STUDI PENGOLAHAN KANDUNGAN ION LOGAM (Fe,Mn,Cu,Zn) LINDI SAMPAH OLEH ZEOLIT

J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 1

STUDI PENGOLAHAN KANDUNGAN ION LOGAM (Fe,Mn,Cu,Zn) LINDI SAMPAH OLEH ZEOLIT Etih Hartati Jurusan Teknik Lingkungan, ITENAS, Jl. PHH Mustopha No.23, Bandung, 40124. Email : [email protected], [email protected] Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan Desember 2007

ABSTRACT Leachate is a liquid material that has percolated through solid garbage and contains soluble materials from the garbage. Several metals in the liquor are toxic, and therefore may pollute the environment. One way to prevent this pollution is to reduce the concentration of metal ions in the liquor by using zeolite as a natural adsorbent. As a porous mineral with good sieving and adsorption selectivity properties, zeolite may be used as an advantageous adsorbent. The purpose of this research is to measure the ability of zeolite to reduce the concentration of metals (Fe, Mn, Cu, Zn) in garbage liquor after passing zeolite. The reactor is a column constructed from PVC with a diameter of 2 inches, and a height of 1.2 m. The upper and the lower part of the column are filled with gravel with a depth of 2 cm each. The middle of the reactor is filled with zeolite with a depth of 100 cm. Garbage liquor is then passed through the reactor with a flowrate of 6 mL/min. The research result indicated that Fe concentration decreased as much as 99.69%, Mn decreased as much as 99.65%, Cu and Zn decreased as much as 97.50% and 97.89% respectively. Keywords: leachate, zeolite

1. PENDAHULUAN Lindi (leachate) merupakan limbah cair yang timbul akibat masuknya air eksternal kedalam timbunan sampah, dan melarutkan serta membilas materi-materi terlarut termasuk materi organik hasil dekomposisi. Secara umum lindi dari lahan tanah urug sampah kota mengandung zat organik dan anorganik dengan konsentrasi tinggi, terutama timbunan yang masih baru. Kandungan anorganik lindi yang berbahaya berupa logam berat yang bersifat toxic. Upaya yang dilakukan untuk mengurangi konsentrasi logam-logam berat terebut adalah metode adsorpsi menggunakan adsorben alam seperti zeolit yang digunakan sebagai penyerap logam-logam berat. Struktur zeolit merupakan kristal aluminosilikat terhidrat yang berisi kation bermuatan positif dari unsur alkali dan alkali tanah. Struktur kerangkanya merupakan rongga-rongga yang saling berhubungan dan terisi oleh kation-kation yang relatif besar serta molekul air. Dengan struktur seperti itu maka zeolit dapat berperan sebagai pengayak molekuler untuk memisahkan campuran molekuler berdasarkan ukuran dan bentuk senyawa molekuler yang akan dipisahkan. Zeolit mempunyai struktur terbuka dengan rongga yang relatif besar dan terisi molekul air. Struktur zeolit tersebut merupakan suatu kerangka tiga dimensi tersusun dari gabungan caturtira SiO4 dan AlO4 yang di hubungkan oleh atom oksigen1). Dengan strukturnya yang unik, zeolit banyak di gunakan sebagai penukar ion, sorben serta katalis konversi hidrokarbon dan pemisahannya2). Unit pembangun utama zeolit merupakan caturtira dari empat atom oksigen yang mengelilingi atom pusat silikon (SiO4) (2) pada Gambar 1, dan Unit pembangun utama tersebut saling berikatan pada sudut-sudutnya dengan cara pemakaian bersama atom oksigen membentuk unit pembangun sekunder3) pada Gambar 2.

Silikon Oksigen

Gambar 1. Unit pembangun utama struktur zeolit2)

Gambar 2. Unit Pembangun sekunder zeolit3)

2007 FMIPA Universitas Lampung

Gambar 3. Struktur zeolit 3)

29

Etih Hartati...Studi Pengolahan Kandungan Ion Logam

Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral AlO4 dan SiO4 yang saling berhubungan melalui atom O dan didalam struktur tersebut Si 4+ dapat di ganti dengan Al 3+ sehingga rumus empiris zeolit menjadi1) : M2/NO Al2O3 XSiO2 Y H2O M = Kation alkali atau alkali tanah X = Bilangan tertentu ( 2 s/d 10 ) N = Valensi logam alkali Y = Bilangan tertentu ( 2 s/d 7 ) Ikatan ion Al-Si-O membentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali merupakan sumber kation yang mudah di pertukarkan. Penelitian reaksi pertukaran ion di lakukan oleh Way yang menemukan bahwa tanah-tanah tertentu mempunyai kemampuan untuk menahan garam-garam amonium. Selanjutnya di temukan pula bahwa silikat terhidrat dalam tanah juga memperlihatkan fenomena tersebut 4). Secara umum reaksi pertukaran ion adalah sebagai berikut . 2 NaX + CaCl2 (aq) CaX2 + 2 NaCl (aq) Reaksi pertukaran kation 2 XCl

