PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN, ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA (Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA
TESIS Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan
Oleh Sri Pujiyanti NIM : A131408006
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN - ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA(Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA
TESIS Oleh Sri Pujiyanti NIM : A131408006
Komisi Pembimbing
Nama
Tanda Tangan
Tanggal
Pembimbing I
Dr. Pranoto, M.Sc. NIP 19541030 198403 1 002
------------------
…………….
Pembimbing II
Inayati, S.T, M.T, Ph.D. NIP.197108291999032001
------------------
……………..
Telah dinyatakan memenuhi syarat pada tanggal .................................
Kepala Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana UNS
Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP 19591205 198503 2 001 ii
PEMANFAATAN ADSORBEN ALAM ALOFAN - ARANG AKTIF DAN KOAGULAN ALUM UNTUK MENJERAP LOGAM TEMBAGA(Cu) PADA PENGOLAHAN LIMBAH LABORATORIUM KIMIA DI SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN SANTO PAULUS SURAKARTA
TESIS Oleh Sri Pujiyanti NIM : A131408006 Telah dipertahankan di depan penguji dan dinyatakan telah memenuhi syarat pada tanggal Mei 2016 Tim Penguji : Jabatan Ketua
Nama
Tanda Tangan
Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP 19591205 198503 2 001
Sekretaris Dr. M. Masykuri, M.Si. NIP 19681124 199403 1 001 Anggota
Dr. Pranoto, M.Sc. NIP 19541030 198403 1 002
Anggota
Inayati, S.T, M.T, Ph.D. NIP 19710829 199903 2 001 Mengetahui,
Direktur Program Pascasarjana
Kepala Program Studi Magister Ilmu Lingkungan
Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. NIP 19600727 198702 1 001
Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si. NIP 19591205 198503 2 001 iii
PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1.
Tesis yang berjudul: “Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, Arang Aktif dan Koagulan Alum untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan
Santo Paulus Surakarta” ini adalah karya
penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan
daftar pustaka. Apabila
ternyata di dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik Tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku. 2.
Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim pembimbing/promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.
Surakarta, ……………..……….2016
Sri Pujiyanti A131408006
iv
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kasih karena Penulis bisa menyelesaikan Tesis
ini dengan judul “ Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, Arang Aktif dan
Koagulan Alum Untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan Santo Paulus Surakarta”.Menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tesis ini, untuk itu bersedia menerima saran dan kritik membangun yang dapat menyempurnakan tugas ini. Selama penyusunan Tesis ini berbagai kendala dan hambatan telah terjadi dan Penulis merasa sangat didukung oleh banyak pihak melalui berbagai cara. Oleh karena itu , pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih kepada : 1. Kepala Sekolah SMK Santo Paulus yang telah memberikan izin Tugas Belajar kepada penulis 2. Prof. Dr. Ravik Karsidi, M.S., selaku Rektor Universitas Sebelas Maret 3. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan izin penelitian tesis. 4. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si., selaku Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan izin penelitian dan selalu memberikan motivasi kepada penulis dalam penyusunan tesis hingga akhir. 5. Dr. Pranoto, M.Sc., selaku dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 6. Inayati, S.T, M.T, Ph.D., selaku dosen Pembimbing II yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyusunan tesis hingga selesai. 7. Dr. M. Masykuri, M.Si., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan untuk perbaikan tesis ini. 8. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan dukungan pendampingan dan bantuan sehingga meringankan penulis dalam menyelesaikan tesis ini. 9. Ibu , Suami dan kedua anakku tercinta yang telah menyemangati dan mendukung sehingga Tesis ini terselesaikan v
10. Rekan-rekan Program Studi Ilmu Lingkungan Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Tahun 2014/2015. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan tesis ini, untuk kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis hargai, peneliti berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi peneliti sendiri dan bermanfaat untuk masyarakat.
