TESIS
PEMANFAATAN BIOSISTEM TANAMAN UNTUK MENURUNKAN KADAR FENOL, AMONIA, ION KLORIDA, DAN COD DARI PROSES BIODEGRADASI AIR LIMBAH YANG MENGANDUNG RHODAMIN B
SRI DIAN MEITA SARI NIM 1391261010
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU LINGKUNGAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 i
PEMANFAATAN BIOSISTEM TANAMAN UNTUK MENURUNKAN KADAR FENOL, AMONIA, ION KLORIDA, DAN COD DARI PROSES BIODEGRADASI AIR LIMBAH YANG MENGANDUNG RHODAMIN B
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Ilmu Lingkungan, Program Pascasarjana Unversitas Udayana
SRI DIAN MEITA SARI NIM 1391261010
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU LINGKUNGAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 ii
LEMBAR PENGESAHAN
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 24 JUNI 2015
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS NIP 196703031994031002
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, MS NIP 196003181985031001
Mengetahui
Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS NIP 196703031994031002
Prof. Dr. dr. A.A Raka Sudewi, Sp.S(K). NIP 195902151985102001
iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI
Tesis ini Telah Diuji dan Dinilai Oleh Panitia Penguji pada Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Tanggal 11 Juni 2015
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No
: 1725/UN.14.4/HK/2015
Tanggal
: 4 Juni 2015
Panitia Penguji Tesis adalah : 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
: Sri Dian Meita Sari
NIM
: 1391261010
Program Studi
: Magister Ilmu Lingkungan
Judul Tesis
: Pemanfaatan Biosistem Tanaman untuk Menurunkan Kadar Fenol, Amonia, Ion Klorida dan COD dari Proses Biodegradasi Air Limbah yang Mengandung Rhodamin B
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, 15 Juni 2015 Hormat Saya,
Sri Dian Meita Sari
v
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kepada Ida Sang Hyang Widhi Wasa karena atas asung wara nugraha-Nya penulis dapat menyelesaikan Tesis ini dengan baik. Dalam penyelesaian Tesis ini, penulis juga mendapat bimbingan, bantuan serta dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof.Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS selaku pembimbing akademik sekaligus pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian Tesis ini. Kepada Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, MS selaku pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan, nasehat, saran dan pengarahan dalam proses penyusunan Tesis ini. Ucapan yang sama juga ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika SpPD KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. Kepada Direktur Program Pascasarjana Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S. (K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. Tidak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada Prof.Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, MS, Ketua Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Universitas Udayana atas ijin yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program Magister. Kepada Prof. Dr. Ida Bagus Putra Manuaba, M.Phil selaku Kepala Laboratorium UPT Analitik Universitas Udayana atas ijin dan fasilitas yang diberikan selama penulis melaksanakan penelitian. Ungkapan terima kasih penulis sampaikan pula kepada para penguji tesis yaitu Prof. Dr. Ir. I Wayan Suarna, MS dan Dra. Iryanti Eka Suprihatin, M.Sc, PhD, yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan dan koreksi sehingga tesis ini dapat terwujud seperti ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada seluruh staf Dosen dan staf Tata Usaha di Program Studi Ilmu
vi
Lingkungan Pascasarjana Universitas Udayana yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis. Kepada Drs. I Wayan Supartha, M.Pd dan Ir. Cok Istri Putri Susilawati selaku orang tua dan seluruh keluarga penulis yang dengan setia selalu memberikan dukungan baik moril maupun spiritual Tesis ini dapat terselesaikan. Kepada Putu Edi Yastika yang telah memberikan saran dan motivasi selama penyusunan Tesis ini berlangsung dan kepada Rekan – rekan Mahasiswa Program Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Udayana terutama angkatan 2013 yang telah banyak memberikan motivasi dan doa kepada penulis. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan penyelesaian Tesis ini.
