KEMAMPUAN ZEOLIT UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI ION BESI DAN MANGAN DALAM LIMBAH CAIR TAMBANG
EDVAN ISTICHORI
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kemampuan Zeolit untuk Menurunkan Konsentrasi Ion Besi dan Mangan dalam Limbah Cair Tambang adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Nopember 2015 Edvan Istichori NIM A14080098
ABSTRAK EDVAN ISTICHORI. Kemampuan Zeolit untuk Menurunkan Konsentrasi Ion Besi dan Mangan dalam Limbah Cair Tambang. Dibimbing oleh SUWARDI dan DYAH TJAHYANDARI SURYANINGTYAS. Permasalahan limbah cair tambang merupakan isu utama yang sering muncul dari kegiatan pertambangan. Pemerintah melalui Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 113/2003 menetapkan konsentrasi yang diperbolehkan untuk kandungan Fe terlarut adalah sebesar 7 ppm sedangkan kandungan Mn terlarut sebesar 4 ppm dalam limbah cair tambang sebelum dilepas ke perairan umum. Di Kalimantan Tengah ditemukan kandungan Mn dalam limbah cair tambang di settling pond masih melebihi ambang batas walaupun telah diberi perlakuan kapur dan arang aktif, sehingga diperlukan cara lain untuk menanggulanginya. Penelitian ini bertujuan untuk mengukur kemampuan zeolit dalam menjerap ion besi dan mangan baik dosis maupun ukuran zeolit yang tepat serta metode aplikasi penggunaannya di lapang. Contoh limbah cair tambang yang digunakan terdiri dari dua jenis yaitu limbah cair tambang yang berasal dari tambang batubara di Kalimantan Tengah dan limbah cair simulasi, dengan kandungan besi dan mangan masing-masing terdiri dari 2 konsentrasi yaitu 10 ppm dan 20 ppm untuk Fe serta 8 ppm dan 16 ppm untuk Mn. Sedangkan zeolit yang digunakan terdiri dari dua ukuran yaitu zeolit halus (< 0.2 mm) dan kasar (816 mm) dengan 2 kali ulangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemberian 1 g zeolit ke dalam 100 ml larutan yang mengandung 10.0 ppm Fe dapat menurunkan konsentrasi Fe menjadi 1.3 ppm atau turun 87%. Sedangkan pemberian 3 g zeolit ke dalam 100 ml larutan mengandung 8.0 ppm Mn dapat menurunkan konsentrasi Mn menjadi 3.6 ppm atau turun 55%. Kemampuan zeolit menjerap Fe adalah 0.87 mg/g zeolit, sedangkan untuk Mn sebesar 0.29 mg/g zeolit pada ukuran <0.2 mm. Semakin halus ukuran zeolit kemampuan menjerap Fe dan Mn semakin besar. Metode aplikasi dalam menurunkan kandungan Fe dan Mn pada limbah cair tambang dapat digunakan zeolit dengan beberapa ukuran dan cara penempatan. Zeolit kasar sebaiknya digunakan sebagai filter pada saluran limbah cair sedangkan zeolit halus ditebarkan pada kolam pengendapan. Kata kunci: limbah cair tambang, konsentrasi Fe, konsentrasi Mn, zeolit.
ABSTRACT EDVAN ISTICHORI. Capability of Zeolite to Decrease the Concentration of Iron and Manganese Ions from Mine Effluent. Supervised by SUWARDI and DYAH TJAHYANDARI SURYANINGTYAS. The main issue of open coal mining activities is mine effluent characteristies. Government through the decree of Ministry of Environment No. 113/2003 established that allowable concentration for dissolved Fe content is 7 ppm, while dissolved Mn is 4 ppm in coal mine effluent before it can discard into public waters. In Central Kalimantan it was found that dissolved Mn in settling pond still exceed the threshold even it has been added by calcium oxide and activated charcoal. This study aims to measure the ability of zeolite to adsorb iron and mangan ions in coal mine effluent. Two mine effluents used in this study are, the original mine effluent obtained from coal mining area in Central Kalimantan and simulated mine effluent which made in the laboratory, which had 10 ppm and 20 ppm Fe contents and two different contents of Mn which were 8 ppm and 16 ppm Mn. The zeolites consisted of two sizes, fine zeolite (<0.2 mm) and coarse zeolite (8-16 mm), each treatment replicated twice. The results showed that with application of 1 gram zeolite per 100 ml solution containing 10.0 ppm Fe can reduce the concentration of Fe ions up to 1.3 ppm or decreased 87%. While with added 3 gram zeolite into 100 ml solution containing of 8.0 ppm Mn ions can decrease the concentration of Mn up to 3.6 ppm or decreased 55%. The ability of zeolite to adsorb Fe is as much as 0.87 mg/g zeolite, while for Mn is 0.29 mg/g. The finer the zeolite, the greater its ability to adsorb Fe and Mn. Application method that can be used to reduce Fe and Mn ions in coal mine effluent is by combining zeolite with several sizes and placement method. Coarse zeolite should be used as a filter in mine effluent’s channel while fine zeolite can be spread in settling ponds. Keywords: mine effluent, Fe concentration, Mn concentration, zeolite
KEMAMPUAN ZEOLIT UNTUK MENURUNKAN KONSENTRASI ION BESI DAN MANGAN DALAM LIMBAH CAIR TAMBANG
