BAB III DASAR TEORI
3.1 Limbah Industri Tekstil Perkembangan tekstil di Indonesia telah maju dengan pesat. Pertambahan jumlah industri membawa akibat meningkatnya bahan pencemaran yang di sebabkan oleh pembuangan limbah industri. Limbah cair sebagian hasil samping dari aktifitas industri sering menimbulkan permasalahan bagi lingkungan. Salah satu bahan berbahaya yang biasanya terdapat dalam air limbah yaitu zat warna. Zat warna merupakan senyawa berwarna yang banyak digunakan pada industri tekstil, plastik, kertas, dan banyak industri lainya. Beberapa zat warna diketahui dapat menyebabkan alergi, iritasi kulit, serta kanker (Cahyadi, 2006). Limbah cair tersebut terutama berasal dari cairan bekas proses pewarnaan dan proses pencelupan serta proses-proses lain yang berhubungan dengan industri tekstil. Cairan bekas pencelupan tersebut mengandung zat warna dan zat pengikat warna. Dengan bermacam-macam limbah maka diperlukan pemecahan tersendiri untuk menurunkan kadar limbah dalam lingkungan. Beberapa macam perlakuan yang dilakukan untuk pengolahan air limbah yaitu proses filtrasi, flokulasi, penghilangan warna (decoloring), dan adsorpsi. Proses adsorpsi dilakukan untuk proses penyerapan senyawa yang mengganggu dalam analisis, pada umumnya digunakan untuk proses pengolahan
limbah.
Adsorpsi merupakan alternatif terbaik untuk mengatasi pencemaran zat warna (Longhinotti et al. 1998; Figueiredo et al. 2000).
9
10
3.2 Ciri-ciri Air Limbah Disamping kotoran yang biasanya terkandung dalam persediaan air bersih air limbah mengandung tambahan kotoran akibat pemakaian untuk keperluan rumah tangga, komersial dan industri. Beberapa analisis yang dipakai untuk penentuan cirri-ciri fisik, kimiawi, dan biologis dari kotoran yang terdapat dari air limbah. a. Ciri-ciri Fisik Ciri-ciri fisik utama air limbah adalah kandungan padat, warna, bau, dan suhunya. Bahan padat total terdiri dari bahan padat tak terlarut atau bahan padat yang terapung serta senyawa-senyawa yang larut dalam air. Kandungan bahan padat terlarut ditentukan dengan mengeringkan serta menimbang residu yang didapat dari pengeringan. Warna adalah ciri kualitatif yang dapat dipakai untuk mengkaji kondisi umum air limbah. Jika warnanya coklat muda, maka umur air kurang dari 6 jam. Warna abu–abu muda sampai setengah tua merupakan tanda bahwa air limbah sedang mengalami pembusukan atau telah ada dalam sistem pengumpul untuk beberapa lama. Bila warnanya abu-abu tua atau hitam, air limbah sudah membusuk setelah mengalami pembusukan oleh bakteri dengan
kondisi
anaerobik. Penentuan bau menjadi semakin penting bila masyarakat sangat mempunyai kepentingan langsung atas terjadinya operasi yang baik pada sarana pengolahan air limbah. Senyawa utama yang berbau adalah hidrogen sulfida, senyawa-senyawa lain seperti indol skatol, cadaverin dan mercaptan yang
11
terbentuk pada kondisi anaerobik dan menyebabkan bau yang sangat merangsang dari pada bau hidrogen sulfida. Suhu air limbah biasanya lebih tinggi dari pada air bersih karena adanya tambahan air hangat dari pemakaian perkotaan. Suhu air limbah biasanya bervariasi dari musim ke musim, dan juga tergantung pada letak geografisnya. b. Ciri-ciri Kimia Selain pengukuran BOD, COD dan TOC pengujian kimia yang utama adalah yang bersangkutan dengan amonia bebas, nitrogen organik, nitrit, nitrat, fosfor organik dan fosfor anorganik. Nitrogen dan fosfor sangat penting karena kedua nutrien ini telah sangat umum diidentifikasikan sebagai bahan untuk pertumbuhan gulma air. Pengujian-pengujian lain seperti klorida, sulfat, pH serta alkalinitas diperlukan untuk mengkaji dapat tidaknya air limbah yang sudah diolah dipakai kembali serta untuk mengendalikan berbagai proses pengolahan (Linsley 1995). 3.3 Jenis Limbah a. Limbah Cair Limbah cair adalah sisa dati suatu hasil atau kegiatan yang berwujud cair (PP 82, 2001). b. Limbah Padat Limbah padat berasal dari kegiatan industri dan domestik. Limbah domestik pada umumnya berbentuk limbah padat rumah tangga, limbah padat kegiatan perdagangan, perkantoran, peternakan, pertanian serta dari tempat-tempat umum. Jenis-jenis limbah padat: kertas, kayu, kain, karet atau kulit tiruan, plastik, metal, gelas atau kaca, organik, bakteri, kulit telur, dan lain-lain.