Akhir kata mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya dan semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak
Surakarta,
v
Mei 2016
ABSTRAK Sri Pujiyanti. A131408006. 2016.” Pemanfaatan Adsorben Alam Alofan, ArangAktif dan Koagulan Alum untuk Menjerap Logam Tembaga (Cu2+) pada Pengolahan Limbah Laboratorium Kimia di Sekolah Menengah Kejuruan Santo Paulus Surakarta, ”Pembimbing I. Dr. Pranoto, M.Sc., Pembimbing II. Inayati, S.T, M.T,Ph.D., Program Studi Magister IlmuLingkungan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Air limbah laboratorium kimia Sekolah Menengah Kejuruan yang mengandung logam berat tembaga (Cu) dapat mempengaruhi kualitas air permukaan atau air tanah bila dibuang langsung ke sungai. Oleh karena itu air limbah tersebut perlu diolah agar tidak mencemari lingkungan. Air limbah yang mengandung kotoran berupa kolloid atau suspensi dapat dihilangkan dengan tawas atau aluminium sulfat. Konsentrasi Cu dalam air limbah laboratorium kimia dapat dikurangi dengan cara penjerapan menggunakan adsorben alam yaitu alofan dan arang aktif. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi tawas terhadap berat flok, pengaruh komposisi alofan-arang aktf, suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap prosentase penurunan Cu dalam air limbah laboratorium serta menentukan jenis adsorpsi isotherm adsorben alam alofan. Penjernihan awal air limbah dari kotoran yang berupa kolloid atau suspensi dilakukan secara batch menggunakan aluminium sulfat atau tawas dengan 7 konsentrasi. Penjerapan ion logam Cu2+ dilakukan dalam suatu pipa kontinyu dengan 7 macam variasi komposisi, 2 variasi suhu, waktu kontak dilakukan sebanyak 3 kali. Analisis penurunan kadar Cu dilakukan dengan analisis kuantitatif dengan metode yodometri. Adsorpsi isotherm dianalisis mengikuti isotherm adsorpsi Langmuir atau Freundlich. .Hasil penelitian menunjukkan bahwa berat flok optimum dicapai pada konsentrasi tawas 400 ppm. Kondisi optimum jerapan dicapai pada waktu kontak 5 menit , komposisi alofan dengan arang aktif 200 ml berbanding 150 dan suhu aktivasi 105 OC, limbah yang dibuang ke sungai dengan proses pengolahan ini menjadi lebih jernih dan dapat mengurangi kadar tembaga (Cu) sebesar 38.44 %, penurunan kadar tembaga ini dapat mengendalikan pencemaran air yang sudah seringkali terjadi saat ini. Adsorpsi isoterm dapat mengikuti Freundlich atau isotherm Langmuir, tetapi lebih dominan mengikuti Freundlich. Kata kunci : Tembaga, adsorpsi, alofan, arang aktif
viii
ABSTRACT
Sri Pujiyanti. A131408006. 2016. "Natural Adsorbent Utilization Allophane, activated carbon and Alum Coagulant For adsorption copper (Cu2+) on wastewater chemical laboratory at St. Paul Vocational School Surakarta," Supervisor I. Dr. Pranoto, M.Sc, Supervisor II. Inayati, S., M. T., Ph.d Environmental Sciences Master's Degree Courses, Sebelas Maret University Surakarta. Wastewater from the Chemistry Laboratory of the vocational high school St Paul contains heavy metal copper (Cu) that can affect the quality of surface water or ground water when directly dumped into the river. Therefore the wastewater needs to be processed in order not to pollute the environment. Wastewater that contains impurities such as kolloid or suspension can be removed with aluminum sulfate. The concentration of Cu in the wastewater of the chemical laboratory can be reduced by adsorption using natural adsorbents composed of allophane and activated carbon. This research was aimed to determinethe influence of alum concentration on the developed floc weight and influence of the composition of allophane-activated carbon, activation temperature and contact time against decrease percentage in Cu in the wastewater laboratory as well as to determine the type of adsorption isotherm of natural adsorbents allophane. Pre-treatment of wastewater from impurities in the form of suspension