EDVAN ISTICHORI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas rahmat dan karunianya skripsi yang berjudul “Kemampuan Zeolit untuk Menurunkan Konsentrasi Ion Besi dan Mangan dalam Limbah Cair Tambang” bisa diselesaikan dengan baik. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Pertanian di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan, dukungan, nasihat, dan bimbingan dari berbagai pihak. Dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih kepada: 1. Dr Ir Suwardi M. Agr selaku pembimbing skripsi I, Dr. Ir. Dyah Tjahyandari S. M.Appl.Sc selaku pembimbing skripsi II dan Dr. Ir. Iskandar selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran dalam penelitian serta penulisan skripsi ini. 2. Kedua Orang tuaku tercinta, dan adik-adikku (Emilia, Adam dan Arief), serta seluruh keluarga besar yang selalu memberikan semangat, kasih sayang, kesabaran, perhatian, dukungan moral maupun material selama penulis menjalani masa kuliah sampai terselesaikannya skripsi ini. 3. Seluruh Dosen Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan terutama dosen dan staff Bagian Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan atas seluruh bantuan, dukungan dan bimbingannya selama penulis menyelesaikan skripsi ini. 4. Soilers 45 terutama sahabat-sahabat Lab. Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan yang tidak pernah lelah memberikan semangat dan membantu dalam penyusunan skripsi. 5. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moral maupun spiritual dalam penyelesaiaan skripsi ini. Akhir kata, tak ada manusia yang sempurna kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Bogor, Nopember 2015 Edvan Istichori
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Bahan dan Alat
3
Analisis Awal Limbah Cair Tambang
3
Percobaan Pengaruh Bobot dan Waktu Kontak Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang
3
Pembuatan Limbah Cair Simulasi
3
Percobaan Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn
4
Percobaan Efektivitas Ukuran Zeolit dalam Menjerap Fe dan Mn
4
Analisis Laboratorium
4
Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Pengaruh Bobot Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang dan Limbah Cair Simulasi
5
Pengaruh Waktu Kontak Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang
7
Pengaruh Tingkat Kehalusan Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Simulasi
8
Rancangan Metode Aplikasi Zeolit dalam Mengurangi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang
9
SIMPULAN
10
DAFTAR PUSTAKA
11
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
16
DAFTAR TABEL 1. Parameter dan metode analisis limbah cair tambang 2. Hasil analisis awal limbah cair tambang 3. Kandungan Fe dan Mn terlarut dalam limbah cair tambang dengan pemberian zeolit
4 5 5
DAFTAR GAMBAR 1. Peta lokasi pengambilan contoh limbah cair tambang 2. Penurunan Konsentrasi (a ) Fe dan (b) Mn dalam limbah cair simulasi
2
dengan variasi bobot zeolit
6
Mn
7
3. Grafik hubungan waktu dengan penurunan konsentrasi (a) Fe dan (b) 4. Penurunan konsentrasi Fe dan Mn dalam berbagai konsentrasi limbah
cair simulasi dengan variasi bobot dan ukuran zeolit (a) Fe 10 ppm (b) Fe 20 ppm (c) Mn 8 ppm (d) Mn 16 ppm 5. Rancangan metode aplikasi zeolit dalam mengurangi Fe dan Mn terlarut dalam limbah cair simulasi modifikasi dari PT. Marunda Grahamineral
8 9
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Diagram alur penelitian Konsentrasi Fe 10 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Konsentrasi Fe 20 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Konsentrasi Mn 8 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Konsentrasi Mn 16 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Lokasi pengambilan contoh limbah cair tambang Sistem pengelolaan limbah cair tambang PT Marunda Grahamineral
13 13 14 14 14 14 15
PENDAHULUAN Latar Belakang Sektor pertambangan di Indonesia merupakan salah satu sumber devisa negara yang menyumbang Produk Domestik Bruto (PDB) sebesar 11.81% (BPS, 2012). Indonesia memiliki berbagai macam bahan tambang yang tersebar di berbagai daerah seperti minyak bumi, gas alam, emas, batubara, bijih besi, dan lain-lain. Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) total sumberdaya batubara (2011) sebanyak 105187.44 juta ton dan cadangan minyak bumi (2010) 7408.24 juta stock ton barrel. Pemakaian batubara sebagai sumber energi kini semakin meningkat seiring dengan tingginya kebutuhan energi selain minyak bumi dan semakin murahnya harga batubara yang menyebabkan berbagai kalangan industri beralih menggunakan batubara sebagai sumber energi, misalnya industri pupuk, semen, tekstil, pembangkit listrik, dan lain-lain. Setiap operasi pertambangan mempunyai potensi menimbulkan dampak positif maupun negatif terhadap lingkungan dan masyarakat sekitarnya. Salah satu masalah lingkungan di pertambangan batubara adalah terbentuknya limbah cair tambang. Limbah cair