12
c.
Limbah Gas dan Partikel Polusi udara adalah tercemarnya udara oleh berberapa partikulat zat
(limbah) yang mengandung partikel (asap), hidrokarbon, sulfur dioksida, nitrogen oksida, ozon (asap kabut fotokimiawi), karbon monoksida dan timah. d.
Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) Suatu limbah digolongkan sebagai limbah B3 bila mengandung bahan
berbahaya atau beracun yang sifat dan konsentrasinya, baik langsung maupun tidak langsung, dapat merusak atau mencemarkan lingkungan hidup atau membahayakan kesehatan manusia. Limbah B3 adalah bahan baku yang berbahaya dan beracun yang tidak digunakan lagi karena rusak, sisa kemasan, tumpahan, sisa proses, dan oli bekas kapal yang memerlukan penanganan dan pengolahan khusus. Bahan-bahan ini termasuk limbah B3 bila memiliki salah satu atau lebih karakteristik berikut: mudah meledak, mudah terbakar, bersifat reaktif, beracun, menyebabkan infeksi, bersifat korosif, dan lain-lain, yang bila diuji dengan toksikologi dapat diketahui termasuk limbah B3. 3.4 Laboraturium Kimia a. Pengertian Laboratorium adalah ruangan khusus yang dilengkapi dengan alat-alat dan fasilitas yang diperlukan sehingga memenuhi syarat untuk melaksanakan serangkaian percobaan-percobaan dan penyelidikan dengan aman (Khasani, 1990). Laboratorium dalam pendidikan IPA berarti suatu tempat dimana guru dan siswa melakukan percobaan dan penelitian. Dalam pengertian ini laboratorium dapat berbentuk suatu ruangan ataupun terbuka. Laboratorium sebagai ruang yang tertutup contohnya: kelas, laboratorium di sekolah-sekolah dan rumah kaca.
13
Laboratorium sebagai ruang terbuka contohnya: kebun sekolah, atau lingkungan lain yang dapat digunakan sebagai sumber belajar (Padmawinata. 1983). b. Bahan-bahan Kimia di Laboraturium Menurut Depdikbud (1999) bahan kimia berdasarkan penggunaannya dikelompokkan menjadi 6, yaitu: 1) Reagens, zat kimia yang digunakan di laboratorium sekolah atau universitas. 2)
Pharmaceutical, zat kimia untuk obat-obatan.
3) Zat diagnotis (diagnostics), zat kimia untuk keperluan diagnosis yang digunakan dalam bidang kedokteran. 4) Zat kimia pertanian (agrochemicals), zat kimia yang digunakan dalam bidang pertanian. 5) Zat warna (dyes), zat kimia yang digunakan untuk zat warna sebagai bahan celup dalam bidang industri tekstil. 6) Pigmen, zat kimia berwarna yang digunakan untuk pembuatan cat. Menurut Depdikbud yang dikutip Sariyanto (2001) derajat kemurnian bahan kimia ada 3 macam yaitu: 1) LG (Laboratory Reagent Grade) = Derajat kemurnian laboratorium. Zat-zat dengan kualitas LG itu cocok untuk kerja analitik umum dan kerja kuantitatif. 2) BG (Bench Reagent Grade) = Kemurnian yang pantas untuk penggunaan percobaan biasa di laboratorium. 3) TG (Technical Grade) adalah derajat kemurnian teknik standar kemurnian yang dapat diterima secara komersial dianggap tidak mengandung kotorankotoran yang akan berpengaruh pada penggunaan umum zat itu dalam eksperimen.