Denpasar, 11 Juni 2015
Penulis
vii
ABSTRACT UNTILIZATION OF THE PLANT BIOSYSTEMS TO REDUCE CONSENTRATION OF PHENOL, AMMONIA, CHLORIDE ION AND COD OF THE BIODEGRADATION PROCESS IN WATER WASTE WHICH CONTAINING RHODAMIN B
The biodegradation of Rhodamine B may not be directly result in CO2 and H2O, rather other pollutans such as phenol, ammonia, and chloride ions. The objective of this research are to determine the effectivity of the biosystem plants in degradating Rhodamine B and the capability to reduce the contents of phenol, ammonia, chloride ions and COD. Concentration artificial waste Rhodamine B that used in this research are 1 mg/L. Seeding sediment using microorganism selected from dyeing waste disposal located in the village Pemogan, South Denpasar than disseminated into a bath biosystem in which had given the sand, pebbles and Ipomea carssicaulis. Furthermore artificial waste Rhodamine B poured into the biosystem and waste water were analyzed with the time range every 6 hours from 0 until 48 hours. The results of the capability treatment system showed that the biosystems of plants was capable to reduce optimals levels of Phenol from 24 to 30 hours of processing amounted to 0.2906 mg / L, Ammonia from 24 to 36 hours of processing amounted to 0.1452 mg / L, Ion Klorida and COD from 18 to 30 hours of processing amounted to 2.127 mg / L and 3.848 mg / L. Biosystems plant is effective to lowering levels of phenol and ammonia (above 50%), but less effective in lowering levels of Chloride Ion and COD. Keywords: Biosystems, biofiltration, biodegradation, rhodamine B, textile waste
viii
ABSTRAK PEMANFAATAN BIOSISTEM TANAMAN UNTUK MENURUNKAN KADAR FENOL, AMONIA, ION KLORIDA, DAN COD DARI PROSES BIODEGRADASI AIR LIMBAH YANG MENGANDUNG RHODAMIN B Biodegradasi Rhodamin B kemungkinan tidak akan langsung menjadi CO2 dan H2O namun bisa menimbulkan pencemaran lain seperti senyawa fenol, amonia, dan ion klorida. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui efektivitas dari biosistem tanaman yang terjadi pada proses degradasi Rhodamin B dan kemampuannya dalam menurunkan konsentrasi dari senyawa fenol, amonia, ion klorida dan nilai COD (Chemical Oxygen Demand). Limbah Rhodamin B yang digunakan adalah limbah buatan dengan konsentrasi 1 mg/L. Seediing (pembibitan) sedimen dengan menggunakan sedimen dari selokan disekitar pembuangan limbah pencelupan yang berlokasi di Desa Pemogan, Denpasar Selatan. Mikroorganisme yang telah siap kemudian disebar ke dalam bak biosistem yang di dalamnya telah diberi media pasir dan batu koral dan tanaman Ipomea carssicaulis. Selanjutnya limbah buatan Rhodamin B dimasukkan ke dalam biosistem dan air limbah dianalisis dengan rentang waktu setiap 6 jam dari 0 sampai 48 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Biosistem tanaman mampu menurunkan kadar Fenol tertinggi dari jam ke 24 pengolahan sampai jam ke 30 pengolahan sebesar 0,2906 mg/L, Amonia dari jam ke 24 pengolahan sampai jam ke 36 pengolahan sebesar 0,1452 mg/L, Ion Kloridan dan COD dari jam ke 18 pengolahan sampai jam ke 30 pengolahan sebesar 2,127 mg/L dan 3,848 mg/L. Biosistem tanaman efektif dalam menurunkan kadar Fenol dan Amonia (di atas 50%), namun kurang efektif dalam menurunkan kadar Ion Klorida dan COD Kata kunci : Biosistem, biofiltrasi, biodegradasi, rhodamin b, limbah tekstil
ix
RINGKASAN PEMANFAATAN BIOSISTEM TANAMAN UNTUK MENURUNKAN KADAR FENOL, AMONIA, ION KLORIDA, DAN COD DARI PROSES BIODEGRADASI AIR LIMBAH YANG MENGANDUNG RHODAMIN B Limbah industri tekstil sebagian besar mengandung pencemar berupa zat warna yang digunakan pada proses pencelupan. Limbah yang mengandung bahan pencemar akan mengubah kualitas lingkungan bila lingkungan tersebut tidak mampu memulihkan kondisinya sesuai dengan daya dukung yang ada. Saat ini telah banyak dikembangkan pengelolaan limbah secara biologi (biosistem). Faktor yang menentukan efektivitas dalam sistem ini adalah penggunaan mikroorganisme serta terbentuknya sistem biofiltrasi di dalam biosistem. Biofiltrasi merupakan salah satu proses pengolahan limbah secara biologi seperti menggunakan tanaman sebagai media penyerap limbah. Dengan memanfaatkan aktivitas mikroorganisme diharapkan senyawa organik yang terdapat dalam limbah tekstil akan terdegradasi menjadi senyawa yang lebih sederhana dan tidak membahayakan kehidupan perairan. Proses biofiltrasi memiliki banyak kelebihan diantaranya sangat efektif, biaya pembuatan kolam biofiltrasi relatif murah, tanaman untuk biofiltrasi cepat tumbuh dan mudah dipelihara, serta tidak membutuhkan operator dengan keahlian khusus. Salah satu zat warna sintetik yang digunakan adalah Rhodamin B . Dalam proses biodegradasi dari Rhodamin B, zat tersebut kemungkinan tidak akan terdegradasi langsung menjadi CO2 dan H2O namun bisa menimbulkan dampak pencemaran lain seperti senyawa fenol, amonia, dan ion klorida. Senyawasenyawa tersebut sangat berbahaya jika berada di perairan karena merupakan polutan. Berdasarkan hal tersebut maka dalam penelitian ini perlu diketahui efektifitas dari biosistem yang terjadi pada proses degradasi Rhodamin B dan kemampuannya dalam menurunkan konsentrasi dari senyawa fenol, amonia, ion klorida dan nilai COD (Chemical Oxygen Demand) sebagai indikator bahwa air hasil dari pengolahan tidak