tambang adalah aliran air yang berasal dari lubang tambang, timbunan tanah penutup maupun lubang bekas tambang yang sudah lama ditutup. Pada beberapa lokasi tambang, limbah cair ini bersifat masam, sehingga disebut sebagai air asam tambang (AAT). Air asam tambang timbul dari oksidasi mineral sulfida, yang pada awalnya berada pada lingkungan reduktif di bawah permukaan tanah. Akibat proses penambangan, mineral bersulfida (antara lain pirit) terangkat ke permukaan dan mengalami oksidasi akibat aktivitas mikroorganisme dalam lapisan batuan baik di atas maupun di bawah batubara. Hasil-hasil oksidasi minera-mineral sulfida adalah H+, SO42-, Fe3+, Mn2+ yang sangat mudah ditransportasikan melalui air tanah, air bawah permukaan, maupun sistem drainase. Akibatnya air asam tambang ini dapat mencemari sumber air (Julianti 2005) karena meningkatnya ketersediaan kadar logam-logam terlarut dalam air. Logam yang dijadikan parameter dalam baku mutu limbah cair tambang batubara adalah besi dan mangan. Kandungan besi dan mangan yang melampaui baku mutu dapat merusak lingkungan air, tanah, flora, fauna dan manusia. Pada umumnya pengusaha pertambangan batubara dalam mengelola limbah cair tambang menggunakan kapur (CaCO3) dan karbon aktif. Namun ternyata penggunaan kapur saja tidak menurunkan konsentrasi Fe dan Mn terlarut dalam air. Sedangkan karbon aktif dikeluhkan pengusaha tambang karena memiliki harga yang tinggi. Untuk itu maka diperlukan alternatif teknologi pengelolaan limbah cair tambang yang lebih efisien seperti dengan zeolit. Zeolit adalah mineral yang memiliki kemampuan adsorbsi yang mirip dengan karbon aktif akan tetapi memiliki hargayang lebih murah. Zeolit memiliki struktur tektosilikat, sangat teratur dengan rongga-rongga diantaranya yang mampu mengabsorb ion-ion logam, sebagaimana ditunjukkan oleh penelitian absorbsi krom pada limbah cair industri pelapisan logam (Sulistya dan Mahayana 2014), absorbs ion Pb2+ (Anggara et al. 2013). Namun demikian, penelitian mengenai kemampuan zeolit dalam menurunkan kosentrasi Fe dan Mn
2 di sektor pertambangan serta teknik aplikasinya masih sangat terbatas. Oleh karena itu, maka penelitian ini dinilai perlu dilakukan. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui jumlah zeolit yang tepat dalam menjerap ion Fe dan Mn dalam limbah cair tambang hingga konsentrasi kedua ion logam tersebut berada di bawah ambang batas. 2. Mengetahui kemampuan zeolit dalam menjerap ion Fe dan Mn. 3. Mempelajari metode aplikasi zeolit dalam mengurangi ion Fe dan Mn dalam limbah cair tambang
METODE Penelitian diawali dengan pengamatan areal pertambangan untuk memilih lokasi sampling limbah cair tambang dan metode pengelolaan limbah cair tambang, dilanjutkan dengan analisis laboratorium. Pengambilan contoh limbah cair tambang dilakukan di Block East Kawi, PT. Marunda Grahamineral (Persero) Tbk, Kecamatan Laung Tuhup, Kabupaten Murung Raya, Provinsi Kalimantan Tengah (Gambar 1). Kemudian dilakukan penelitian percobaan di laboratorium Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan pada bulan Februari 2012 sampai dengan bulan Mei 2014.
Gambar 1 Peta lokasi pengambilan contoh limbah cair tambang
3 Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi limbah cair tambang dari lapang, limbah cair simulasi yang merupakan campuran Fe(NO3)3 dan Mn(NO3)2 dengan konsentrasi masing-masing 10 ppm dan 20 ppm untuk Fe serta 8 ppm dan 16 ppm untuk Mn. Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini merupakan zeolit alam yang berasal dari Lampung, berasal dari bahan tufa berwarna putih sampai putih kusam, berbutir halus sampai kasar. Mineral zeolit alam Lampung terdiri dari klinoptilolit dan mordenit dengan asosiasi mineral plagioklas, montmorilonit, kristobalit dan kuarsa, mempunyai nilai KTK= 85.26174.64 meq/100 g (Kusdarto 2009). Zeolit yang digunakan terdiri dari dua ukuran yaitu halus dengan ukuran butir < 0.2 mm serta zeolit kasar ukuran butir 8-16 mm masing-masing terdiri dari 4 dosis yaitu 1.0, 1.5, 2.0 dan 2.5 g untuk sampel limbah cair tambang serta dosis zeolit 1.0, 5.0, 10.0 dan 15.0 g untuk sampel limbah cair simulasi. Alat yang digunakan terdiri atas alat-alat laboratorium dan alat ukur untuk analisis antara lain: Atomic Adsorption Spectrophotometer (AAS), Flamephotometer, Spectrophotometer, pH-meter, EC-meter. Analisis Awal Limbah Cair Tambang Pengambilan contoh limbah cair tambang dilakukan untuk memperoleh konsentrasi kandungan limbah cair tambang. Limbah cair tambang dipipet sebanyak 10 ml kemudian dianalisis dengan AAS. Absorbansinya diukur pada panjang gelombang maksimum untuk Fe 248.3 nm dan Mn 279.5 nm. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus kurva standar Fe dan Mn sehingga diperoleh konsentrasi Fe dan Mn awal. Percobaan Pengaruh Bobot dan Waktu Kontak Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang Zeolit dengan bobot 1 g dipersiapkan di dalam gelas kimia dan ditambahkan dengan 100 ml limbah cair tambang. Selanjutnya dilakukan pengocokan menggunakan alat pengocok dengan variasi waktu kontak 10 menit, 20 menit, 30 menit dan 40 menit untuk masing-masing berat zeolit. Limbah cair tambang yang telah dikontakkan dengan zeolit tersebut disaring, kemudian dianalisis dengan AAS. Percobaan yang sama dilakukan untuk berat zeolit 1.5 g; 2.0 g dan 2.5 g. Pembuatan limbah cair simulasi dibuat dengan melakukan pengenceran larutan induk Fe dan Mn dengan konsentrasi 1000 ppm ke dalam labu ukur 100 ml dan diencerkan dengan akuades hingga mendapatkan konsentrasi yang dibutuhkan yaitu Fe 10 ppm dan Fe 20 ppm serta Mn 8 ppm dan Mn 16 ppm. Percobaan Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Percobaan penurunan konsentrasi Fe dilakukan dengan menggunakan limbah cair simulasi Fe 10 ppm dan Fe 20 ppm masing-masing sebanyak 100 ml dicampur dengan 1 gram zeolit halus. Kemudian dikocok menggunakan alat pengocok dengan waktu kontak optimum yang diperoleh dari hasil percobaan pengaruh bobot dan waktu kontak zeolit terhadap penurunan konsentrasi Fe dan Mn terlarut dalam limbah cair tambang sebelumnya yaitu 30 menit. Campuran
4 tersebut kemudian disaring, supernatan dianalisis dengan AAS. Absorban Fe diukur pada panjang gelombang 248.3 nm Selanjutnya percobaan yang sama dilakukan untuk berat zeolit 5 gram, 10 gram dan 15 gram. Percobaan penurunan konsentrasi Mn dilakukan dengan menggunakan limbah cair simulasi Mn 8 ppm dan Mn 16 ppm masing-masing sebanyak 100 ml dicampur dengan 1 gram zeolit halus. Kemudian dikocok menggunakan alat pengocok dengan waktu kontak optimum yaitu 30 menit. Campuran tersebut kemudian disaring, supernatan dianalisis dengan AAS. Absorban Mn diukur pada panjang gelombang 279.5 nm. Selanjutnya percobaan yang sama dilakukan untuk berat zeolit 5 gram, 10 gram dan 15 gram. Percobaan Efektivitas Ukuran Zeolit dalam Menjerap Fe dan Mn Zeolit yang digunakan pada percobaan ini menggunakan dua ukuran butir yang berbeda yaitu zeolit halus berbentuk seperti tepung, disaring menggunakan ayakan lolos ukuran 0.2 mm dan zeolit kasar berbentuk ukuran batu kerikil disaring menggunakan ayakan lolos ukuran 8-16 mm. Zeolit halus digunakan pada percobaan penurunan konsentrasi Fe dan Mn pada sampel limbah cair tambang saja sedangkan pada percobaan penurunan konsentrasi Fe dan Mn pada sampel limbah cair simulasi digunakan zeolit halus dan kasar. Analisis Laboratorium Analisis limbah cair tambang yang dilakukan pada peneletian ini dapat dilihat pada Tabel 1. Analisis Data Data yang diperoleh diolah dengan program SAS (Statistic Analysis Sistem) dan Microsoft Office Excel 2007.
Table 1 Parameter dan metode analisis limbah cair tambang Parameter Metode pH pH meter EC EC meter K, Na Flamephotometer Ca, Mg, Zn, Fe, Mn AAS SO4 spectrophotometer
5
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Bobot Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Pengaruh Bobot Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang Hasil analisis awal limbah cair tambang yang diambil dari lapang disajikan pada Tabel 2. Air tersebut memiliki pH netral, konsentrasi Fe terlarut sebesar 0.19 ppm, Mn terlarut adalah sebesar 8.11 ppm, dan sulfat 270.00 ppm. Diantara 4 parameter yang harus diamati dalam Kepmen LH No. 113/2003, konsentrasi Mn terlarut terlihat masih di atas ambang batas yang telah ditetapkan yaitu sebesar 4 ppm. Table 2 Hasil analisis awal limbah cair tambang pH 7.10
Fe EC (µs/cm) (ppm) 2580
0.19
Zn
Mn (ppm)
Na (ppm)
K (ppm)
SO4 (ppm)
Mg (ppm)
Ca (ppm)
(ppm)
8.11
314.00
10.63
270.08
130.90
202.87
0.018
Pada umumnya nilai pH limbah cair tambang cenderung masam, namun limbah cair yang digunakan pada penelitian memiliki pH yang sudah reatif normal. Hal tersebut dikarenakan sampel yang diperoleh telah mengalami perlakuan pemberian kapur untuk meningkatkan derajat kemasaman limbah cair tambang. Setelah sebelumnya dilakukan penambahan kapur konsentrasi Fe terlarut dalam limbah cair tambang turun sampai di bawah ambang batas yang telah ditetapkan, namun konsentrasi Mn terlarut masih tinggi dan belum memenuhi ambang batas yang telah ditetapkan. Hasil analisis kandungan logam terlarut dalam limbah cair tambang berdasarkan variasi bobot zeolit ditunjukkan pada Tabel 3. Table 3 Kandungan Fe dan Mn terlarut dalam limbah cair tambang dengan pemberian zeolit Fe Mn Bobot Penurunan Penurunan Zeolit Konsentrasi Konsentrasi Konsentrasi Konsentrasi (g) (ppm) (ppm) (%) (%) 0.00 0.00 8.11 0.00 0.19 6.57 1.00 0.03 87.08 19.02 6.64 1.50 0.03 87.08 18.22 6.55 2.00 0.05 73.79 19.24 6.49 2.50 0.09 56.51 20.00 Tabel 3 menunjukkan bahwa zeolit sebanyak 1.00 gram per 100 ml limbah cair tambang mampu menurunkan konsentrasi Fe terlarut hingga 87.08% dengan konsentrasi Fe sebesar 0.03 ppm dan zeolit sebanyak 2.50 gram per 100 ml limbah
