4.3 Pengaruh Jenis dan Dosis Kapur terhadap Beberapa Parameter Kimia pada Sentrat maupun Endapan
4.3.1 Pengaruh Jenis dan Dosis Kapur terhadap Nilai TDS, pH, dan Kadar Ca 2+ pada Sentrat
Hasil percobaan mendapatkan bahwa pemberian kapur yang berbeda pada lindi yang akan dijadikan bahan pupuk cair ternyata menyebabkan perbedaan nilai TDS pada sentrat. Secara rinci, nilai TDS pada sentrat dari masing-masing dosis kapur disajikan pada Tabel 32.
Tabel 32. Nilai TDS pada sentrat dari perlakuan kapur
Dosis (ppm) CaO Ca(OH)2 CaCO3 Dolomit
500 2765 bc 2785 b 2912,5 a 2895 a
750 2695 abc 2700 b 2860 a 2932,5 ab
1000 2467,5 a 2442,5 a 2797,5 a 2942,5 ab
1250 2642,5 ab 2617,5 ab 2785 a 2957,5 ab
1500 2905 c 2755 b 2752,5 a 2962,5 ab
1750 3347,5 d 3082,5 c 2725 a 2967,5 ab
2000 3702,5 e 3662,5 d 2685 a 2980 ab
3000 5662,5 f 4785 e 2680 a 3072,5 abc
4000 6900 g 5977,5 f 2670 a 3205 bc
5000 7710 h 7095 g 2670 a 3325 cd
6000 8287,5 i 7352,5 h 2690 a 3497,5 d
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu kolom, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
Tabel 32 maupun Gambar 51 dan Gambar 52 menunjukkan bahwa nilai TDS pada sentrat akibat pemberian CaO dan Ca(OH)2pada dosis rendah (500 ppm hingga dosis kurang dari 1000 ppm) mengalami penurunan dan mencapai minimum pada dosis 1000 ppm; sedangkan pada dosis lebih dari 1000 ppm, nilai TDS mengalami peningkatan yang tajam sejalan dengan dosis CaO atau Ca(OH)2 yang makin meningkat. Sejalan dengan penelitian ini, Amuda (2005) yang menggunakan bahan kimia FeCl3sebagai bahan untuk mengendapkan bahan terlarut dari lindi TPA sampah mendapatkan bahwa penggunaan FeCl3pada dosis 1000 ppm juga menyebabkan penurunan polutan yang maksimal yang ditunjukkan oleh nilai TDS pada lindi yang diproses menunjukkan nilai terendah. Hasil penelitiannya menunjukkan pada pemberian FeCl3 di atas 1500 ppm mulai terjadi peningkatan garam besi dalam larutan yang ditunjukan oleh peningkatan nilai TDS pada lindi yang diproses.
Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa pada perlakuan pemberian CaO dan Ca(OH)2 terdapat kemiripan pola dalam perubahan nilai TDS pada sentrat. Pola perubahan tersebut berbeda dengan pola perubahan dari perlakuan kapur jenis CaCO3
maupun dolomit. Gambar 51 hingga Gambar 56 menunjukkan bahwa perubahan nilai TDS, Ca2+ bahkan pH dari perlakuan CaCO3 maupun dolomit tidak sebesar perubahan pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2. Perbedaan perilaku ini berkaitan dengan sifat kapur tersebut.
Tabel 32, Gambar 51 dan Gambar 52 menunjukkan bahwa penggunaan kapur jenis CaCO3 atau dolomit pada dosis 500 ppm hingga 6000 ppm tidak mengakibatkan penurunan yang berarti terhadap nilai TDS pada sentrat. Nilai TDS dari perlakuan CaCO3 berangsur-angsur menurun dan mencapai minimum (2670 ppm) pada dosis 4000 ppm hingga 5000 ppm. Nilai TDS minimum dari perlakuan pemberian CaCO3
tersebut masih berada di atas nilai TDS minimum (2467,5 ppm dan 2442,5 ppm) dari perlakuan pemberian 1000 ppm CaO dan Ca(OH)2. Nilai TDS pada sentrat dari perlakuan pemberian CaCO3 pada dosis di atas 5000 ppm baru menunjukkan peningkatan. Sebaliknya, pada pemberian dolomit, nilai TDS pada sentrat justru terus mengalami peningkatan secara berangsur mulai dari dosis 500 ppm hingga 6000 ppm.