membahayakan lingkungan. Limbah Rhodamin B yang digunakan adalah limbah buatan dengan konsentrasi 1 mg/L. Kemudian dilakukan seediing (pembibitan) sedimen dengan menggunakan sedimen dari selokan disekitar pembuangan limbah pencelupan yang berlokasi di Desa Pemogan, Denpasar Selatan. Mikroorganisme yang telah siap kemudian disebar ke dalam bak biosistem yang di dalamnya telah diberi media pasir dan batu koral dan tanaman Ipomea carssicaulis . Selanjutnya limbah buatan Rhodamin B dimasukkan ke dalam biosistem dan air limbah dianalisis dengan rentang waktu setiap 6 jam dari 0 sampai 48 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan biosistem tanaman dalam menurunkan kadar polutan hasil degradasi Rhodamin B berupa Fenol, Amonia dan COD dari jam ke 24 sampai jam ke 48 pengolahan berturut-turut adalah : 0,7024 mg/L menjadi 0,1194 mg/L ; 0,2821 mg/L menjadi 0,1204 mg/L;
x
15,392 mg/L menjadi 9,620 mg/L. Untuk Ion Klorida turun dari jam ke 18 pengolahan dengan konsentrasi sebesar 26,588 mg/L sampai jam ke 48 menjadi 23,397 mg/L. Tingkat efektivitas biosistem tanaman dalam menurunkan kadar Fenol, Amonia, Ion Klorida dan COD berturut-turut adalah sebesar 83,00 %, 57,32%, 12,00% dan 37,50%. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa Biosistem tanaman mampu menurunkan kadar Fenol tertinggi dari jam ke 24 pengolahan sampai jam ke 30 pengolahan sebesar 0,2906 mg/L, Amonia dari jam ke 24 pengolahan sampai jam ke 36 pengolahan sebesar 0,1452 mg/L, Ion Kloridan dan COD dari jam ke 18 pengolahan sampai jam ke 30 pengolahan sebesar 2,127 mg/L dan 3,848 mg/L. Biosistem tanaman efektif dalam menurunkan kadar Fenol dan Amonia (di atas 50%), namun kurang efektif dalam menurunkan kadar Ion Klorida dan COD.
xi
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL ................................................................................................................i PRASYARAT GELAR .......................................................................................ii LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI.. .................................................................iv SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT....................................................v UCAPAN TERIMA KASIH.. .............................................................................vi ABSTRACT ........................................................................................................vii ABSTRAK. .........................................................................................................viii RINGKASAN .....................................................................................................ix DAFTAR ISI .......................................................................................................xii DAFTAR TABEL ...............................................................................................xiv DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xv DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xvi BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .............................................................................. 4 1.3 Tujuan Penulisan ................................................................................ 4 1.4 Manfaat Penulisan ............................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 6 2.1 Pencemaran Air di Lingkungan ......................................................... 6 2.2 Kualitas Limbah ................................................................................. 7 2.3 Kualifikasi Limbah Industri ................................................................ 8 2.4 Limbah Industri Tekstil.. ................................................................... 10 2.5 Rhodamin B.. .................................................................................... 11 2.5.1 Definisi dan Karakteristik Rhodamin B ................................. 11 2.5.2 Kegunaan dan Bahaya Rhodamin B ...................................... 12 2.6 Parameter Kualitas Air Limbah .......................................................... 12 2.6.1 Fenol ................................................................................ 12 2.6.2 Amonia .................................................................................... 13 2.6.3 Ion Klorida (Cl-) .............................................................. 15 2.6.4 Chemical Oxygen Demand (COD) ......................................... 15 2.7 Pengolahan Limbah Secara Biologi . ................................................ 16
xii