6 cair tambang menurunkan konsentrasi Mn terlarut sebesar 20% dengan konsentrasi Mn sebesar 6.49 ppm. Menurut Saryati et al. (2009) efisiensi zeolit tanpa aktifasi dalam pembuangan ion logam berat dalam air sampai diatas 80% untuk Cd, Pb, Cu dan Fe, 44% untuk Zn dan 21% untuk Mn. Penelitan serupa juga pernah dilakukan Siallagan dan Suwardi (2003), mengenai kemampuan adsorpsi zeolit terhadap logam berat dan bahan kimia terlarut pada air. Dalam penelitian tersebut disimpulkan bahwa pemberian zeolit sebesar 1% mampu menurunkan kadar Fe dan Mn sekitar 85-90% dalam air tanah yang tercemar hingga memenuhi standar baku mutu air minum. Pengaruh Bobot Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Simulasi Untuk mempelajari kemampuan zeolit dalam menjerap Fe dan Mn terlarut maka digunakan juga simulasi limbah cair dengan berbagai konsentrasi yaitu 10 ppm dan 20 ppm untuk Fe serta 8 ppm dan 16 ppm untuk Mn. Zeolit mampu menjerap Fe lebih banyak dibanding Mn, sebagaimana dapat dilihat dari Gambar 2. (a)
(b)
Gambar 2 Penurunan Konsentrasi (a) Fe dan (b) Mn dalam limbah cair simulasi dengan variasi bobot zeolit Penurunan konsentrasi Fe terlarut dalam simulasi limbah cair dengan menggunakan 1 gram zeolit halus mampu menurunkan konsentrasi logam Fe dari 10 ppm menjadi 1.33 ppm (86.5%). Angka tersebut sudah memenuhi baku mutu lingkungan. Bobot zeolit 5 gram mampu menurunkan konsentrasi Fe dari 10 ppm ke 0.89 ppm (91.1%) serta untuk bobot zeolit 10 dan 15 gram yaitu 92.1% dan 94.5% penurunan konsentrasi. Gambar 2a menunjukkan bahwa 1 gram zeolit sudah mampu menurunkan konsentrasi Fe sampai di bawah ambang batas yang telah ditentukan baik pada sampel simulasi limbah cair Fe 10 ppm maupun Fe 20 ppm. Banyaknya Fe yang mampu dijerap oleh 1 gram zeolit dalam 100 ml larutan limbah cair tambang yaitu : 10 ppm – 1.33 ppm = 8.67 ppm = 0.87 mg/g. Jadi kemampuan zeolit menjerap Fe adalah 0.87 mg/g zeolit. Pemanfaatan zeolit untuk menurunkan konsenrasi Mn terlarut hingga memenuhi baku mutu lingkungan memerlukan dosis yang lebih besar dibandingkan untuk menurunkan Fe terlarut (Gambar 2b). Diperlukan zeolit 5
7 gram/100 ml untuk menurunkan konsentrasi Mn dari 8 ppm hingga ke 1.92 ppm (76%), dan diperlukan zeolit 10 gram/100 ml untuk menurunkan konsentrasi Mn 16 ppm hingga memenuhi baku mutu lingkungan. Zeolit sebanyak 1 gram/100 ml mampu menurunkan konsentrasi Mn dari 16 ppm menjadi 13.17 ppm atau penurunan sebesar 14.38%. Banyaknya Mn yang mampu dijerap oleh 1 gram zeolit dalam 100 ml larutan limbah cair tambang yaitu : 8 ppm – 5.13 ppm = 2.87 ppm = 0.29 mg/g. Jadi kemampuan zeolit menjerap Mn adalah 0.29 mg/g zeolit. Barrer (1978) menyatakan bahwa pada praktiknya sifat penukar ion pada zeolit ditentukan oleh beberapa faktor : (i) bentuk kerangka (susunan dan dimensi pori), (ii) ukuran dan bentuk (polarisabilitas) dari ion, (iii) kerapatan muatan pada pori dan kerangka, (iv) valensi dan kerapatan muatan ion (v) komposisi dan konsentrasi elektrolit pada larutan. Zeolit merupakan mineral tektosilikat tersusun dari molekul air dan logam logam alkali sehingga zeolit memiliki muatan negatif pada seluruh permukaan struktur molekulnya. Sedangkan Fe dan Mn memiliki muatan positif sehingga akan terjadi pertukaran ion. Zeolit dapat menjadi jenuh dikarenakan muatan negatif pada molekul zeolit sudah tidak tersedia lagi sehingga tidak dapat mengikat ion Fe dan Mn yang bermuatan positif. Mekanisme zeolit dalam menjerap ion Fe dan Mn melalui ikatan ion yang terjadi di dalam proses pertukaran kation-kation. Mineral zeolit termasuk kedalam golongan mineral tektosilikat, yaitu senyawa silikat yang strukturnya merupakan hidroksi alumina silikat, dimana atom-atom oksigen yang mengelilingi baik atom Si ataupun atom Al membentuk jaringan tiga dimensi (Mumpton, 1984). Sifat-sifat khas yang dimiliki oleh zeolit diantaranya sebagai penjerap dan penyaring molekul, penukar ion dan kemampuan pertukaran yang tinggi serta selektivitas tertentu terhadap kation. Kation-kation yang terdapat di dalam rongga mineral zeolit tidak terikat kuat dalam kerangka kristalnya, sehingga dapat dipertukarkan dengan mudah. Hal inilah yang menyebabkan kapasitas tukar kation mineral zeolit relatif tinggi. Kapasitas tukar kation mineral zeolit dapat berkisar antara 80-200 meq/100g tergantung kepada jenis dan kemurniannya. Sifat pertukaran kation mineral zeolit terutama selektivitas dan kapasitas pertukarannya sangat ditentukan oleh struktur kristalnya. Zeolit alam asal Turen mempunyai kapasitas adsorpsi dan tukar ion yang besar. Selektivitas adsorpsi berurutan sebagai berikut : NH4 > Pb > Zn > Cu > Fe > Mn (Poerwadi et al. 1998). Selektivitas zeolit dalam menjerap Fe dan Mn menunjukkan bahwa zeolit lebih selektif dalam menjerap Fe dibandingkan Mn.
