EFEKTIVITAS PENYERAPAN LOGAM BERAT Cu DAN Cr OLEH KARBON AKTIF BONGGOL JAGUNG DAN KARBON AKTIF SEKAM PADI PADA AIR LINDI TPA (TEMPAT PEMBUANGAN AKHIR) SAMPAH Nidya Alverina B.R.S; Unggul P. Juswono; Lailatin Nuriyah Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya – Malang, Indonesia Email :
[email protected] Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang efektivitas penyerapan logam berat Cu dan Cr oleh karbon aktif bonggol jagung dan karbon katif sekam padi pada air lindi TPA sampah. Diketahui bahwa karbon aktif merupakan salah satu jenis bahan penyerap dan dapat dibuat dari bahan yang mememiki kandungan karbon, diantaranya yaitu bonggol jagung dan sekam padi. Penelitian ini ingin memanfaatkan karbon aktif yang dibuat dari bahan bonggol jagung dan sekam padi untuk digunakan sebagai bahan penyerap (adsorben) pada air lindi di TPA Supit Urang Malang yaitu kandungan logam berat Cu dan Cr.Pada penelitian ini menggunakan variasi waktu yaitu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit. Dari hasil percobaan diperoleh nilai kapasitas adsorpsi (q) maksimumpada waktu optimum yang mampu dicapai oleh masing-masing karbon aktif dalam range waktu 15-75 menit. Pada karbon aktif bonggol jagung diperoleh q=0,4631 mg/g pada 75 menit (Cu) dan q=0,2933 mg/g pada 60menit (Cr). Sedangkan pada karbon aktif sekam padi diperoleh q=0,4303 mg/g pada 35 menit (Cu) dan q=0,1385 mg/g pada 75 menit (Cr).Dari hasil data tersebut menunjukkan bahwa efektivitas adsorpsi karbon aktif bonggol jagung lebih baik dibandingan dengan adsorpsi karbon aktif sekam padi.Hasil ini diperoleh dari percobaan menggunakan limbah buatan maupun limbah air lindi TPA. Kata kunci : Air Lindi, Adsorpsi, Logam Berat Cu, Cr, Karbon Aktif, Bonggol Jagung, Sekam Padi
PENDAHULUAN Pertumbuhan penduduk dan kemajuan tingkat perekonomian di suatu kota secara langsung mempengaruhi peningkatan jumlah sampah. Sampah tersebut jika tidak dikelola dengan baik maka akan mempengaruhi tigkat kebersihan dan mencemari lingkungan kota, yang pada akhirnya menurunkan tingkat kesehatan masyarakat [12]. Salah satu alternatif pengolahan sampah yaitu Tempat Pembuangan Akhir (TPA) sampah. Namun kebanyakan dari TPA yang ada ini hanya berfokus pada pengolahan sampah saja. Padahal timbunan sampah juga menghasilkan air lindi (leachate) yang dapat mencemari lingkungan. Seandainya sudah ada unit pengolahannya pun unit pengolahan tersebut masih bersifat apa adanya [6]. Air lindi(leachate) kaya akan kandungan bahan organik, anorganik dan mikroorganisme selain itu air lindi juga mengandung logam berat cukup tinggi [1]. Sehingga apabila air lindi tersebut tidak diolah dan langsung dibuang akan mencemari lingkungan yaitu mencemari air tanah maupun air permukaan. Dengan demikian harus
dilakukan upaya pengolahan air lindi sebelum akhirnya dibuang yaitu dengan menghilangkan kandunganberbahaya, salah satunya yaitu kandungan logam berat. Salah satu cara untuk mengatasi pencemaran air akibat logam berat yaitu dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Unsur logam berat adalah unsur yang mempunyai densitas lebih dari 5 gr/cm3[13]. Logam berat yang masuk kedalam jaringan tubuh akan terakumulasi. Jika jumlah logam berat melebihi batas maksimum dapat mengganggu kesehatan tubuh. Logam berat dapat masuk kedalam tubuh manusia yaitu dengan melalui beberapa cara, diantaranya adalah melalui saluran pernafasan, pencernaan dan penetrasi kulit[5]. Timbal (Pb) adalah logam berat yang berwarna kelabu kebiruan [2] dan merupakan salah stau logam berat non-essensial.Keracunan Pb yang akut dapat menimbulkan gangguan fisiologis dan efek keracunan yang kronis pada anak yang sedang mengalamai tumbuh kembang akan menyebabkan gangguan pertumbuhan fisik dan mental [13].
