TESIS
PENURUNAN KADAR RHODAMIN B DALAM AIR LIMBAH DENGAN BIOFILTRASI SISTEM TANAMAN
KOMANG YOGI PURNAMAWATI NIM 1391261025
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU LINGKUNGAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
i
PENURUNAN KADAR RHODAMIN B DALAM AIR LIMBAH DENGAN BIOFILTRASI SISTEM TANAMAN
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister pada Program Magister, Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Udayana
KOMANG YOGI PURNAMAWATI NIM 1391261025
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU LINGKUNGAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
ii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI TANGGAL 24 JUNI 2015
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS. NIP. 19670303 199403 1 002
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika,MS. NIP.19600318 198503 1 001
Mengetahui
Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS. NIP. 19670303 199403 1 002
Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K). NIP. 19590215 198510 2 001
iii
Tesis ini telah diuji pada Tanggal 12 Juni 2015
Panitia penguji tesis berdasarkan SK rektor Universitas Udayana, No: 1710/UN.14.4/HK/2015, Tanggal 4 Juni 2015
Ketua : Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS. Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika,MS. 2. Prof. Dr. Ir. I Wayan Suarna, MS. 3. Dra. Iryanti Eka Suprihatin, M.Sc, PhD.
iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Komang Yogi Purnamawati
NIM
: 1391261025
Program Studi : Magister Ilmu Lingkungan Judul Tesis
: Penurunan Kadar Rhodamin B Dalam Air Limbah Dengan Biofiltrasi Sistem Tanaman
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat: Apabila di kemudian hari terbukti plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan Mendiknas RI No. 17 Tahun 2010 dan Peraturan Perundang-undangan yang berlaku.
Denpasar, Juni 2015 Hormat Saya,
Komang Yogi Purnamawati
v
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan atas Asung Kertha Wara Nugraha Ida Sang Hyang Widhi Wasa (Tuhan Yang Maha Esa), penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul ”Penurunan Kadar Rhodamin B Dalam Air Limbah Dengan Biofiltrasi Sistem Tanaman“. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS selaku pembimbing I dan Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika,MS selaku pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian penulisan tesis ini. Ucapan yang sama juga tujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp.PD-KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan terima kasih ini juga ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana yang dijabat oleh Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas kesempatan yang diberikan pada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. Tidak lupa pula penulis ucapkan terima kasih kepada seluruh dosen dan staf Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Universitas Udayana, penguji tesis Prof. Dr. Ir. I Wayan Suarna, MS. dan Dra. Iryanti Eka Suprihatin, M.Sc, PhD. yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan, dan
vi
koreksi sehingga tesis ini dapat terwujud seperti ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia Kementrian Pendidikan Nasional dan Kebudayaan yang telah memberikan bantuan finansial dalam bentuk Beasiswa Unggulan sehingga meringankan beban penulis dalam menyelesaikan studi ini. Ucapan terima kasih yang tulus kepada orang tua, Ayah dan Ibu serta keluarga, sahabat penulis, keluarga besar SMP Dirga Yusa Ungasan, seluruh teman-teman angkatan 2013 Program Studi Magister Ilmu Lingkungan atas motivasi, dukungan, dan bantuan yang telah diberikan selama ini. Semoga Ida Sang Hyang Widi Wasa selalau melimpahkan rahmat dan karunianya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tesis ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, karena itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang konstruktif guna perbaikan dan penyempurnaan tesis ini. Penulis berharap semoga tesis ini dapat manfaat bagi pembaca dan untuk pengembangan ilmu pengetahuan pada umumnya. Atas perhatiannya, penulis mengucapkan terima kasih.
Denpasar, Juni 2015
Penulis
vii
ABSTRACT THE DECREASE OF RHODAMINE B IN WASTEWATER USING BIOFILTRATION SYSTEM VEGETATION The textile industry is growing rapidly and as the result it’s producing waste that can harm the environment. One of which is rhodamine B. The aim of this study determined effectiveness and capacity of Biofiltration System Vegetation in reducing concentrate of rhodamine-B, total dissolved solid (TDS), total suspended solid (TSS) and the pH in wastewater. This study contains two processes. The first process, a sample preparation. The last process is a determination of time effectiveness and capacity of Biofiltration System Vegetation in reducing rhodamine B, TSS, TDS and the pH stabilization by soaking for 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 and 48 hours. The result showed that biofiltration effectiveness in reducing rhodamine B, TDS and TSS concetrate were 51,70%; 47,60%; 50,44% while the pH obtained at 30 hours treatment time with pH value is 7,5. Capacity of biofiltration system vegetation with volume 0,06 m3 can reduced rhodamine B, TDS and TSS by 0,2256 ppm; 278,0237 ppm and 9,4978 ppm respectively, while the optimum detention time of wastewater in the biosystem for reducing rhodamine B was 30 hours and for TSS and TDS was 36 hours. It can be concluded that biofiltration system vegetation was able to reduce rhodamine B, TDS, TSS and pH of wastewater. in the further research needs an additional microbial, use of rhodamine B sample with a neutral pH before it is processed and spread of rhodamine B in plants, natural materials, and microbial.