8 Pengaruh Waktu Kontak Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang Penurunan konsentrasi baik Fe maupun Mn terlarut menunjukkan waktu kontak optimum terjadi setelah 30 menit (Gambar 3a). (a)
(b)
Gambar 3 Grafik hubungan waktu dengan penurunan konsentrasi (a) Fe dan (b) Mn Penurunan konsentrasi Fe signifikan pada 10 menit pertama (Gambar 3a). Konsentrasi Fe terlarut terendah terjadi pada 10 menit waktu kontak yaitu mampu menurunkan konsentrasi Fe terlarut dari 0.19 ppm ke 0.03 ppm, sedangkan untuk menit-menit selanjutnya penurunan konsentrasi Fe terlarut tidak signifikan. Peristiwa ini kemungkinan besar disebabkan oleh keadaan zeolit yang sudah mengalami kejenuhan sehingga tidak mampu lagi menjerap logam yang berada dalam limbah cair tambang. Bahkan pada kondisi ini logam Fe yang tadinya telah terjerap dapat terlepas kembali. Pengaruh waktu kontak zeolit terhadap penurunan konsentrasi Mn dalam limbah cair tambang dapat dilihat pada Gambar 3b. Penurunan konsentrasi Mn signifikan hingga menit ke 30 waktu kontak. Hal ini juga ditunjukkan oleh hasil penelitian Qur’ani (2011), yang menunjukkan kondisi optimum penurunan konsentrasi logam Fe dan Mn dalam limbah cair tambang menggunakan zeolit pada waktu kontak 30 menit. Pengaruh Tingkat Kehalusan Zeolit terhadap Penurunan Konsentrasi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Simulasi Terdapat perbedaan kemampuan antara zeolit halus dan kasar dalam menurunkan konsentrasi Fe dan Mn. Pada sampel air limbah simulasi dengan
9 konsentrasi Fe terlarut 10 ppm, pemberian zeolit baik kasar maupun halus sebanyak 1 gram/100 ml mampu menurunkan Fe terlarut hingga memenuhi baku mutu lingkungan, dengan kapasitas penurunan lebih besar terjadi pada pemberian zeolit halus (Gambar 4a). Kemudian, pada saat konsentrasi Fe terlarut dalam air limbah simulasi ditingkatkan menjadi 20 ppm, maka pemberian zeolit halus sebanyak 1 gram/100 ml masih mampu menurunkan Fe terlarut hingga di bawah baku mutu lingkungan yaitu 4.58 ppm (77.10%), sedangkan untuk zeolit kasar diperlukan pemberian sebesar 10 gram/100 ml (Gambar 4b).
Gambar 4 Penurunan konsentrasi Fe dan Mn dalam berbagai konsentrasi limbah cair simulasi dengan variasi bobot dan ukuran zeolit (a) Fe 10 ppm (b) Fe 20 ppm (c) Mn 8 ppm (d) Mn 16 ppm Pada sampel air limbah simulasi dengan konsentrasi awal Mn 8 ppm penurunan konsentrasi Mn terlarut hingga di bawah baku mutu lingkungan dicapai pada dosis zeolit halus sebesar 5 gram/100 ml dan dosis zeolit kasar sebesar 10 gram/100 ml (Gambar 4c). Selanjutnya, bila konsentrasi awal Mn terlarut dalam sampel air limbah simulasi ditingkatkan menjadi 16 ppm, maka untuk mendapatkan konsentrasi Mn terlarut di bawah baku mutu lingkungan dibutuhkan 10 gram zeolit halus/100 ml sampel (Gambar 4d). Hal tersebut terjadi karena ukuran butir zeolit berbanding lurus terhadap seberapa besar luasan permukaan sentuh zeolit dengan ion logam. Semakin halus zeolit artinya semakin besar pula luas permukaan zeolit maka akan semakin banyak terjadi kontak antara permukaan zeolit dan ion logam, sehingga zeolit halus akan menjadi lebih efisien dalam menjerap ion Fe dan Mn dibanding zeolit kasar.
10 Rancangan Metode Aplikasi Zeolit dalam Mengurangi Fe dan Mn Terlarut dalam Limbah Cair Tambang Pengelolaan limbah cair tambang memang sudah banyak diterapkan di pertambangan di Indonesia, namun dengan menggunakan zeolit ini belum banyak referensi yang tersedia. Metode aplikasi yang baik seringkali berbanding lurus dengan biaya yang harus dikeluarkan oleh pelaku usaha pertambangan yang artinya ada penambahan biaya yang harus dialami perusahaan.