14
Bahan kimia berdasarkan bahayanya dibedakan menjadi 6 kelompok, yaitu (Depdikbud, 1999): 1) Lambang F (Flammable), artinya zat kimia dengan lambang ini mudah
menyala (terbakar). Contoh: fosfor, karbon disulfida, dan senyawa organik yang mudah menguap. 2) Lambang X (harmful iritasi) artinya zat yang mengiritasi. Contoh zat padat:
NaOH, KOH, CaCl2, asam sitrat, fenol. Contoh zat cair: H2SO4, Br2. Contoh zat gas: Cl2, NO2. 3) Lambang T (toxic) artinya zat yang bersifat racun. Contoh: anilin, benzena,
uap bromin, uap raksa, toluena, nitrobenzena, uap klorin. 4) Lambang E (Explosive) artinya zat yang dapat meledak. Contoh: hidrogen
peroksida (pekat), asam perklorat dan logam natrium bila bereaksi dengan air. 5) Lambang O (Oxidizing substance) artinya zat yang dapat mengoksidasi
Contoh: KMnO2, KClO3, K2CrO4, K2Cr2O7, HNO3, HNO2, H2O2 encer. 6) Lambang C (Corrosive) artinya zat yang bersifat korosif (merusak jaringan
atau peralatan). Contoh: NaOH, KOH, HCl, H2SO4, fenol, cuka glacial dan asam sitrat. Bahan-bahan
kimia
berdasarkan
wujudnya
dibedakan
menjadi
(Depdikbud, 1999): 1) Wujud padat dapat berupa serbuk, kepingan, butiran, batangan, kristal dan lembaran Contoh: NaOH, NaCl, V2O5, ZrO2, TiO2. 2) Zat kimia yang berwujud cair. Contoh: HCl, H2SO4, HNO3, formaldehid, alkohol, spritus dan kloroform, eter.
15
3.5 Sekam Padi a. Karakteristik sekam padi Sekam padi merupakan bahan asli sampingan produk pertanian, sekam yang dibakar mempunyai sifat pozzolan yang mengandung unsur silikat yang tinggi, rata-rata SiO2 91,72% dengan Pozzolanic Activity Index 87%. Pozzolan ini mengandung sifat sementasi jika bercampur dengan kapur padam dan air. Komposisi Sekam padi dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Sekam padi Komponen
Kandungan (%)
Kadar Air
9,2
Protein Kasar
3,03
Lemak
1,18
Abu
1,71
Selulosa
33,71
Hemiselulosa
17,71
Karbon (Zat Arang)
1,33
Zat ekstraktif
1,18
Lignin
35,53
Silika (SiO2)
16,98
b. Arang aktif sekam padi Diantara beberapa limbah organik adalah penggunaan sekam padi. Hal ini disebabkan sifat sekam padi yang rendah nilai gizinya, tahan terhadap pelapukan, memiliki kandungan abu yang tinggi, menyerupai kandungan kayu serta mempunyai kandungan karbon yang cukup tinggi. Selain itu ketersediaan limbah
16
sekam padi yang cukup banyak di segala tempat di sekitar penggilingan padi dan pemanfaatan limbah tersebut yang masih terbatas. Dewasa ini keberadaan abu sekam padi di Indonesia belum mendapatkan perhatian, dan hanya terbatas untuk beberapa keperluan sederhana misalnya sebagai abu gosok dan sebagai media tanaman. Bahkan di beberapa daerah sekam padi dibuang dan dianggap sebagai bahan yang kurang bermanfaat. Padahal, abu sekam padi merupakan bahan yang sangat potensial sebagai bahan penyerap logam berat dalam air, sehingga bisa menjadi alternatif penyelesaian masalah pencemaran lingkungan. Abu sekam padi dapat digunakan sebagai adsorben karena merupakan material berpori (Nuhasani 2010). Menurut (Della et al. 2002) komposisi dari abu sekam padi dapat dilihat pada Table 2. Tabel 2. Komposisi dari abu sekam padi Komponen Sebelum dibakar Setelah dibakar SiO2 Al2O3 Fe3O3 CaO Na2O CaO MnO TiO2 MgO P2O5 Loss on fire
71,1 0,30 0,15 0,43 0,50 0,43 0,50 0,05 0,70 0,06 24,3
94,95 0,39 0,26 0,54 0,25 0,94 0,16 0,02 0,90 0,74 0,85
