DARI LARUTAN LOGAM SINTETIS DAN AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN BIOMASSA CHLORELLA VULGARIS

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

PEMISAHAN LOGAM BERAT Cu DAN Cd DARI LARUTAN LOGAM SINTETIS DAN AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN BIOMASSA CHLORELLA VULGARIS DAN BIOMASSA CHLORELLA VULGARIS YANG TERIMMOBILISASI SEBAGAI ADSORBEN Otta Richard Bena Pinem, Taufiq Fajar Sani, Sri Rachmania Juliastuti Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia *email : [email protected]

Seiring meningkatnya aktivitas manusia di segala bidang, khususnya bidang industri, maka meningkat pula jenis polutan (pencemar) yang masuk ke lingkungan air, udara dan tanah. Salah satu buangan yang dapat menyebabkan pencemaran dan adalah logam berat yang dihasilkan oleh suatu industri. Pada dasarnya logam berat dalam air limbah dapat dipisahkan dengan cara fisika, kimia dan biologi. Namun dari pengolahan secara kimia dan fisika membutuhkan biaya yang cukup besar dan mempunyai dampak negatif pada lingkungan, oleh karena itu di pilih pengolahan alternatif dengan menggunakan mikroorganisme, yaitu alga chlorella vulgaris. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efektifitas adsorpsi logam oleh biomassa alga dan biomassa alga yang terimmobilisasi silica gel dengan mempertimbangkan pengaruh pH, konsentrasi logam, dan massa biomassa. Penelitian dilakukakan dengan menggunakan logam tembaga dan cadmium sintetis dan air limbah PT.SIER Surabaya. Dari hasil penelitian didapatkan kondisi terbaik pada pH 6, konsentrasi logam 25 mg/l, dan massa biomassa 200 mg. Kata Kunci: Biomassa, chlorella vulgaris, imobilisasi, adsorpsi I. PENDAHULUAN eiring meningkatnya aktivitas manusia di segala bidang, khususnya bidang industri,maka meningkat pula jenis polutan (pencemar) yang masuk ke lingkungan air, udara dan tanah. Salah satu buangan yang dapat menyebabkan pencemaran dan adalah logam berat yang dihasilkan oleh suatu industri. Pada dasarnya logam berat dalam air limbah dapat dipisahkan dengan cara fisika, kimia dan biologi. Namun dari pengolahan secara kimia dan fisika membutuhkan

S

biaya yang cukup besar dan mempunyai dampak negatif pada lingkungan. Seperti telah diketahui bahwa biosorben merupakan materi biologis yang digunakan dalam proses penyerapan logam dari suatu larutan. Biosorben yang digunakan dalam proses biosorpsi dapat berasal dari bakteri, alga, jamur, ragi dan tanaman. Oleh karena itu di pilih pengolahan alternatif dengan menggunakan mikroorganisme, yaitu alga chlorella vulgaris. Dinding sel dari alga sebagian besar terdiri dari lipid, polisakarida dan protein. Pada dinding tersebut terdapat gugus fungsional yang berbeda seperti imidazol, tioeter, karboksil, hidroksil, karbonil, fosfat, fenolik dan lain-lain yang dapat membentuk koordinasi komplek dengan ion logam sehingga mampu mengikat ion logam. II. URAIAN PENELITIAN A. Variabel Penelitian pH yang digunakan 4, 5, dan 6 Konsentrasi logam 25, 50, dan 100 mg/l Massa biomassa 100, 150, dan 200 mg B. Kondisi Operasi Penelitian dilakukan pada suhu 25-30ºC selama 60 menit dengan pengambilan sampel pada menit ke 15, 45, dan 60. C. Bahan yang Digunakan CdSO4, CuSO4, Air limbah PT.SIER surabaya, Natrium silikat, resin kation, HNO3, HCl dan NaOH. D. Prosedur Penelitian Proses budidaya alga Pertama-tama membudidayakan alga chlorella vulgaris yang bertujuan untuk kebutuhan bahan baku proses pembuatan biomassa alga dan