2.7.1 Biofiltrasi .............................................................................. 16 2.7.2 Sistem Saringan Pasir Tanaman ............................................. 17 2.8 Rhizodegradasi . ................................................................................ 18 2.9 Tanaman Ipomea crassicaulis (Kangkungan).. ................................. 19 BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN ........................................................................................ 22 3.1 Kerangka Berpikir .............................................................................. 22 3.2 Kerangka Konsep Penelitian .............................................................. 24 3.3 Hipotesis.............................................................................................. 27 BAB IV METODE PENELITIAN ....................................................................... 28 4.1 Rancangan Penelitian ......................................................................... 28 4.2 Lokasi dan Waktu Penelitian.. ............................................................ 28 4.3 Ruang Lingkup Penelitian.. ................................................................. 29 4.4 Penentuan Sumber Data.. .................................................................... 29 4.5 Variabel Penelitian.. ............................................................................ 29 4.6 Bahan Penelitian.................................................................................. 29 4.7 Instrumen Penelitian............................................................................ 30 4.8 Prosedur Penenlitian............................................................................ 30 4.8.1 Penyediaan Tanaman untuk Biosistem .................................. 30 4.8.2 Sampling Sedimen ................................................................. 31 4.8.3 Penyiapan Konsorsium Mikroba yang Akan Ditambahkan ke pada biosistem.. ....................................................................... 32 4.8.4 Pembuatan Limbah Rhodamin B.. .......................................... 33 4.8.5 Pengolahan dengan Biosistem Tanaman.. ............................... 33 4.9 Prosedur Pemeriksaan Parameter.. ...................................................... 34 4.9.1 Pemeriksaan Kadar Fenol ...................................................... 34 4.9.2 Pemeriksaan Kadar Amonia ................................................... 35 4.9.3 Penentuan Kadar Ion Klorida (Cl-).. ....................................... 36 4.9.4 Pemeriksaan Kadar COD (Chemical Oxygen Demand).. ....... 37 4.10 Penentuan Tingkat Efektivitas Biosistem dalam Menurunkan Kadar Polutan.. ................................................................................. 38 4.11 Analisis Data.. ................................................................................... 39 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................ 40 BAB VI SIMPULAN DAN SARAN.................................................................... 53 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 54 LAMPIRAN. ......................................................................................................... 59
xiii
DAFTAR TABEL
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8
Halaman Kadar Fenol dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman ......................................................................... 41 Kadar Amonia dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman .. .......................................................... 44 Kadar Ion Klorida dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman .. .......................................................... 47 Kadar COD (Chemical Oxigen Demand)dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman .. ....................... 48 Efektivitas Biosistem Kadar Fenol dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman.. ..................................... 50 Efektivitas Biosistem Kadar Amonia dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman.. ........................ 51 Efektivitas Biosistem Kadar Cl- dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman.. ..................................... 51 Efektivitas Biosistem Kadar COD dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dengan Biosistem Tanaman.. ..................................... 51
xiv
DAFTAR GAMBAR
2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 5.4
Halaman Struktur Molekul Rhodamin B ........................................................ 12 Tanaman Ipomoea crassicaulis……………………………………. .... 20 Kerangka Berpikir Penelitian……………..…………………… .... 23 Kerangka Konsep Penelitian…………………………………… ... 26 Susunan Media dalam Bak Pengolahan Biosistem Tanaman…... ... 31 Wadah Pembibitan Mikroorganisme…………………………………..... 33
Kurva Penurunan Konsentrasi Fenol Hasil Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dalam Biosistem Tanaman………………… .. Kurva Penurunan Konsentrasi Amonia Hasil Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dalam Biosistem Tanaman………………… .. Kurva Penurunan Konsentrasi Ion Klorida Hasil Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dalam Biosistem Tanaman ………………… . Kurva Penurunan Konsentrasi COD Hasil Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dalam Biosistem Tanaman …………………..
xv
43 45 47 49
DAFTAR LAMPIRAN
1 2 3 4 5 6 7
Halaman Perhitungan Kadar Fenol ................................................................. 59 Perhitungan Kadar Amonia ……………………………………. ......... 62 Perhitungan Kadar Ion Klorida ……………..……………………. 65 Perhitungan Kadar COD (Chemical Oxygen Demand) ………...... .66 Perhitungan EfektivMitas Biosistem Tanaman …... ....................... 67 Isolasi Jenis Mikroorganisme dari Proses Degradasi Limbah Rhodamin B dalam Biosistem Tanaman ……………………………. 69 Dokumentasi Penelitian …………………............................................. 70
xvi
