internasional. Selain itu, pH adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan intensitas keadaan basa atau asam suatu larutan dan juga merupakan satu cara untuk menyatakan konsentrasi ion H+ . untuk pH yang lebih kecil dari 7 bersifat basa dan pH lebih besar dari 7 bersifat asam. Penting dalam proses penjernihan air karena keasaman air pada umumnya disebabkan gas oksida yang larut dalam air terutama karbondioksida. Pengaruh yang menyangkut aspek kesehatan dari pada penyimpangan standar kualitas air minum dalam hal pH yang lebih kecil 6,5 dan lebih besar dari 9,2 akan tetapi dapat menyebabkan beberapa senyawa kimia berubah menjadi racun yang sangat menggangu kesehatan (Nasir, 2011). b. Logam Besi (Fe) Air yang mengandung banyak besi akan berwarna kuning dan menyebabkan rasa logam besi dalam air, serta menimbulkan korosi pada bahan yang terbuat dari
metal. Besi merupakan salah satu unsur yang merupakan hasil pelapukan batuan induk yang banyak ditemukan diperairan umum. Logam Fe ini dalam kadar yang tinggi akan merusak dinding usus dan menyebabkan kematian. Disamping itu Fe yang tertimbun di dalam alveoli akan menyebabkan berkurangnya fungsi paruparu. Kandungan Fe yang tinggi menyebabkan air berwarna kuning kecoklatan. Menurut Permenkes RI kandungan Fe maksimum di dalam air minum adalah 0,03 mg/L (Ririn, 2013)