Key words: biofiltration system vegetation, rhodamine B, effectiveness, capacity
viii
ABSTRAK PENURUNAN KADAR RHODAMIN B DALAM AIR LIMBAH DENGAN BIOFILTRASI SISTEM TANAMAN Industri tekstil yang semakin berkembang pesat tidak hanya menghasilkan produk jasa tetapi juga limbah yang mencemari perairan. Salah satunya adalah limbah Rhodamin B. Pemanfaatan teknik biofiltrasi sistem tanaman pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas dan kapasitas biofiltrasi sistem tanaman dalam menurunkan kadar rhodamin B, Padatan Terlarut Total, Padatan Tersuspensi Total dan pH pada air limbah. Penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan penelitian. Tahap pertama, penyiapan sampel. Tahap kedua adalah penentuan waktu efektif dan kapasitas biosistem sistem terhadap penurunan rhodamin B, TDS, TSS dan stabilitas pH dalam air dengan merendamnya selama 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, dan 48 jam. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa tingkat efektivitas biofiltrasi sistem tanaman dalam menurunkan kadar rhodamin B, TDS, dan TSS adalah 51,07%; 47,60% ; 50,44%. Sedangkan kestabilan pH diperoleh pada waktu perlakuan ke 30 jam dengan nilai pH sebesar 7,5. Kapasitas biofiltrasi sistem tanaman dengan volume 0,06 m3, menurunkan kadar rhodamin B, TDS, TSS sebesar 0,2256 ppm; 278,0237 ppm dan 9,4978 ppm dengan waktu optimum penurunan rhodamin B ke 30 jam dan untuk TDS dan TSS pada waktu ke 36 jam. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa teknik biofiltrasi sistem tanaman mampu menurunkan kadar rhodamin B, TDS, TSS dan pH pada air limbah. Pada penelitian selanjutnya perlu penambahan jumlah mikroba, penggunaan limbah rhodamin B dengan pH netral sebelum diolah dan penyebaran rhodamin B pada tanaman, material alam, dan mikroba. Kata kunci : biofiltrasi sistem tanaman, rhodamin b, efektivitas, kapasitas
ix
RINGKASAN PENURUNAN KADAR RHODAMIN B DALAM AIR LIMBAH DENGAN BIOFILTRASI SISTEM TANAMAN Rhodamin B adalah zat warna sintetik berbentuk serbuk kristal, mengandung gugus amino yang bersifat basa dan inti benzen. Zat warna rhodamin B banyak digunakan oleh industri tekstil. Salah satu alternatif penanganan limbah adalah dengan teknik biofiltrasi. Teknik ini memanfaatkan kemampuan aktifitas mikroba mendegradasi/ mengeliminasi senyawa polutan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas serta kapasitas biofiltrasi sistem tanaman dalam menurunkan kadar rhodamin B, Padatan Terlarut Total atau Total Dissolved Solid (TDS), Padatan Tersuspensi Total atau Total Suspended Solid (TSS) dan derajat keasaman (pH). Tahapan penelitian meliputi, tahap pertama menumbuhkan koloni mikroorganisme pada sistem media tersuspensi sampai fase puncak pertumbuhan mikroorganismenya, menyiapkan tanaman pada petak penyerap (ekosistem lahan basah). Tahap berikut adalah perlakuan dengan menentukan waktu efektif biofiltrasi sistem tanaman dan kinerja sistem terhadap penurunan rhodamin B dalam air. Dalam bak tersebut larutan /air limbah diperlakukan dengan merendamnya selama 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, dan 48 jam. Data yang diperoleh dalam penelitian ini dianalisis secara deskriptif kuantitatif berupa angka efektivitas dan kapasitas biofiltrasi sistem tanaman serta analisis regresi untuk melihat kurva penurunan konsentrasi rhodamin B terhadap lama waktu perendaman. Biofiltrasi sistem tanaman menyebabkan terjadinya penurunan rhodamin B. Waktu efektif penurunan diperoleh pada 30 jam pada sampel air limbah dengan persentase penurunan sebesar 51,07%. Penurunan kadar rhodamin B pada saat pengolahan disebabkan adanya beberapa proses yang terjadi pada biosistem tersebut. Adanya aktivitas mikroba yang ditambahkan, penyerapan oleh material alam (pasir dan koral), serta penyerapan oleh tanaman Ipomea crassicaulis. Aktivitas mikroba pendegradasi zat warna menyebabkan penurunan pada kadar rhodamin b melalui proses biodegradasi. Proses pengolahan fisika secara adsorpsi dilakukan oleh pasir dan koral, karena pasir dan koral memiliki kandungan silika. Penyerapan rhodamin B oleh tanaman Ipomea crassicaulis dengan aktivitas mikroba yang berada di sekitar akar melalui proses rhizodegradasi. Penurunan kadar TDS terlihat pada waktu perlakuan ke 36 jam dengan persentase penurunan sebesar 47,60%. Penurunan kadar TDS pada biofiltrasi sistem tanaman terjadi akibat adanya bakteri dalam air limbah menyebabkan bahan organik diubah menjadi senyawa/molekul yang lebih kecil. Peranan tanaman dalam menurunkan kadar TDS yaitu adalah proses penyerapan unsur hara oleh akar tanaman, pembusukan akar, distribusi debu dari udara ke dalam limbah. Efektivitas terbesar pada penurunan TSS terjadi pada waktu perlakuan ke 36 jam dengan persentase sebesar 50,44 %. Penurunan kadar TSS dapat disebabkan karena ketersediaan nutrien sebagai bahan makanan bagi bekteri, sehingga aktifitas metabolisme bakteri pun meningkat dan proses degradasi bisa berjalan maksimal. Selain