Penelitian-penelitian penggunaan abu sekam padi sebagai adsorben telah banyak dilakukan. Danarto (2008) mengadakan penelitian tentang adsorpsi asam stearat, palmitik, dan miristik dengan menggunakan abu sekam padi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa abu sekam padi merupakan adsorben yang cukup baik bagi ketiga senyawa tersebut. Hasil yang sama juga ditunjukkan oleh Danarto (2008) yang menggunakan abu sekam padi untuk menyerap logam emas. Danarto (2008) yang menggunakannya untuk mengambil phenol dari suatu larutan.
17
Penelitian mengenai penggunaan sekam padi termodifikasi dengan senyawa tertentu juga telah dilakukan. Danarto (2008) meneliti penggunaan sekam padi yang dimodifikasi dengan etilen diamin sebagai adsorben logam Cr(VI) dan Cu(II) serta oleh Saniyyah (2010) yang memodifikasi sekam padi dengan asam tartarik untuk menyerap logam Cu dan Pb. Penelitian-penelitian di atas menunjukkan hasil yang menjanjikan. Untuk meningkatkan kemampuan penyerapan arang maka dilakukan proses aktivasi. Ada beberapa metode aktivasi karbon tetapi secara umum dapat dikelompokan menjadi dua metode aktivasi yaitu aktivasi secara fisika dan aktivasi secara kimia. Menurut Margono (2010) arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85%-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya mengalami karbonisasi dan tidak teroksidasi, selain digunakan sebagai bahan bakar, arang juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Sekam padi mengandung beberapa unsur kimia yaitu kadar air (9,02%), protein kasar (3,03%), lemak (1,18%), serat kasar (35,68%), abu (17,17%), karbohidrat (33,71%), karbon (zat arang) (1,33%), hydrogen (1,54%), oksigen (33,64%), dan silika (16,98%). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel. Kemampuan arang dapat menjadi lebih tinggi jika dilakukan aktifasi terhadap arang tersebut dengan bahan-bahan kimia atau dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Menurut Margono (2010)
18
karbon aktif dapat dipergunakan dengan cara menaburkan, dicampur air lalu dibubuhkan, dipasang sebagai filter dan sebagainya. Arang aktif sangat efektif untuk menghilangkan warna, bau dan rasa dalam air. c. Spektrophotometri UV-Visible. Spektrofotometri UV-Vis didasarkan atas bila cahaya monokromatik maupun campuran jatuh pada suatu medium homogen, sebagian dari sinar masuk akan dipantulkan, sebagian diserap dalam medium itu, dan sisanya diteruskan. Lambert seringkali dianggap berjasa dalam menyelidiki serapan cahaya sebagai fungsi ketebalan medium, meskipun sebenarnya hanya memperluas konsep yang pada mulanya dikembangkan oleh bourgeur. Beer kemudian menerapkan eksperimen serupa pada larutan dengan konsentrasi yang berlainan dan menerbitkan hasilnya tepat sebelum Bernard. Kedua hukum yang terpisah yang mengatur absorbsi ini biasanya dikenal sebagai hukum Lambert dan hukum Beer. Dalam bentuk gabungan hukum ini dikenal sebagai hukum Beer-Lambert. Hukum ini menyatakan bahwa bila suatu cahaya monokromatik melewati medium tertentu cahaya, lajunya berkurang intensitas oleh bertambahnya ketebalan, berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Ini setara dengan menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan berkurang secara eksponsial dengan bertambahnya ketebalan medium yang menyerap atau dengan menyatakan bahwa lapisan manapun dari medium itu yang tebalnya sama akan menyerap cahaya masuk kepadanya dengan fraksi yang sama. Sejauh ini telah dibahas absorbsi cahaya dari transmisi cahaya monokromatik sebagai fungsi ketebalan lapisan penyerap saja. Tetapi dalam analisis kuantitatif, terutama berurusan dengan larutan. Beer mengkaji efek