or colloid was done in batches using aluminum sulphate with 7 concentrations. Metal adsorption ions Cu2 + is carried out in a continuous pipe with 7 variance composition, temperature with 2 variance,while contact time in 3 variance. The Cu decrease analysis was done by quantitative analysis with the yodometri method. Adsorption isotherms were analyzed following Freundlich or Langmuir. The results showed that the optimum floc weight was achieved at a concentration of 400 ppm alum. Optimum adsorption conditions were achieved in activation temperature of 105 ° C, contact time of 5 minutes and allophane composition with activated carbon that is 200 compared to 150 ml, wastewater was dumped into the river in this processing becomes more clear and can reduce the levels of copper (Cu) of 38.44%, copper levels it can control water pollution which already often happens nowdays. Adsorption isotherme can follow Freundlich isotherm or Langmuir, but more dominant follow Freundlich. Key words: copper, adsorption, allophane, activated carbon
viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ………………………………………………………... LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ……………………………… LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ……………………………………….. PERNYATAAN KEASLIAN ………………………………………………... Kata Pengantar ………………………………………………………………... Abstrak ………………………………………………………………………... Abstract ……………………………………………………………………….. Daftar Isi ……………………………………………………………………... Daftar Gambar ………………………………………………………………... Daftar Tabel ………………………………………………………………........ DaftarLampiran ………………………………………………………………... Bab I. Pendahuluan ………………………………………………………..
i ii iii iv v vii viii ix xi xii xiii 1
A
Latar Belakang Masalah
………………………………………
1
B
Rumusan masalah …………………………………………………..
7
C
Tujuan Penelitian
……………………………………………..........
7
D
Manfaat Penelitian
………………………………………………...
7
……………………………………………………
9
…………………………………………….
9
……………………………………
9
2. Bahan Koagulan Aluminium ……………………………............
10
…………………………………
14
……………………………
17
………………………………………………
21
…………………………………............
24
…………………………………………………
26
……………………………………………………………
29
Bab II. A
Landasan Teori Tinjauan Pustaka
1. Logam Berat Tembaga (Cu)
3. Bahan Penjerap Tanah Alofan
4. Arang Aktif dariTempurung Kelapa 5. Proses Penjerapan
6. Azas-azas Lingkungan B
Kerangka Berpikir
C
Hipotesis
ix
Bab III.
Metodologi Penelitian
………………………………………………
30
.
A
Tempat Penelitian ................................................................................
30
B
Waktu Penelitian
..…………………………………………………..
30
C
Tata Laksana Penelitian
.…………………………………………….
31
……………………………..
31
……………………………………………………………..
31
……………………………….…………………………..
31
c. Pembuatan Larutan
……………………………………………..
32
d. Standarisasi Larutan
……………………………………..……..
33
………………………………………………...
33
…………………………...........
34
……………..............
34
…………………………………...
35
…………………………...........
37
……………………….
38
…………………………………………….
38
…………………………..
39
………………………………………………
43
……………………….............
43
………………...........
46
…………………………………………………….
46
………………………….
47
a. Uji General Linier Model atau GLM ……………….................
52
…………………………………………………….
56
……………………….……………....
57
………………………………………………
61
…………………………………………………………………
63
………………………………………………………………..
69
1. Alat, Bahan dan Pembuatan Larutan a. Alat b. Bahan
2. Preparasi Penjerap .
3. Metode dan Identifikasi Penjerap
a. Pengikatan Kotoran Limbah Laboratorium b. Proses Penjerapan Tembaga c. Penentuan Kadar Tembaga (Cu)
d. Penentuan Persamaan Adsorpsi Isoterm e. Identifikasi Penjerap
4. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data Bab IV. Hasil dan Pembahasan A
Pengaruh Variasi Konsentrasi Tawas
B
Pengaruh Variasi Waktu Kontak, Komposisi 1. Waktu Kontak
2. Variasi Komposisi Alofan-Arang Aktif
b. Uji Regresi C Bab V
Penentuan Isoterm Adsorpsi Kesimpulan dan Saran
Daftar Pustaka Lampiran
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia ………………………...