Gambar 51. Pola perubahan nilai TDS pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan sentrifugasi)
Gambar 52. Pola perubahan nilai TDS pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan pengocokan)
Nilai pH dari perlakuan pemberian CaCO3 ternyata juga mengalami peningkatan secara berangsur dengan peningkatan pH yang jauh lebih rendah dari peningkatan pH dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2 (Gambar 55 dan Gambar 56). Demikian juga halnya dengan pH dari perlakuan pemberian dolomit yang juga mengalami peningkatan secara berangsur apabila dosis pemberiannya makin ditingkatkan. Perbedaan pola perubahan nilai TDS dan pH berkaitan dengan reaksi yang terjadi dalam lindi akibat pemberian jenis dan dosis kapur yang berbeda.
Pada perlakuan CaO, setelah bahan tersebut dicampur dengan lindi maka CaO akan bereaksi dengan air yang terdapat dalam lindi, kemudian terurai membentuk ion-ion.
Menurut Manahan (2005), reaksi CaO dalam air sebagai berikut.
CaO + H2O ---> Ca(OH)2
Kemudian Ca(OH)2dalam air akan berubah menjadi ion Ca2+dan OH-sebagai berikut.
Ca(OH)2---> Ca2+ + 2OH
-Demikian juga pada perlakuan pemberian kapur jenis Ca(OH)2dalam air, Ca(OH)2akan langsung bereaksi sebagai berikut (Manahan, 2005).
Ca(OH)2---> Ca2+ + 2OH
-Berdasarkan reaksi seperti yang digambarkan di atas, pemberian CaO atau Ca(OH)2ke dalam lindi akan menghasilkan bahan yang sama berupa Ca2+ dan OH-. Kedua bahan tersebut (Ca2+ dan OH-) selanjutnya juga dapat mempengaruhi bahan lain yang terlarut yang terdapat dalam lindi berupa logam-logam terlarut maupun koloid. Muatan negatif pada koloid baik koloid organik maupun koloid anorganik yang terdapat dalam lindi makin meningkat bila konsentrasi OH- makin meningkat. Menurut Brady (1974) dalam Hardjowigeno (2010), muatan negatif dari koloid dapat meningkat sebagai akibat terjadi disosiasi H+ dari gugus OH yang terdapat pada tepi atau ujung kristal seperti gambar berikut.
OH + OH- ---> O- + H2O
Pada pH rendah (masam), H+ terikat erat. Namun bila pH naik, maka H+menjadi mudah lepas mengakibatkan muatan negatif dari koloid menjadi meningkat. Muatan ini disebut muatan tergantung pH. Pada koloid organik, sumber muatan negatif terutama berasal dari gugus karboksil (-COOH) dan gugus phenol (-OH). Muatan tersebut adalah muatan tergantung pH, artinya dalam keadaan masam, H+ dipegang kuat oleh gugus karboksil atau phenol. Menurut Hardjowigeno (2010), ikatan H+ pada gugus karboksil atau phenol menjadi berkurang bila pH menjadi lebih tinggi. Ikatan yang lemah tersebut memudahkan terjadi disosiasi H+ yang menyebabkan H+ terlepas hingga pada gugus tersebut menjadi bermuatan negatif. Makin tinggi pH, makin tinggi pula disosiasi H+ menyebabkan muatan negatif pada koloid menjadi makin tinggi. Muatan negatif yang terbentuk dapat menyebabkan terjadi interaksi antara koloid dengan logam yang terlarut termasuk dengan Ca2+, baik Ca2+ yang berasal dari lindi maupun Ca2+ yang berasal dari penambahan kapur. Hasil interaksi antara muatan positif dari logam terlarut dengan muatan negatif dari koloid membentuk senyawa kompleks berbentuk flok yang mudah untuk diendapkan baik melalui proses sentrifugasi maupun pengocokan. Hasil penelitian Harmsen (1983) menunjukkan bahwa pada pH tinggi, logam terlarut menjadi berkurang
karena membentuk komplek dengan asam humik. Berdasarkan hasil penelitian Umar, Aziz dan Yusoff (2010), pada pH sedikit di atas netral, 30 – 100% Cu dan 0 – 95% Zn umumnya berada dalam kondisi berikatan dengan koloid. Menurut Vigneault dan Campbell (2005), hal ini dapat menurunkan toksisitas lindi yang diproses akibat logam terlarut berkurang.