Gambar 5 Rancangan metode aplikasi zeolit dalam mengurangi Fe dan Mn terlarut dalam limbah cair tambang modifikasi dari PT. Marunda Grahamineral Sebagai alternatif untuk mengelola limbah cair tambang dengan bahan yang murah efektif dan melimpah di Indonesia, dapat memanfaatkan zeolit. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat digunakan kombinasi dari kedua ukuran zeolit halus dan kasar dikombinasikan dan pemberian kapur CaCO3. Adapun desain penempatannya seperti yang telihat pada Gambar 5. Disain rancangan aplikasi zeolit dalam mengurangi konsentrasi Fe dan Mn pada limbah cair tambang ini merupakan hasil modifikasi dari disain yang digunakan oleh perusahaan tambang PT. Marunda Grahamineral. Perbedaan utama pada disain rancangan aplikasi zeolit ini terletak pada penggunaan bahan penjerap, bahan penjerap yang digunakan PT. Marunda Grahamineral adalah karbon aktif sedangkan bahan penjerap yang digunakan pada rancangan ini diganti menggunakan zeolit. Kemudian perbedaan lainnya terletak pada modifikasi saluran limbah cair tambang ini menuju kolam endap dan pada jeram keduanya dibuat dengan kontruksi zeolit berbentuk bongkah. Modifikasi lainnya yaitu berupa penambahan pemberian zeolit halus yang ditebarkan pada kolam endap 2. Limbah cair tambang dialirkan menuju saluran yang dibuat dengan konstruksi dari zeolit berbentuk bongkahan, lalu limbah cair tambang diarahkan melalu jeram buatan yang dibuat berundak dan menurun sehingga akan terjadi proses oksidasi dengan udara. Kemudian aliran diarahkan menuju kolam endap 1. Pada kolam endap 1 ini diberikan perlakuan kapur halus (CaCO3). Sehingga limbah cair tambang yang berada pada kolam endap 1 akan mengalami kenaikan pH sampai mendekati pH normal. Kapur disini digunakan untuk menaikkan pH air agar terjadi reaksi alami pada limbah cair tambang sehingga sebagian ion logam yang ada akan mengendap. Setelah itu aliran menuju filter zeolit, berupa filter berisi zeolit kasar yang ditaruh pada aliran ini. Filter zeolit ini berfungsi sebagai penjerap Fe dan Mn yang masih terlarut. Selain itu penggunaan zeolit berukuran kasar yang diletakkan ke dalam wadah filter disini juga berfungsi agar zeolit tidak
11 hanyut dan hilang terbawa aliran limbah cair tambang. Kemudian aliran menuju kolam endap 2 dimana di kolam endap ini diberikan zeolit halus. Setelah itu dibiarkan, Fe dan Mn yang terlarut akan mengendap bersama zeolit didasar kolam.
SIMPULAN 1. Pemberian 1 g zeolit ke dalam 100 ml larutan yang mengandung 10.0 ppm Fe dapat menurunkan konsentrasi Fe menjadi 1.3 ppm atau turun 87%. Sedangkan pemberian 3 g zeolit ke dalam 100 ml larutan mengandung 8.0 ppm Mn dapat menurunkan konsentrasi Mn menjadi 3.6 ppm atau turun 55%. 2. Kemampuan zeolit menjerap Fe adalah 0.87 mg/g zeolit, sedangkan untuk Mn sebesar 0.29 mg/g zeolit pada ukuran < 0.2 mm. Semakin halus ukuran zeolit kemampuan menjerap Fe dan Mn semakin besar. 3. Metode aplikasi zeolit dalam menurunkan kandungan Fe dan Mn pada limbah cair tambang dapat dilakukan dengan beberapa ukuran dan cara penempatan. Zeolit kasar sebaiknya digunakan sebagai filter pada saluran limbah cair sedangkan zeolit halus ditebarkan pada kolam pengendapan.
DAFTAR PUSTAKA Anggara PA, Wahyuni S, Prasetya AT. 2013. Optimalisasi zeolit alam Wonosari dengan proses aktivasi secara fisis dan kimia. Indonesian Journal of Chemical Science 2 (1) (2013) [Internet]. Waktu pembaharuan : Mei 2013 [diunduh 2015 Agustus 21]. Tersedia pada: http://journal.unnes.ac.id/sju/index.php/ijcs/ article/download/1217/1169. Anonim. Keputusan Menteri Lingkungan Hidup RepublikIndonesia Nomor. 113, Tahun 2003. Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha dan atau Kegiatan Pertambangan. Anonim. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor. 82, Tahun 2001, Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Barrer, R.M. 1978. Cation-exchange equilibria in zeolites and feldspathoid. Page 385-401. In L.B. Sand and F.A. Mumpton (ed.) Natural Zeolites: Occurrence, properties, use. Pergamon Press Inc., Elmsford, NY. Julianti. 2005. Diktat Pusat Pendidikan dan Pelatihan PTBA. PT. Bukit Asam (Persero) Tbk: Tanjung Enim. Kusdarto. 2009. Potensi Zeolit di Indonesia. Prosiding Seminar Nasional Zeolit VI. Ikatan Zeolit Indonesia. Mulyanto, B dan Suwardi. 2006. Prospek Zeolit Sebagai Bahan Penjerap dalam Remediasi Lahan Bekas Tambang. Jurnal Zeolit Indonesia Vol. 5 No 2. Bogor.