Gambar 2.
Struktur Alofan
……………………………………………….
15
Gambar 3.
Sebaran Tanah Andisol di Pulau Jawa ………………………….
16
Gambar 4.
Struktur Grafit dan Struktur Karbon Aktif ……………………..
20
Gambar 5.
Tahap –tahap Jerapan……………………………………………
22
Gambar 6.
Hubungan Logis antara 14 Azas Lingkungan ………………….
25
Gambar 7.
Kerangka Berpikir ………………………………………………
28
Gambar 8.
Uji Flokulasi dengan Tawas …………………………................
34
Gambar 9.
Pipa Penjernih dari PVC ……………………………………….
36
Gambar 10.
Skema Variasi Perlakuan pada Penelitian ………………………
37
Gambar 11.
Grafik Isoterm Langmuir ………………………………………..
40
Gambar 12.
Grafik Isoterm Freundlich ………………………………………
41
Gambar 13.
Kurva Kuadratik Variasi Konsentrasi Tawas …………………...
46
Gambar 14.
Grafik Penurunan Cu pada Suhu 105 OC ………………………..
49
Gambar 15.
Grafik Penurunan Cu pada Suhu 110 OC ………………………..
49
O
5
Gambar 16.
Grafik Penurunan Cu pada Suhu 105 C ………………………..
50
Gambar 17.
Grafik Penurunan Cu pada Suhu 110 OC ………………………..
50
Gambar 18.
Grafik Penurunan Cu Rata-rata pada Arang …………………….
51
Gambar 19.
Grafik Penurunan Cu Rata-rata pada Alofan ……………………
51
Gambar 20.
Grafik Estimated Marginal ……………………………………...
56
Gambar 21.
Kurva Linier Isotherm …………………………………………..
59
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.
Kemampuan Arang Tempurung ……………………………………..
18
Tabel 2.
Jadwal Penelitian ……………………………………………………
30
Tabel 3.
Daftar Alat …………………………………………………………..
31
Tabel 4.
Daftar Bahan ………………………………………………………...
31
Tabel 5.
Hasil Berat Flok dengan Variasi Konsentrasi ………………………..
43
Tabel 6.
Hasil Uji Pendahuluan ……………………………………………….
43
Tabel 7.
Uji Beda
…………………………………………………………….
44
Tabel 8.
Uji Regresi ……………………………………………………………
45
Tabel 9.
Waktu Kontak…………………………………………………………
47
Tabel 10.
Data Persentase Penurunan Cu ……………………………………….
48
Tabel 11.
Konversi Data Kualitatif ……………………………………………..
52
Tabel 12
Hasil Analisis GLM…………………………………………………..
53
Tabel 13.
Hasil Pengujian Regresi ……………………………………………..
57
Tabel 14.
Data Konsentrasi CuSO4 yang Tersisa ……………………………….
58
Tabel 15.
Analisis Isotherm Adsorpsi …………………………………………..
58
Tabel 16.
Hasil Analisis Isotherm Adsorpsi …………………………………….
60
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Perkiraan Jumlah Limbah ………………………………………
69
Lampiran 2.
Daftar Materi Praktikum Analisis Kuantitatif …………………
70
Lampiran 3.
Daftar Materi Praktikum Analisis Makanan …………………..
71
Lampiran 4.
Data Bahan Baku ……………………………………………….
72
Lampiran 5.
Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu ……………...
73
Lampiran 6.
Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu ……………...
74
Lampiran 7.
Data Penurunan Cu Variasi Komposisi dan Suhu ……………...
75
Lampiran 8.
Data Perhitungan Statistik ……………………………………..
76
Lampiran 9.
Foto Kegiatan …………………………………………………..
92
xiii