x
bakteri, penurunan TSS melalui fitoremediasi dapat terjadi karena padatan tersuspensi yang berupa bahan organik digunakan oleh tumbuhan. Penurunan dan kestabilan nilai pH didapatkan pada waktu perlakuan ke 30 jam dengan nilai 7,5. Penurunan nilai pH disebabkan karena perubahan pH menunjukkan terjadinya proses biodegradasi bahan organik. Kapasitas pengolahan rhodamin B sebesar 0,2256 ppm/m3jam. Jadi selama waktu tinggal air limbah 30 jam, 0,06 m3 bak pengolahan mampu menurunkan nilai rhodamin B sebanyak 0,2256 ppm. Kapasitas penurunan TDS 278,0237 ppm/m3jam, dan kapasitas penurunan TSS 9,4978 ppm/m3jam. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa biofiltrasi sistem tanaman mampu menurunkan kadar rhodamin B, TDS, TSS dan pH. Untuk penelitian selanjutnya perlu penambahan jumlah mikroba, menggunakan limbah rhodamin B dengan pH netral sebelum diolah, dan penyebaran rhodamin B pada tanaman, material alam dan mikroba
xi
DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM ................................................................................... i PRASYARAT GELAR ............................................................................ ii LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................... iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI ....................................................... iv PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ...................................................... v UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................... vi ABSTRAK DAN RINGKASAN ............................................................. viii DAFTAR ISI ............................................................................................. xii DAFTAR TABEL .................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xvi DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................ xvii BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1 1.2. Rumusan Masalah ................................................................... 4 1.3. Tujuan Penelitian..................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian................................................................... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Limbah Cair Tekstil ................................................................ 6 2.2. Pengolahan Limbah Cair Tekstil ............................................. 9 2.3. Rhodamin B............................................................................. 12 2.4. Biofiltrasi ................................................................................. 14 2.5. Rhizodegradasi ........................................................................ 16 2.6. Ipomea crassicaulis ................................................................. 17 2.7. Peranan Mikroorganisme Dalam Pengolahan Biologis .......... 20 2.8. Parameter Kualitas Air ............................................................ 21 2.8.1. Total Dissolved Solid (TDS) ......................................... 21 2.8.2. Total Suspended Solid (TSS) ........................................ 22 2.8.3. pH (Derajat Keasaman) ................................................. 24 BAB III. KERANGKA BERPIKIR, KONSEP, DAN HIPOTESIS PENELITIAN 3.1. Kerangka berpikir .................................................................... 26 xii
3.2. Konsep penelitian .................................................................... 28 3.3. Hipotesis penelitian ................................................................. 29 BAB IV. METODE PENELITIAN 4.1. Rancangan Percobaan ............................................................... 30 4.2. Lokasi dan Waktu Penelitian .................................................... 30 4.3. Ruang Lingkup Penelitian ........................................................ 31 4.4. Penentuan Sumber Data............................................................ 31 4.5. Variabel Penelitian ................................................................... 