12 Mumpton, E,A 1984, “The Role of Natural Zeoiltes in Agriculture and Aquaculture”, In W,G Pond and E,A, Mumpton (ed) Zeo-Agriculture Boulder: West View Press. Poerwadi B, Pariadi, Kamulyan B, Ariseno A. 1998. Jurnal Ilmu-Ilmu Teknik (Engineering) vol. 10 no. 1 (Apr. 1998), page 13-26. Pemanfaatan Zeolit Alam Indonesia sebagai Adsorben Limbah Cair dan Media Fluidisasi dalam Kolom Fluidisasi. ISSN: 1410-4121. Penerbit: Lembaga Penelitian Universitas Brawijaya. Qur’ani CP. 2011. Penyerapan Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Dalam Air Asam Tambang Pt. Bukit Asam (Persero) Tbk. Menggunakan Zeolit Disalut Kitosan. Palembang (ID): Politeknik Negeri Sriwijaya. Saryati, Supardi, S. Supandi, S. Rohmad. 2009. Penghilangan logam berat dalam larutan dengan zeolit alam. Prosiding Seminar Nasional Zeolit VI.463-471. Bandung. Sulistiya, Nimas dan Mahayana, Argoto. 2014. kinetika absorbsi krom dengan zeolit alam aktif pada limbah industri pelapisan logam. Di dalam: Rekayasa Sains dan Teknologi dalam Meningkatkan Daya Saing dan Potensi Daerah. Prosiding Seminar Teknologi Kimia, Industri, dan Informasi [internet]. 25 Januari 2014. Surakarta, Indonesia. Surakarta (ID): Snatkii. hlm 141-151. [diunduh 2015 Agustus 21]. Tersedia pada: http://124.40.252.4/snatkii/14.pdf Siallagan D, Suwardi. 2003. Pengaruh Zeolit terhadap Logam Berat dan Bahan Kimia Terlarut pada Air Tanah: Studi Kasus Areal Permukiman Darmaga Bogor Jawa Barat. Jurnal Zeolit Indonesia Vol. 2 No.1. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram alur penelitian
Lampiran 2 Konsentrasi Fe 10 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Bobot zeolit (gram) 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 5.00 10.00 15.00
konsentrasi Fe setelah dijerap (ppm) 10.00 4.99 3.37 2.24 1.89 1.33 0.89 0.79 0.55
14 Lampiran 3 Konsentrasi Fe 20 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Bobot zeolit (gram) 0.00 1.00 5.00 10.00 15.00
konsentrasi Fe setelah dijerap (ppm) 20 4.58 2.44 2.08 1.61
Lampiran 4 Konsentrasi Mn 8 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Bobot zeolit (gram) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 10.00 15.00
konsentrasi Mn setelah dijerap (ppm) 5.13 4.57 3.63 3.17 1.92 0.79 0.25
Lampiran 5 Konsentrasi Mn 16 ppm setelah dijerap zeolit halus (< 0.2 mm) Bobot zeolit (gram) 1.00 5.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
konsentrasi Mn setelah dijerap (ppm) 13.17 7.46 4.18 4.02 3.85 3.59 3.45 2.82
Lampiran 6 lokasi PIT pengambilan contoh limbah cair tambang
15 Lampiran 1 Sistem pengelolaan limbah cair tambang PT Marunda Grahamineral
(a) Limbah cair tambang dipompa melalui pipa-pipa
(b) Saluran limbah cair tambang menuju kolam pengendapan
(c)
Jeram buatan sebagai proses okidasi limbah cair tambang dan pemberian kapur
16
RIWAYAT HIDUP Penulis ini dilahirkan pada tanggal 10 Desember 1989 di Bogor. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Drs. Suhaemi MM. QIA. dan Ibu Muniroh. Penulis memiliki tiga orang adik bernama Emili Rohmawati, Adam Mulyawan dan Arief Darmawan. Penulis mengawali pendidikan formal di TK Darul Ihya Ciomas Bogor yang diselesaikan pada tahun 1996, kemudian melanjutkan ke SDN Taman Pagelaran Bogor yang diselesaikan pada tahun 2002, pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikannya di SMP Negeri 6 Bogor dan selesai pada tahun 2005. Penulis meneruskan pendidikan di SMA Negeri 2 Bogor dan selesai pada tahun 2008 dan pada tahun yang sama diterima di Institut Pertanian Bogor dengan program studi Manajemen Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif sebagai anggota Badan Pengawas Himpunan Mahasiswa Ilmu Tanah (BP-HMIT) periode 2009-2010, Sebagai Ketua BP-HMIT periode 2010-2011. Selain itu penulis aktif sebagai anggota Badan Pengawas Organisasi Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Ilmu Tanah Indonesia (BPO-FOKUSHIMITI) selama periode 2010-2012. Menjadi delegasi IPB dalam kegiatan kefokushimitian di Universitas Sriwijaya palembang 2008, Universitas Brawijaya Malang 2010, Universitas Sriwijaya 2012 dan Universitas Kharun Ternate 2012. Dalam kegiatan akademik, penulis berkesempatan menjadi asisten Praktikum Mata Kuliah Survey dan Evaluasi Sumberdaya Lahan pada periode 2011-2012, selain itu penulis juga menjadi asisten Praktikum Morfologi dan Klasifikasi Tanah pada periode 2012-2013, serta asisten Praktikum Pengantar Ilmu Tanah pada periode 2012-2013. Penulis juga aktif dalam berbagai kepanitiaan yang diselenggarakan IPB, di antaranya sebagai panitia Pekan Ilmiah Ilmu Tanah Nasional (PILMITANAS) pada tahun 2011.