Tembaga (Cu) merupakan jenis logam berat essensial. Tembaga penting dalam pembentukan hemoglobin, berperan dalam metabolisme oksigen dan sistem enzim (misal sitrokromosidae yang berperan dalam oksidasi fosforilasi), serta merupakan zat pigmen pada bulu [5]. Namun dalam jumlah besar akan dapat menimbulkan rasa tidak enak pada lidah, selain itu dapat menyebabkan kerusakan pada hati. Kromium (Cr) terdapat dalam sistem anorganik dalam beberapa bentuk kimia. Hanya Cr(III) dan Cr(VI) yang penting dalam sistem biologis[3]. Kromium merupakan salah satu jenis logam berat essensial. Kromiummerupakan komponen aktif dari GTF (faktor toleransi glukosa) dan memiliki efek menguntungkan pada mekanisme regulasi gula darah. Kromium membantu mengatur kadar gula darah dengan menggandeng insulin dalam memfasilitasi penyerapan glukosa ke dalam sel[3].Namun, konsentrasi unsur kromium yang melibihi standar maksimum yang ditetapkan pada air minum akan dapat menyebabkan kanker kulit dan alat-alat pernafasan [15]. Karbon merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95 % senyawa karbon. Selain untuk bahan bakar, karbon dapat digunakan sebagai penyerap. Kemampuan penyerapan karbon tergantung dengan luas pemukaan dan dapat ditingkatkan jika karbon diaktivasi. Karbon aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon, baik bahan organik maupun anorganik[12]. Bonggol jagung dan sekam padi merupakan limbah yang dihasilkan dari hasil pertanian. Bonggol jagungmemiliki kandungan senyawa berkarbon yaitu selulosa (41%) dan hemiselulosa (36%) [8], sedangkan sekam padi memiliki kandungan senyawa berkarbon selulosa 28-36 % dan hemiselulosa 12%
[9].Sehingga kedua bahan ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan karbon aktif.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini menghasilkan grafik hubungan antara persentase penyerapan (%) terhadap perubahan waktu (menit). Pada penelitian ini dihasilkan waktu optimum penyerapan ion logam oleh karbon aktif (bonggol jagung dan sekam padi) pada limbah buatan. Waktu optimum yang dihasilkan pada adsorpsi karbon aktif bonggol jagung adalah 75 menit (Cu), dan 60 menit (Cr). Sedangkan pada adsorpsi karbon aktif sekam padi adalah 75 menit (Cu) dan 75 menit (Cr). Pada masingmasing waktu optimum ini dihitung kapasitas
adsorpsi sebagai kapasitas adsorpsi maksimum, dengan menggunakan Pers.1.
METODE PENELITIAN Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu tanur, oven, shaker, stopwatch, blender, timbangan, pH meter, ayakan 100 mesh, kertas saring dan erlenmeyer. Sedangkan, bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk CuSO4.5H2O, K2CrO4, aquades, HCl 4M, sekam padi dan bonggol jagung. Penelitian ini bertempat di Laboratorium Material Jurusan Fisika dan Laboratorium Biokimia Jurusan Kimia Universitas Brawijaya, Malang. Dalam penelitian ini pertama-tama yang dilakukan adalah pembuatan karbon aktif berbahan baku bonggol jagung dan sekam padi. Tahapan pembuatan karbon aktif adalah dehidrasi, karbonisasi dan aktivasi. Pada tahapan dehidrasi, bahan baku dikeringkan dibawah sinar matahari selama dua hari. Pada tahapan karbonisasi, bonggol jagung ditanur pada suhu 650oC selama 30 menit, sedangkan sekam padi ditanur pada suhu 400oC selama 120 menit. Selanjutnya pada tahapan aktivasi, kedua bahan diaktivasi dengan aktivasi kimia menggunakan larutan HCl 4M. Masing-masing hasil karbon aktif yang diperoleh dilakukan uji kadar air dan kadar abu. Setelah itu dilakukan pembuatan larutan logam Cu dan Cr sebesar 15 ppm dan pengambilan air lindi di TPA Supit Urang Malang. Setelah semua tahapan selesai, pengocokan karbon aktif dalam larutan logam berat (batch) siap dilaksanakan. Batch pada larutan limbah logam buatan dilakukan dengan menggunakan variasi waktu yaitu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit, sedangkan batch pada air lindi digunakan waktu optimum dari hasil percobaan dengan menggunakan limbah buatan.