Pembentukan flok yang mudah mengendap antara Ca atau logam terlarut dengan koloid menyebabkan kadar Ca2+ maupun logam-logam terlarut lainnya menjadi makin menurun dalam sentrat. Ca2+ maupun logam terlarut lainnya merupakan bahan padatan terlarut yang mempengaruhi nilai TDS. Apabila bahan-bahan tersebut berkurang mengakibatkan nilai TDS menurun hingga sentrat lebih aman untuk dibuang ke lingkungan.
Gambaran dari reaksi pengikatan antara koloid organik dengan koloid anorganik yang dijembatani oleh Ca2+ seperti yang dikemukakan oleh Peterson (1947) dalam Supardi (1988) sebagai berikut.
liat – Ca – OOC – R – COO – Ca – liat
---Gambaran ikatan kompleks antara liat dan liat dengan Ca sebagai penghubung seperti yang dikemukakan oleh Foth (1978) sebagai berikut.
- + + - - + +
-Penurunan nilai TDS pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2 tidak hanya disebabkan oleh penurunan jumlah Ca2+dan logam-logam terlarut lainnya sebagai akibat terjadi pengikatan logam tersebut oleh koloid yang membentuk endapan. Penurunan nilai TDS dari perlakuan tersebut juga dapat disebabkan oleh penurunan jumlah logam terlarut akibat terjadi reaksi antara logam terlarut dengan OH- membentuk senyawa hidroksida yang memiliki solubilitas (kelarutan) yang rendah. Sebagai contoh, gambaran dari reaksi pembentukan senyawa hidroksida logam seperti yang dikemukakan oleh Mohajit (2001) sebagai berikut.
Pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2, bila dosis pemberian kapur tersebut terus ditingkatkan ternyata menyebabkan pH juga mengalami peningkatan, melebihi peningkatan pH dari perlakuan CaCO3 dan dolomit (Gambar 55 dan Gambar 56). pH yang makin meningkat menggambarkan konsentrasi OH-juga makin meningkat. Namun pada konsentrasi OH-yang makin tinggi, menurut Davis dan Masten (2004) justru dapat menyebabkan pembentukan senyawa baru antara logam terlarut dan OH-berlebih yang ada dalam larutan membentuk senyawa kompleks yang memiliki solubilitas (kelarutan) lebih tinggi dibanding sebelumnya. Proses ini menyebabkan jumlah padatan terlarut pada sentrat akan mengalami peningkatan kembali. Davis dan Masten (2004) mengemukakan bahwa pada pH di atas netral hingga ± pH 9, logam-logam terlarut seperti Cu, Zn dan Pb memiliki solubilitas yang minimum dan akan membentuk endapan dalam bentuk senyawa hidroksida. Namun pada pH > 9, ketiga logam tersebut akan membentuk senyawa kompleks yang mudah larut (Gambar 64).
Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2dengan dosis 1000 ppm, pH mencapai 10,35 hingga 10,55 (Tabel 33) dan pada pH tersebut nilai TDS pada sentrat mencapai minimum. Pada kondisi ini, meskipun ada beberapa logam mikro terlarut yang mengalami pelarutan kembali seperti Cu, Zn, Pb dan Cd, namun ada pula logam mikro lainnya yang masih mengalami pengendapan seperti Mn, Fe dan Cr.