+ Na2SO4 (aq)

X2SO4 + 2 NaCl (aq)

Reaksi pertukaran anion Sifat pertukaran ion dalam zeolit terjadi akibat terdistribusinya atom Si 4+ oleh Al 3+ sehingga menghasilkan muatan negatif pada kerangka dasar zeolit, muatan tersebut dapat di imbangi oleh kation yang terletak dalam pori-pori atau rongga dari kristal karena kation tersebut tidak terletak pada kerangka sebagaimana Si 4+ dan Al 3+, maka kation tersebut relatif lebih bebas bergerak, sehingga dapat dengan mudah dipertukarkan dengan kation lain3). Adapun tujuan penelitian ini dilakukan untuk menguji kemampuan zeolit sebagai media penyerap dalam mengurangi pencemar anorganik lindi (Fe, Mn, Cu, Zn) yang dihasilkan oleh sampah.

2. METODE PENELITIAN Reaktor yang digunakan dalam penelitian seperti Gambar 4.

Penampung Lindi (inlet) Valve

PVC diameter 2"

Kerikil 0.05

Alat yang digunakan berupa kolom PVC berdiameter 2 dengan tinggi kolom 1.2 m. Zeolit dimasukkan kedalam pipa sampai ketinggian 100 cm dan pada bagian bawah dilapisi kerikil setinggi 2 cm sebagai penyangga dan 2 cm dibagian atas untuk meratakan aliran. Dibagian bawah dilengkapi dengan kran outlet untuk pemeriksaan lindi.

Papan 1.00 Zeolit Klem

Slang Gelas Kimia 0.02

Kerikil

Gambar 4. Alat Penelitian

Rancangan penelitian dilakukan sebagai berikut : 2.1. Penelitian pendahuluan Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh ukuran butir zeolit pada penyerapan ion logam, dan menentukan aktivasi fisik atau kimia pada zeolit yang optimum menurunkan konsentrasi ion logam pada lindi, parameter yang diperiksa pH, kekeruhan, dan Fe. Variasi ukuran zeolit : -10+18#, -18+30#, dan -6+10#.

30



Aktivasi zeolit : pemanasan suhu 150oC selama 4 jam, NaOH 0.1 N, HCl 0.1 N dan tanpa diaktivasi. 2.2. Penelitian inti Zeolit yang telah memiliki kondisi optimum dimasukkan kedalam alat penelitian dan dijenuhkan dengan air. Lindi dialirkan kedalam alat tersebut dengan debit 6 ml/menit, kemudian pengambilan sampel pada waktu ke 0, 20, 50, 80, 120, 150, sampai 600 menit untuk pemeriksaan ion logam Fe, Mn, Cu, Zn terhadap lindi yang telah melewati media zeolit dengan metode AAS (Atomic Absorpsion Spectrofotometer).

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.Variasi Ukuran dan Aktivasi Zeolit Ukuran mesh zeolit semakin besar maka diameter akan semakin kecil. Tanda (-) menunjukkan zeolit yang lolos saringan sedangkan (+) menunjukkan yang tertahan. Dari hasil pengukuran terlihat bahwa semakin besar ukuran mesh zeolit (semakin kecil ukuran zeolit) maka daya serap terhadap kekeruhan akan lebih tinggi. Kondisi ini terjadi karena penyerapan merupakan gejala permukaan sehingga semakin besar luas permukaan semakin baik daya serapnya. Efisiensi penurunan dicapai oleh zeolit dengan mesh terkecil (-18+30) yaitu kekeruhan sebesar 13,46% dan Fe sebesar 9,87%, seperti dalam Gambar 5. Variasi aktivasi menghasilkan penurunan konsentrasi lindi yang berbeda-beda. Dari hasil pengukuran didapat bahwa penurunan kekeruhan paling rendah ditunjukkan oleh zeolit hasil aktivasi dengan NaOH 0,1 N dimana zeolit dapat menyerap kekeruhan sebesar 18 NTU (22,5%). Untuk pH diperoleh hasil bahwa aktivasi menggunakan NaOH 0,1 N dapat menaikkan pH menjadi 6,68 atau mendekati netral, sehingga tidak perlu menetralkan pH lindi. Penyerapan logam Fe juga paling tinggi pada aktivasi NaOH 0,1 N yaitu sebesar 18,44 mg/L (10,93%). kekeruhan