=
(Pers. 1)
Keterangan : q : Kapasitas adsorpsi (mg/g) Co : Konsentrasi larutan awal (mg/L) C1 : Konsentrasi larutan setelah adsorpsi (mg/L) m : massa adsorben (gr) V : volume larutan (L)
Adsorpsi Logam Cu oleh Karbon Aktif Bonggol Jagung dan Karbon Aktif Sekam Padi
% Penyerapan (%)
100 y=2 86,89 (1-exp(-0,13x)) R = 0,99 80 60 y=92,75 (1-exp(-0,05x)) 40 R2=0,99 20 0 0 15 30 45 60
75
Waktu (menit) Bonggol Jagung
Sekam Padi
% Penyerapan (%)
Gambar 1.Grafik persentase adsorpsi logam Cu karbon aktif bonggol jagung dan karbon aktif sekam padi
30 25 20 15 10 5 0
Adsorpsi Logam Cr oleh Karbon Aktif Bonggol Jagung dan Karbon Aktif Sekam Padi y=25,70 (1- exp(-0,04x)) R2=0,98
y=18,16 (1-exp(-0,08x)) R2=0,98
0
15
30
45
60
75
Waktu (menit) Bonggol Jagung
Sekam Padi
Pada adsorpsi Cu massa karbon aktif bonggol jagung dan karbon aktif sekam padi digunakan 3 gr, sedangkan pada adsorpsi Cr karbon aktif bonggol jagung menggunakan 1 gr dan karbon aktif sekam padi menggunakan 3 gr. Dari Pers. 1 diperoleh kapasitas maksimum dari masing-masing bahan, diantaranya pada karbon aktif bonggol jagung diperoleh q=0,4631 mg/g (Cu) dan q=0,2933 mg/g (Cr). Sedangkan pada karbon aktif sekam padi diperoleh q=0,4303 mg/g (Cu) dan q=0,1385 mg/g (Cr). Dari hasil data tersebut diperoleh kapasitas adsorpsi maksimum terbesar adalahadsorpsi pada karbon aktif bonggol jagung untuk semua logam. hal ini menunjukan bahwa efektivitas karbon aktif bonggol jagung lebih baik dibandingkan dengan karbon aktif sekam padi. Hasil data adsorpsi pada air lindi diperoleh efektivitas yang paling baik adalah adsorpsi yang dilakukan oleh karbon aktif bonggol jagung.Hasil ini sesuai dengan percobaan dengan menggunakan limbah buatan. Hal ini dikarenakan kandungan senyawa karbon bonggol jagung lebih besar dibandingkan dengan yang ada pada sekam padi. Selain itu, massa jenis dari karbon aktif bonggol jagung lebih kecil dibandingankan dengan massa jenis karbon aktif sekam padi.
Gambar 2.Grafik persentase adsorpsi logam Cr karbon aktif bonggol jagung dan karbon aktif sekam padi
Persentase sisa ion logam (%)
Adsorpsi Ion Logam Air Lindi oleh Karbon Aktif Sekam Padi & Karbon Aktif Bonggol Jagung 120 100 80 60 40 20 0 1 Cr kontrol
Cu2
Logam Berat bonggol jagung
3 Pb sekam padi
Gambar 3. Grafik adsorpsi logam berat pada air lindi oleh karbon aktif
Proses adsorpsi ion logam oleh karbon aktif Pada hasil penilitian diperoleh konsentrasi logam yang menurun pada larutan seiring dengan lamanya waktu perendaman oleh karbon aktif. Hal ini dikarenakan adanya proses adsorpsi ion logam yang dilakukan oleh karbon katif. Penurunan konsentrasi logam berat terjadi sebelum karbon aktif mengalami kejenuhan yaitu mencapai keadaan dimana karbon aktif tidak dapat menyerap lagi molekul logam berat. Adsorpsi adalah pengikatan molekul atau partikel ke sebuah permukaan zat padat [4]. Proses adsorpsi pada karbon aktif terjadi karena adanya gaya Van der Waals. Atom pada permukaan zat padat seperti karbon aktif memiliki gaya yang tidak seimbang dibandingkan dengan susunan atom pada zat padat secara umum. Sehingga, molekul asing akan berusaha untuk memenuhiketidakseimbangan inibisa tertarikke permukaan karbon aktif. Adsorbat (ion logam) membentuk sebuah lapisan tunggal (monolayer) pada permukaan adsorban[10]. Ion logam berdifusi menuju pori-pori karbon aktifkarena adanya perbedaan konsentrasi adsorbat yang terdapat pada larutan dengan pori-pori karbon. Ion logam yang terlarut dalam air mengalami ikatan dengan molekul air (H2O). Ion logam akan terbungkus atau dikelilingi oleh molekul air (H2O) yang disebut dengan tersolvansi. Ion yang terlarut dengan molekul air (H2O) yang mengelilinginya terjadi ikatan ion dwi-kutub, sehingga keduanya akan menjadi satu kesatuan [11]. Pada saat ion logam yang tersolvansi menempel pada permukaan karbon aktif, maka akan terjadi ikatan dipol-dipol induksian. Ikatan dipol-dipol induksian merupakan ikatan yang terjadi antara molekul nonpolar dengan molekul polar. Karbon aktif merupakan molekul nonpolar, sedangkan molekul air (H2O) merupakan molekul polar. Selain itu juga terjadi gaya London. Kedua gaya ini merupakan jenis dari gaya van der waals. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Ikatan antara permukaan karbon aktif dengan ion logam KESIMPULAN Karbon aktif merupakan bahan penyerap, salah satunya yaitu sebagai penyerap ion logam berat. Dari percobaan menunjukan bahwa semakin lama karbon aktif berinteraksi dalam larutan dengan kontaminasi logam berat, semakin berkurang kandungan logam berat disaat sebelum karbon aktif mengalami kejenuhan. Dari hasil percobaan diperoleh kapasitas adsorpsi (q) maksimum dan waktu optimum yang mampu dicapai oleh masingmasing karbon aktif dalam range waktu 15-75 menit, Pada karbon aktif bonggol jagung diperoleh q=0,4631 mg/g pada 75 menit (Cu) dan q=0,2933 mg/g pada 60menit (Cr). Sedangkan pada karbon aktif sekam padi diperoleh q=0,4303 mg/g pada 35 menit (Cu) dan q=0,1385 mg/g pada 75 menit (Cr). Dari hasil data tersebut menunjukkan bahwa efektivitas adsorpsi karbon aktif bonggol jagung lebih baik dibandingan dengan adsorpsi karbon aktif sekam padi. Hasil ini diperoleh dari percobaan menggunakan limbah buatan maupun limbah air lindi TPA. DAFTAR PUSTAKA [1] Ali, Munawar. 2011. Rembesan Air Lindi (Leachate) Dampak Pada Tanaman Pangan Dan Kesehatan. Surabaya. UPN Press [2] Anies. 2006. Waspada Ancaman Penyakit Tidak Menular : Solusi Pencegahan dari Aspek Perilaku dan Lingkungan. Jakarta. PT Elex Media Komputindo [3] Bielicka, A., I. Bojanowska, A. Wiśniewski. 2005. Sequential Extraction of Chromium from Galvanic Wastewater Sludge. Polish Journal of Environmental Studies Vol. 14, No. 2 (2005), 145-148
[4] Cheremisinoff, Nicholas P. 2002. Handbook of Water and Wastewater Treatment Technologies. USA. ButterworthHeinemann [5] Darmono. 1995. Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta. UI Press [6] Darmono, 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemaran (Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam). Jakarta. Universitas Indonesia Press [7] Hadiwidodo, Mochtar, Wiharyanto Oktiawan, Alloysius Riza Primadani, BernadetteNusye Parasmita, Dan Ismaryanto Gunawan. 2012. Pengolahan Air Lindi Dengan Proses Kombinasi Biofilter Anaerob-Aerob Dan Wetland.Jurnal Presipitasi. Vol. 9 No.2 September 2012, Issn 1907-187 [8] Lorenz Kj, Kulp K. 1991. Handbook Of Cereal Science And Technology. New York: Marcel Dekker. [9] Luh, B. S., Barber, S., and De Barber, C.B., 1991. Rice Bran: Chemistry and Technology. Rice Production and Utilization. Vol II, Van Nostrand Reinhold, New York [10] Manocha, Satish M. 2003. Porous Carbon. India. Sadhana Vol. 28, Part 1 & 2 p.335-348 [11]Oxtoby, D. W. 2001. Kimia Modern. Erlangga. Jakarta [12] Rumidatul A. 2006. Efektivitas Arang Aktif sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah.Sekolah Pascasarjana Institute Pertanian. Bogor. [13] Saleh, Chairil. 2012. Studi Perencanaan Instalasi Pengolahan Limbah Lindi Sebagai Kontrol Pemenuhan Baku Mutu Sesuai Kepmen 03/91 (Studi Kasus Pada Tpa Supit Urang Malang).Media Teknik Sipil, Volume 10, Nomor 2, Agustus 2012: 87 - 94 [14] Sudarmaji, J. Mukono Dan Corie I.P. 2006. Toksikologi Logam BeratB3dan DampaknyaTerhadap Kesehatan. Jurnal Kesehatan Lingkungan, Vol. 2, No. 2, Januari 2006:129-142 [15] Sutrisno, Totok Dan Eni Susiastuti. 1996. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Jakarta. PT Rineka Cipta