biomassa terimmobilisasi sebagai adsorben. Pembudidayaan alga dilakukan dalam suatu reactor dengan bantuan aerasi (DO ≥ 2mg/L) dan lampu penerangan dengan intensitas cahaya 10.000 lux serta penambahan CO2 sebagai pendukung proses fotosintesis. Pembuatan biomassa alga Memisahkan alga dari media dan air nya dengan menggunakan centrifuge. Kemudian dilakukan penyaringan sehingga diperoleh alga kering. Alga kering yang masih ada kandungan air nya di keringkan dalam oven dengan suhu 30-40ºC selama 5-10 menit. Biomassa alga kering disimpan untuk proses selanjutnya. Pembuatan biomassa alga terimmobilisasi silica gel Menyiapkan larutan natrium silikat (waterglass) sebanyak 100 ml. kemudian menambahkan resin kation pada natrium silikat, dan mengaduknya dengan magnetic stirrer hingga homogen selama 30 menit. Memisahkan natrium silikat dari resin dan menambahkan 500 mg biomassa alga ke dalam larutan. Menambahkan HCl hingga terbentuk hidrogel dan dikeringkan pada oven dengan suhu 60 ºC hingga kandungan air nya teruapkan semua. Proses Adsorpsi logam Pengaruh pH Adsorpsi ion logam Cu (II) dan Cd (II) dilakukan dengan mengkontakkan 100 mg biomassa alga chlorella vulgaris baik non imobilisasi maupun biomassa chlorella vulgaris yang diimobilisasi dengan silika gel, dengan 50 mL larutan ion logam Cu (II) dan Cd (II) baik larutan sintetis maupun air limbah industri. Konsentrasi larutan logam dibuat tetap dengan konsentrasi 25 mg/L, sedangkan pH divariasikan dengan pH 4, 5, dan 6 untuk mendapatkan pH optimal dalam proses adsorbsi ion logam. Waktu yang digunakan adalah 60 menit. Dalam proses adsorbsi ion logam sampel larutan diambil tiap 15 menit awal, 45 awal, dan 60 menit. Sampel tersebut kemudian adalah sampel yang akan dianalisa dengan AAS untuk mengetahui kadar ion logam yang ada dalam larutan sampel. Pengaruh konsentrasi logam Dengan adanya variasi konsentrasi ion logam pada adsorpsi logam menggunakan alga hijau non imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel akan didapatkan dapat informasi tentang kapasitas adsorpsi dari alga hijau non imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel

2

yang didapat dari isoterm adsorpsinya. Logam divariasikan pada konsentrasi 25, 50, dan 100 mg/L. Kondisi pH yang digunakan adalah pH terbaik yang didapatkan pada percobaan variasi pH, yaitu pH 6. Dilakukan cara yang sama yaitu mengkontakkan 100 mg biomassa dengan waktu 60 menit pada volume 50 ml. Selanjutnya, kadar ion logam setelah dilakukan proses adsorbsi di ukur konsentrasinya dengan menggunakan analisa AAS. Pengaruh massa biomassa Dengan adanya variasi massa biomassa alga kering dalam proses adsorpsi ion logam menggunakan alga hijau non imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel akan didapatkan informasi tentang pengaruh berat adsorben terhadap adsorpsi dari alga hijau non imobilisasi dan alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel. Berat/massa biomassa divariasikan yaitu 100 mg, 150 mg, dan 200 mg pada konsentrasi dan pH terbaik yaitu 25 mg/l dan pH 6. Selanjutnya, kadar ion logam setelah dilakukan proses adsorpsi di ukur konsentrasinya dengan menggunakan analisa AAS. Analisa gugus fungsi dan konsentrasi logam Analisa gugus fungsi yang terdapat pada dinding sel alga menggunakan FTIR, dan analisa untuk mengetahui konsentrasi logam dalam larutan menggunakan AAS. III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1. Spectrum FTIR alga chlorella vulgaris Dinding sel biomassa alga hijau terdiri dari polisakarida dan protein, beberapa diantaranya mengandung gugus karboksil, sulfat, amino. Oleh karena itu, berdasarkan spektrum FT-IR di atas, diinterpretasikan bahwa gugus fungsional yang terdapat pada biomassa alga hijau diantaranya adalah adanya (1) gugus hidroksil (-OH) dari


polisakarida, (2) gugus C=O peptida (-CONH-) berasal dari protein. Proses adsorpsi dengan pengaruh pH Dari hasil penelitian adsorpsi logam dengan variasi pH 4,5, dan 6 maka didapatkan hasil sebagai berikut :

3

dengan kation logam), sehingga terjadi tolakan yang menyebabkan daya serap menjadi rendah. Sedangkan pada pH tinggi permukaan padatan bermuatan negatif karena terjadi deprotonasi pada gugus hidroksil atau amino, oleh karena itu daya serap ion logam Cu (II) dan Cd (II) meningkat. Hasil terbaik Cu dan Cd teradsorpsi yaitu pada larutan logam sintetis untuk biomassa non imobilisasi sebesar 71,4% dan 63,04%. Dengan jumlah Cu dan Cd terserap per gram biomassa sebesar 8,925 mg/g dan 7,88 mg/g pada pH penyerapan maksimumnya yaitu pH 6 dan pada waktu penyerapan 60 menit. Proses adsorpsi dengan pengaruh konsentrasi logam Dari hasil penelitian adsorpsi logam dengan variasi konsentrasi logam 25, 50, dan 100 mg/l maka didapatkan hasil sebagai berikut :