Fe

NaOH 0.1 N

HCl 0.1 N

Pemanasan 150oC

Tanpa Aktivasi

Pen yisih an F e (% )

14

12

Efisiensi (%)

10

8

6

4

2

Fe

0 -18+30

kekeruhan

-10+18

12 10 8 6 4 2 0 Aktivasi zeolit

-6+10 Ukuran Mesh

Tak homogen

Gambar 5. Efisiensi Penurunan Konsentrasi Kekeruhan dan Fe oleh Variasi Ukuran Mesh

Gambar 6. Efisiensi penyisihan Fe pada aktivasi zeolit

Mengacu pada Gambar 5 dan 6, maka yang digunakan untuk percobaan selanjutnya adalah zeolit dengan ukuran (18+30) mesh dan aktivasi dengan NaOH 0,1 N. Tabel 1 berikut merupakan data karakteristik zeolit dan lindi yang digunakan dalam penelitian inti. Tabel 1. Data awal penelitian Inti Zeolit Jenis Aktivasi Berat Ukuran Air Lindi Awal Volume pH Suhu

Satuan kg mesh

Parameter NaOH 0.1 N 1,75 -18+30

ml oC

540 5,96 26,5


31


Fe ppm 133,07 Mn ppm 11,38 Zn ppm 7,31 Cu ppm 0,2 Kekeruhan NTU 137 Sumber: Hasil Pemeriksaan di laboratorium ITENAS dan PPTM Bandung. 3.2. Pemeriksaan Lindi Setelah Melalui Media Zeolit Hasil pemeriksaan lindi terhadap parameter kekeruhan tercantum dalam Gambar 7. Kekeruhan lindi dapat disebabkan oleh zat padat tesuspensi baik organik maupun anorganik. Dari hasil pengukuran diperoleh kekeruhan awal lindi sebesar 137 NTU kemudian sejalan waktu kekeruhan menurun hingga mencapai 4,5 NTU pada pengambilan lindi ke-120 menit, setelah itu kekeruhan meningkat lagi karena kemampuan zeolit menurun.

160 140 120 100 80 60 40 20 0

14 12 10 pH

kekeruhan (NTU)

Pemeriksaan pH bertujuan untuk melihat pengaruh pH lindi setelah melewati media zeolit. Pada Gambar 8 dapat dilihat pH lindi awal adalah 5,96, setelah kontak dengan zeolit yang telah diaktivasi oleh NaOH 0.1 N pH naik kemudian turun lagi mendekati 7 pada pengambilan lindi ke-240 menit, dan turun lagi sampai mendekati kondisi awal. Hal ini terjadi karena zeolit mempunyai kation-kation yang dapat dipertukarkan seperti Na+, Ca2+, Na2+, K+ dari golongan alkali tanah sehingga dengan adanya H+ dalam lindi dapat dipertukarkan. Proses kedua kenaikan pH ini disebabkan pengaktifan zeolit oleh NaOH, dimana zeolit akan menyerap Na+ dan terjadi pelepasan OH- saat zeolit dialiri lindi.

8 6 4 2

0

100

200

300

400

500

0

600

0

100

200

300

400

500

600

Waktu (m enit)

Waktu (m enit)

Gambar 7. Kekeruhan (NTU) terhadap waktu

Gambar 8. Hubungan pH terhadap waktu

Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa konsentrasi logam Fe, Mn, Cu, dan Zn yang terdapat dalam lindi setelah melewati zeolit menunjukkan terjadinya penurunan konsentrasi logam sampai waktu tertentu dan kemudian naik lagi. Hal ini terjadi karena semakin lama kemampuan zeolit menjadi berkurang. Akibatnya konsentrasi logam akan naik lagi sehingga diperlukan regenerasi.

Konsentrasi (mg/L)

140 120 100

Fe

80

Mn

60

Zn Cu

40 20 0 0

100

200

300

400

500

600

Waktu (menit)

Gambar 9. Konsentrasi Fe,Mn, Zn, dan Cu terhadap waktu

Pada Gamar 9 dapat dilihat bahwa parameter Fe terjadi pengurangan konsentrasi yang tinggi yaitu dari 133 mg/L menjadi 0,41 mg/L menit ke-120. Berkurangnya konsentrasi Fe dapat terjadi karena diserap oleh zeolit, juga karena adanya kontak dengan udara membentuk endapan Fe2O3.