Pada pH tersebut jumlah padatan terlarut pada sentrat mencapai minimum sebagai akibat logam-logam terlarut yang berinteraksi dengan OH- atau berinteraksi dengan koloid membentuk senyawa yang mudah mengendap berada dalam jumlah yang lebih banyak dibanding logam-logam terlarut lainnya yang melarut kembali karena membentuk senyawa komplek dengan OH-yang berlebih.
Kadar Ca2+ pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2dengan dosis 1500 ppm menunjukkan nilai yang paling minimum (Gambar 53 dan Gambar 54). Hal ini menunjukkan bahwa pemberian CaO dan Ca(OH)2 pada dosis 1000 ppm menyebabkan muatan bergantung pH yang terbentuk akibat penambahan kapur maksimal dalam mengikat Ca2+ baik yang berasal dari lindi maupun kapur. Apabila dosis pemberian dari kedua jenis kapur tersebut terus ditingkatkan (di atas 1500 ppm) sementara volume lindi tetap, Ca2+pada sentrat mulai mengalami peningkatan. Diduga pada dosis >
1500 ppm, jumlah muatan bergantung pH yang terbentuk akibat penambahan kapur kurang dari jumlah Ca2+yang ada pada larutan menyebabkan ada Ca2+ yang tidak diikat dan tetap berada dalam bentuk terlarut.
Kelebihan Ca2+tersebut menjadi salah satu bahan padatan terlarut yang sulit terendapkan baik melalui proses sentrifugasi maupun pengocokan. Kelebihan Ca2+ tersebut dapat mempengaruhi nilai TDS pada sentrat.
Gambar 53. Pola perubahan kadar Ca2+pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan sentrifugasi)
Gambar 54. Pola perubahan kadar Ca2+pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan pengocokan)
Kemiripan pola perubahan nilai TDS, kadar Ca2+ dan pH pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2(Gambar 51 - Gambar 56) berkaitan pada tiga hal, yakni:
1) Kedua jenis kapur tersebut memiliki perbedaan bobot molekul (BM) yang relatif sempit (BM CaO = 56 dan BM Ca(OH)2 = 74), 2) pada larutan, kedua jenis kapur tersebut akan bereaksi membentuk bahan yang sama yakni Ca2+ dan OH-sehingga pada konsentrasi yang sama hampir menyumbangkan Ca2+ dan OH- ke dalam larutan dalam jumlah yang hampir sama, dan 3) reaksi CaO atau Ca(OH)2 dalam air membentuk ion Ca2+dan OH-tidak mencapai kejenuhan hingga pada dosis 6000 ppm.
Gambar 55. Pola perubahan pH pada perlakuan pemberian kapur yang disentrifugasi
Gambar 56. Pola perubahan pH pada perlakuan pemberian kapur yang dikocok
Pada dosis 500 ppm hingga 4000 ppm, konsentrasi Ca2+yang terlarut yang terdapat pada sentrat dari perlakuan CaCO3 masih mengalami penurunan secara berangsur dan penurunan mencapai maksimum pada dosis pemberian yang relatif tinggi (4000 hingga 5000 ppm) (Gambar 53 dan Gambar 54). Fenomena tersebut terjadi disebabkan penambahan CaCO3 pada lindi menyebabkan terbentuk ion Ca2+, OH- dan HCO3
-menyebabkan pada dosis yang makin meningkat terjadi sedikit peningkatan pH. Reaksi peruraian CaCO3 dalam air menjadi ion-ion seperti yang digambarkan oleh Manahan (2005) sebagai berikut.
CaCO3 ---> Ca2+ + CO3
2-CO3
2-+ 2H2O ---> HCO3
-+ OH
-Jumlah OH-yang dihasilkan akibat pemberian CaCO3lebih rendah dibanding jumlah OH -yang dihasilkan akibat pemberian CaO atau Ca(OH)2. Disamping itu, CaCO3 bersifat garam. Diduga pemberian bahan ini ke dalam lindi pada dosis yang lebih tinggi akan tercapai kejenuhan hingga CaCO3yang diberikan akan langsung mengendap.