Gambar 2. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan sintetis

Gambar 3. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan sintetis Gambar 2. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan limbah Dari Grafik pengaruh pH terhadap efektifitas penyerapan logam yang telah dicantumkan sebelumnya memperlihatkan bahwa jumlah tembaga atau kadmium yang terserap oleh biomassa alga hijau sangat dipengaruhi oleh pH dari larutan logam tersebut. Adsorpsi ion logam Cu (II) dan Cd (II) dengan biomassa alga hijau non imobilisasi maupun biomasa alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan pH. Pada pH rendah, permukaan padatan bermuatan positif karena terjadi protonasi pada gugus anionik, seperti karboksilat ataupun amino. Sehingga bila pH larutan diturunkan, maka akan terjadi protonasi gugus basa lemah pada permukaan sel biomassa tersebut, sehingga semakin rendah pH larutan menyebabkan semakin banyak gugus basa lemah yang terprotonasi dan akibatnya kemampuan biomassa untuk menyerap logam semakin lemah.Ditambah lagi dengan adanya kompetisi ion H+ dengan kation logam. Karena sama- sama memiliki muatan positif (antara muatan pada permukaan alga

Gambar 4. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan limbah Dari hasil penelitian didapatkan bahwa jumlah kadmium dan tembaga yang terserap oleh biomassa alga hijau dipengaruhi oleh variasi konsentrasi larutan yang digunakan. Semakin besar konsentrasi larutan yang diinteraksikan dengan jumlah biomassa yang tetap (100 mg) maka semakin besar pula jumlah kadmium yang terserap oleh biomassa alga hijau. Sesuai dengan teori Langmuir yang mengatakan bahwa pada


permukaan penyerap dalam hal ini biomassa alga hijau terdapat sejumlah tertentu situs aktif yang sebanding dengan luas permukaan penyerap. Sehingga selama situs aktif belum jenuh atau berada pada keadaan seimbang, maka dengan bertambahnya konsentrasi ion logam yang dikontakkan akan bertambah pula jumlah ion logam yang terserap per gram biomassa nya. Hasil terbaik Cu dan Cd teradsorpsi yaitu pada larutan logam sintetis untuk biomassa non imobilisasi sebesar 71,24% dan 63,04%. Pada konsentrasi logam 25 mg/l dan pada pH penyerapan maksimumnya yaitu pH 6 dengan waktu kontak 60 menit. Proses adsorpsi dengan pengaruh massa biomasa Dari hasil penelitian adsorpsi logam dengan variasi massa biomassa 100, 150, dan 200 mg maka didapatkan hasil sebagai berikut :

Gambar 5. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan sintetis

Gambar 6. Grafik perbandingan adsorpsi logam Cu dan Cd pada larutan limbah Dari hasil penelitian didapatkan bahwa peningkatan massa biomassa akan menaikkan presentase jumlah logam yang terserap. Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya jumlah biomassa, maka akan semakin banyak situs (pusat) aktif pada dinding sel biomassa yang berinteraksi dengan ion Cu (II) maupun Cd (II) di dalam

4

larutan pada volume yang sama. Dengan demikian semakin banyak gugus aktif yang mampu mengikat ion logam baik Cu (II) maupun Cd (II) yang berada pada permukaan biomassa chlorella vulgaris. Biomassa alga hijau yang di imobilisasi pada silika gel memiliki persen serapan yang lebih rendah daripada biomassa non imobilisasi, hal ini disebabkan oleh adanya silika yang berikatan dengan gugus fungsional yang terdapat pada biomassa sehingga menyebabkan berkurangnya situs aktif pada biomassa hijau. Namun upaya imobilisasi tetap disarankan karena dapat memiliki kekuatan fisik yang lebih bagus dan biomassa terimmobilisasi dapat di recovery untuk digunakan kembali sebagai adsorben.[9] Hasil terbaik untuk Cu (II) dan Cd (II) teradsorpsi yaitu pada larutan logam sintetis untuk biomassa non imobilisasi sebesar 73,52% dan 70,6%. Dengan jumlah Cu dan Cd terserap per gram biomassa sebesar 5,44 mg/g dan 5,5883 mg/g pada pH penyerapan maksimumnya yaitu pH 6 dan pada waktu penyerapan 60 menit dengan jumlah biomassa 200 mg. Isotherm adsorpsi Isoterm adsorpsi digunakan untuk mengetahui hubungan antara jumlah zat yang terserap (adsorbat) dengan jumlah zat penyerap (adsorben), serta kemungkinan sifat dari permukaan adsorben. Pada penelitian ini digunakan dua bentuk persamaan isoterm adsorpsi, yaitu isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Data yang digunakan untuk mencari isoterm adsorpsi adalah data penyerapan pada variasi konsentrasi ion logam Cd (II) yang digunakan, oleh biomassa alga hijau non imobilisasi dan biomassa alga hijau yang diimobilisasi pada silika gel. Pada isoterm adsorpsi Langmuir, teori Langmuir menjelaskan bahwa permukaan penyerap dalam hal ini biomassa alga hijau terdapat sejumlah tertentu situs aktif yang sebanding dengan luas permukaan penyerap. Pada setiap situs aktif memiliki energi yang sama sehingga dapat dikatakan bahwa permukaan adsorben bersifat homogen. Isoterm adsorpsi Freundlich menyatakan bahwa permukaan adsorben bersifat heterogen, hal tesebut berarti afinitas dari masing-masing pusat aktif tidak sama, sehingga adsorpsi pada situs yang paling aktif lebih disukai.