32


0

0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

100 200 300 400 500 600

0.5 0.4 0.3

Kons. Cu (m g/L)

12 10 8 6 4 2 0

Kons. Zn (mg/L)

Kons. Mn (mg/L)


100

200

300

400

500

0.2 0.1 0

600

0

100 200 300 400 500 600 Waktu (menit)

Waktu (m enit)

Waktu (m enit)

Gambar 11. Kons. Zn terhadap waktu

Gambar 10. Kons. Mn terhadap waktu

Gambar 12. Kons. Cu terhadap waktu

Dari Gambar 10, 11 dan 12 dapat dilihat terjadi pola yang hampir sesuai antar parameter tersebut, kecenderungan tiap parameter adalah terjadi penurunan konsentrasi sampai waktu tertentu kemudian naik kembali. Pada parameter Mn terjadi penurunan konsentrasi yang cukup tinggi dari 11,4 mg/L menjadi 0,04 mg/L pada menit ke-120 menit, setelah itu terjadi kenaikan konsentrasi Mn lagi sampai pada menit ke 600 diperoleh konsentrasi Mn sebesar 8,85 mg/L, hal ini karena kemampuan penyerapan zeolit terhadap Mn menurun yang dapat disebabkan dari ion-ion logam lain yang memiliki ikatan lebih polar sehingga menghambat penyerapan Mn.

Efisiensi Penyisihan (%)

Seperti halnya Fe dan Mn, begitu pula untuk Zn terjadi penurunan konsentrasi dari 0,71 mg/L menjadi 0,02 mg/L, dan Cu juga penurunan konsentrasi dari 0,2 mg/L menjadi 0,01 mg/L pada menit ke-120, yang selanjutnya terjadi kenaikan konsentrasi kembali seperti Gambar 11 dan 12, hal ini karena kemampuan penyerapan zeolit makin berkurang. Kekeruhan

Fe

100

200

Mn

Zn

Cu

100 80 60 40 20 0 0

300

400

500

600

Waktu (menit)

Gambar 13. Efesiensi Penyisihan Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa untuk ke lima parameter tersebut terjadi penyisihan yang lebih besar dari 95 % sampai menit ke-120. Kandungan zeolit yang sudah diaktivasi pada awal dan akhir percobaan perlu dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui adanya proses penyerapan terhadap logam-logam Mn, Fe, Cu, Zn oleh zeolit. Hasil pemeriksaan logam ini dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil pemeriksaan zeolit sebelum dan setelah percobaan No Unsur Sebelum (%) 1 Al 5.92 2 Si 42.7 3 Fe 0.53 4 Mn 0.019 5 Cu 3.8 6 Zn 41 Sumber : Hasil Pemeriksaan Lab PPTM


Sesudah (%) 6,12 42,5 0,555 0,025 4 42

33


Pada Tabel 2 terbukti adanya perubahan setelah perlakukan percobaan terhadap ke enam parameter tersebut, hal ini menunjukkan bahwa terjadinya penyerapan oleh media zeolit.

4. KESIMPULAN Kemampuan zeolit terhadap penurunan konsentrasi Fe pada ukuran (-18+30) mesh yaitu Fe sebesar 9,87%, dan pada aktivasi NaOH 0,1 N 10,93 %. Berdasarkan percobaan kemampuan zeolit terhadap penyerapan Fe, Mn, Cu, dan Zn yang terdapat dalam lindi menunjukkan penurunan konsentrasi sampai pengambilan sampel lindi pada menit ke-120, kemudian konsentrasi naik kembali. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah melewati kolom zeolit terjadi penurunan konsentrasi Fe adalah 99,69%, Mn mencapai 99,65%, serta untuk Zn dan Cu berturut-turut 97,89% dan 97,50%.

DAFTAR PUSTAKA 1.

Sheppard,R.A, 1975. Zeolit in Sedimantary Rock dalam Stanley J.Lefond (ed.), Industrial Mineral and Rock. American Institute of Mining, Metalurgical and Petroleum Engineers Inc, New York.

2.

Sutarti, Mursi dan Rachmawati,Minta, 1994. "Zeolit Tinjauan Literatur", Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.

3.

Barrer, R.M., 1978, Zeolit and Clay Minerals as Sorbents and Molecular Sieves, Academic Press Inc., London.

4.

Breck D.W, Syntetic Zeolit : Properties and Applications dalam Stanley J.Lefond (ed.), Industrial Mineral and Rock, American Institut of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers Inc, New York.

34


STUDI PENGOLAHAN KANDUNGAN ION LOGAM (Fe,Mn,Cu,Zn) LINDI SAMPAH OLEH ZEOLIT

Recommend Documents