Pola perubahan nilai TDS, pH maupun kadar Ca2+ pada sentrat dari perlakuan pemberian dolomit menunjukkan pola yang berbeda dibanding perlakuan CaO maupun Ca(OH)2 dan sedikit menyerupai pola perubahan nilai TDS, pH dan kadar Ca2+ akibat pemberian CaCO3 (Gambar 51 hingga Gambar 56). Hal ini disebabkan pemberian dolomit ke dalam lindi akan memberikan reaksi yang berbeda dengan pemberian CaO maupun Ca(OH)2 karena dari hasil reaksi dolomit dengan air yang terdapat dalam lindi, selain akan menghasilkan CaCO3 juga menghasilkan MgCO3 seperti yang digambarkan oleh Hardjowigeno (2010) sebagai berikut.
CaMg(CO3)2 ---> Ca2+ + Mg2+ + 2CO3
2-CO3
2-yang dihasilkan dari reaksi tersebut akan bereaksi dengan air membentuk ion hidroksil (OH-) seperti yang digambarkan oleh Manahan (2005) sebagai berikut.
CO3
2-+ 2H2O ---> HCO3
-+ OH
-Pada suhu kamar (20oC), CaCO3 memiliki solubilitas (kelarutan) yang rendah (0,0006170), sedangkan MgCO3memiliki solubilitas yang lebih tinggi (0,039) dibanding CaCO3 (Wikipedia, 2007). Oleh karena itu, MgCO3 lebih sulit untuk diendapkan dibanding CaCO3. Apabila dosis dolomit ditingkatkan, maka kadar MgCO3yang masuk
dalam larutan mengalami peningkatan. Hal ini akan menambah bahan padatan terlarut pada sentrat karena MgCO3 yang dihasilkan dari perlakuan dolomit akan membentuk ion-ion Mg2+ dan CO3
2-yang secara otomatis berpengaruh terhadap besaran nilai TDS dan pH karena Mg2+ termasuk bahan padatan terlarut, sedangkan CO3
2-akan bereaksi dengan air membentuk HCO3
-dan OH- yang menyebabkan larutan sedikit mengalami peningkatan pH. Keberadaan Mg2+dalam larutan tersebut dapat menyebabkan pada dosis yang sama, perlakuan dolomit memiliki nilai TDS dan pH sedikit lebih tinggi dibanding CaCO3.
Pada dosis kurang dari 2000 ppm, kadar Ca2+ yang terdapat pada sentrat sebagai akibat penambahan CaCO3 maupun dolomit ke dalam lindi relatif lebih tinggi dibanding kadar Ca2+yang berasal dari perlakuan CaO maupun Ca(OH)2(Gambar 53 dan Gambar 54). Hal ini, akibat jumlah OH- yang dihasilkan dari perlakuan CaCO3 dan dolomit lebih rendah dibanding jumlah OH- yang dihasilkan dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2. Dampak selanjutnya, kemampuan mendisosiasi H+pada koloid menjadi rendah mengakibatkan jumlah muatan negatif yang terbentuk pada koloid yang dihasilkan dari perlakuan CaCO3 dan dolomit juga menjadi lebih rendah dibanding perlakuan CaO dan Ca(OH)2. Padahal, muatan negatif yang terbentuk mampu mengikat Ca2+ baik yang berasal dari lindi maupun yang berasal dari pemberian kapur. Secara rinci, pH dari keempat jenis kapur pada 11 dosis yang berbeda yang diperoleh dari hasil penelitian ini disajikan pada Tabel 33.
Tabel 33. pH pada sentrat dari perlakuan kapur
Dosis (ppm) CaO Ca(OH)2 CaCO3 Dolomit
500 9,33 a 9,18 a 8,3 a 8,7 a
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada kolom, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
4.3.2 Pengaruh Jenis dan Dosis Kapur terhadap Kadar Beberapa Logam Mikro