Dari hasil perhitungan didapatkan hasil

viscous supported on GAC. Bioresource Technology

berikut: [4]

Elfrida. 2009. Peningkatan Daya Serap Alga Coklat Turbinaria decurrens Borry Terhadap Ion Logam Tembaga dan Seng dengan Memodifikasi Gugus Karboksilnya. Jurnal Mangrove dan Pesisir IX

[5]

F.A Abu Al-Rub. M.H.El-Naas. M. AlMarzouqi.2005 . Biosorption of copper on Chlorella vulgaris from single,binary and ternary metal aqueous solutions. Process Biochemistry.El Sciever. 457-464

Tabel 1. Perbandingan isotherm Langmuir dan Freundlich Dilihat berdasarkan nilai R2, dapat diasumsikan isotherm Freundlich mampu menginterpretasikan data adsorpsi lebih baik daripada isoterm Langmuir. Karena pada isotherm Freundlich nilai R2 mendekati 1. Karena lebih mengarah pada isotherm Freundlich, hal tersebut menginformasikan bahwa kemungkinan permukaan dari kedua biomassa alga hijau yang digunakan bersifat heterogen, artinya setiap situs aktif pada matriks alga yang kompleks memiliki energi atau afinitas yang berbeda-beda.

[6] Mohammed Sayed Abdel Hameed and Ola Hammouda Ebrahim. 2007. Biotechnological Potential Uses of Immobilized Algae. International Journal of Agriculture &Biology Vol 9 No.1 [7]

Ronaldo. Imelda.H.Silalahi. Nelly Wahyuni. 2013. Adsorpsi Ion Logam Cu(ll) Menggunakan Biomassa Alga Coklat (Sargassum Crassifolium) yang terenkapsulasi Aqua-Gel Silika.JKK Vol 2 hal 148-152

[8]

E. Romera . F.Gonzalez. A.Ballester. M.L. Blazquez. J.A.Munoz. 2006. Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae. Science Direct.

[9]

Hima Karnika Alluri. Srinivasa Reddy Ronda. Vijaya Saradhi Settalluri. Jayakumar Singh.Bondili. Suryanarayana.V and Venkateshwar.P . 2007. Biosorption : An eco-friendly alternative for heavy metal removal. African Journal of Biotechnology Vol 6

[10]

Nadia A.Abdelmajeed. Olfat A. khelil.Elnas Nabil. 2012. Immobilization technology for enchancing bio-product industry. African journal of biotechnology . vol 11.

[11]

Nilanjana das. R.Vimala. 2008. Biosorption of heavy metal- an overview. Indian journal of biotechnology.vol 7 159-169

IV. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pH, konsentrsi logam dan massa biomassa sangat mempengaruhi proses adsorpsi ion logam. Kondisi terbaik atau maksimum penyerapan didapatkan pada pH 6, konsentrasi logam 25 mg/l, dan massa biomassa 200 mg dengan waktu kontak 60 menit. Sedangkan pada media larutan logam sintetis mampu didapatkan hasil adsorpsi yang lebih baik daripada media air limbah PT.SIER Surabaya. DAFTAR PUSTAKA [1]

Buhani.Suharso and Z.Sembiring.2012. Immobilization of Chetoceros sp Microalgae with Silica Gel through Encapsulation Technique as Adsorbent of Pb Metal from Solution. Oriental Journal of Chemistry Vol 28

[2]

Buhani.suharso.Zipora sembiring.2006. Biosorption of metal ion Pb(II), Cu(II), and Cd(II) on Surgassumduplicatum immobilized silica gel matrix. Indo.J. Chem. 245-250

[3] C.Quintelas. B.Fonseca.B.Silva. H.Figueiredo. T.Tavares. 2009. Treatment of Chromium(VI) Solutions in a pilot-scale bioreactor through a biofilm of Arthrobacter

5

DARI LARUTAN LOGAM SINTETIS DAN AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN BIOMASSA CHLORELLA VULGARIS

Recommend Documents