19
konsentrasi seperti yang ditemukan Lambert antara transmisi dan ketebalan lapisan, yakni intensitas berkas cahaya monokromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linear. Suatu spektrofotometri visible (sinar tampak) tersusun atas: 1) Sumber Spekrum Tampak Sumber yang bisa digunakan pada spektroskopi absorbsi adalah lampu wolfram. Lampu hidrogen digunakan untuk sumber pada daerah UV. Kebaikan lampu wolfram adalah energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang. Untuk memperoleh tegangan yang stabil dapat digunakan transformator. Jika potensial tidak stabil, kita akan mendapat energi yang bervariasi. Untuk mengkompensasi hal ini maka dilakukan pengukuran transmitan larutan sampel selalu disertai larutan pembanding. 2) Monokromotor Monokromator adalah alat untuk memperoleh sumber sinar yang monokromatis.
Alatnya
dapat
berupa
plasma
maupun
grating.
Untuk
mengarahkan sinar monokromatis yang diinginkan dari hasil penguraian dapat digunakan celah. Jika celah posisinya tetap, maka prisma atau gratingnya yang dirotasikan untuk mendapatkan panjang gelombang yang diinginkan. 3) Sel Absorbsi Pada pengukuran di daerah tampak kuvet kaca atau kuvet corex dapat digunakan, tetapi pada pengukuran daerah UV harus menggunakan sel kuarsa karena gelas tidak tembus cahaya pada daerah ini. Umumnya tebal kuvetnya adalah 10 mm, tetapi yang lebih kecil ataupun yang lebih besar dapat digunakan.
20
4) detektor Detektor berfungsi menangkap cahaya yang diteruskan dari sampel dan mengubahnya menjadi arus listrik. Radiasi yang melewati sampel akan ditangkap oleh detektor yang akan mengubahnya menjadi besaran terukur.
Gambar 4. Skema kerja alat Spectrofotometer UV-Vis
D. Scanning Electron Microscopy (SEM) Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk menyelidiki permukaan dari objek padat secara langsung. SEM memiliki perbesaran 10 – 3000000x, kedalaman area 4 – 0.4 mm dan resolusi sebesar 1 – 10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi, kedalaman arena yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan penelitian dan industri. Adapun fungsi utama dari SEM antara lain dapat digunakan untuk mengetahui informasi-informasi mengenai:
21
1) Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat memantulkan cahaya, dan sebagainya).
2) Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek (kekuatan, cacat pada Integrated Circuit (IC) dan chip, dan sebagainya). 3) Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di dalam objek (titik lebur, kereaktifan, kekerasan, dan sebagainya).
4) Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan dari butir-butir di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik, kekuatan, dan sebagainya).
Prinsip kerja dari
SEM adalah sebagai berikut:
1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda. 2.
Lensa
magnetik
memfokuskan
elektron
menuju
ke
sampel.
3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil
pemindai.
4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).
22
Skema instrument SEM:
Gambar 5. Skema instrumen SEM (sumber:iastate.edu)
Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron. Sinyal -sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.