31 4.6. Bahan Percobaan ...................................................................... 32 4.7. Instrumen Penelitian ................................................................. 32 4.8. Prosedur Penelitian ................................................................... 32 4.8.1. Penyiapan sampel ........................................................... 32 4.8.2. Penyiapan mikroba yang akan ditambahkan pada biosistem ........................................................................ 33 4.8.3. Pembuatan Air Limbah dengan Kandungan Rhodamin B 5 mg/L ........................................................................... 34 4.8.4. Penentuan kemampuan biosistem menurunkan kadar .. rhodamin B .................................................................... 35 4.8.5. Penentuan efektivitas biosistem .................................... 36 4.8.6. Penentuan kapasistas biosistem..................................... 36 4.8.7. Penentuan padatan terlarut tersuspensi ......................... 37 4.8.8. Penentuan padatan terlarut total .................................... 38 4.8.9. Pengukuran pH .............................................................. 39 4.9. Analisis Data............................................................................. 39 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Pembibitan Sedimen ................................................................... 40 5.2. Kemampuan Biofiltrasi Sistem Tanaman ................................... 41 5.2.1. Efektivitas Biofiltrasi Sistem Tanaman ............................ 42 5.2.2.1. Efektivitas penurunan nilai rhodamin b ................. 42 5.2.1.2. Efektivitas penurunan nilai TDS (total dissolved solid) ............................................ 48 5.2.1.3. Efektivitas penurunan nilai TSS
xiii
(total suspended solid) .......................................... 51 5.2.1.4. Penurunan pH ......................................................... 53 5.2.2. Kapasitas Biofiltrasi Sistem Tanaman.............................. 55 BAB VI. SIMPULAN DAN SARAN 6.1. Simpulan ..................................................................................... 58 6.2. Saran ........................................................................................... 58 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 59
xiv
DAFTAR TABEL Tabel
Judul
Halaman
2.1. Karakteristik dan baku mutu limbah cair industri tekstil ........ 9 2.2. Pengaruh pH terhadap komunitas biologi perairan ................. 25 5.1. Jumlah koloni mikroba saat pembibitan ................................. 41 5.1. Hasil pengukuran karakteristik awal limbah rhodamin B ........ 42 5.3. Kadar rhodamin B pada berbagai waktu berbeda .................... 43 5.4. Kadar TDS pada berbagai waktu berbeda ................................ 48 5.5. Kadar TSS pada berbagai waktu berbeda................................. 51 5.6. pH saat pengolahan pada waktu berbeda ................................. 53 5.7.Kapasitas biofiltrasi sistem tanaman dari berbagai parameter .. 56
xv
DAFTAR GAMBAR Gambar
Judul
Halaman
2.1. Proses pencelupan kain ........................................................... 8 2.2. Reaksi pembentukan rhodamin B ........................................... 13 2.3. Proses rhizodegradasi .............................................................. 17 2.4. Ipomea crassicaulis ................................................................. 19 3.1. Kerangka konsep ..................................................................... 28 4.1. Susunan media dalam bak pengolahan biosistem tanaman..... 35 5.1.Penurunan Kadar Rhodamin B Pada Selang Waktu Perlakuan ..................................................................... 44 5.2.Grafik penurunan kadar TDS pada selang waktu berbeda ......
49
5.3.Grafik penurunan kadar TSS pada selang waktu berbeda........ 52 5.4.Grafik penurunan pH pada selang waktu berbeda.................... 54
xvi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran
Halaman
1. Data Uji Pendahuluan Pembibitan Mikroba Sedimen Air Limbah Pencelupan ................................................................................ 64 2. Isolat dan Karakter Bakteri dari Rhizodegradasi Limbah Artificial Rhodamin B ............................................................................ 67 3. Analisis Data ........................................................................................... 69 4. Foto-foto penelitian ................................................................................. 72
xvii
