ERAPAN FRAKSI KLEI+KLEINANO TUF VOLKAN
GUNUNG SALAK TERHADAP FOSFAT DAN NITRAT
DALAM AIR LIMBAH INDUSTRI
ROFI TS’ANI ADITAMA
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Erapan Fraksi Klei+kleinano Tuf Volkan Gunung Salak terhadap Fosfat dan Nitrat dalam Air Limbah Industri adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2014 Rofi Ts’ani Aditama
ABSTRAK
ROFI TS’ANI ADITAMA. Erapan Fraksi Klei+kleinano Tuf Volkan Gunung Salak terhadap Fosfat dan Nitrat dalam Air Limbah Industri. Dibimbing oleh UNTUNG SUDADI dan HERMANU WIJAYA.
Pada penelitian sebelumnya, dari tuf volkan G. Salak dapat diekstraksi fraksi klei (k, berdiameter <2 µm) dan kleinano (kn, berdiameter <200 nm) bermuatan dominan positif sehingga dapat dimanfaatkan sebagai flokulan anionik. Erapan fraksi kn terhadap fosfat (PO43-) dan nitrat (NO3-) dilaporkan lebih tinggi daripada fraksi k namun pemisahannya membutuhkan waktu lama. Penelitian ini bertujuan menguji erapan gabungan fraksi klei+kleinano (kkn) tuf volkan G. Salak terhadap fosfat dan nitrat dalam air limbah industri. Dari profil tuf volkan G. inorganik. Penurunan P limbah dari 23,63 ke 1,00 mg P/L agar sesuai baku mutu perairan kelas III PP No. 82/2001 membutuhkan 2,776 g kkn3/L atau 2,09 g kkn4/ L. Hal yang sama untuk nitrat tidak dapat ditetapkan karena kadar nitrat limbah (30,85 mg NO3-/L) sudah lebih rendah dari baku mutunya (88,57 mg NO3-/L).
Kata kunci: air limbah industri, erapan, fosfat, fraksi klei+kleinano, nitrat
ABSTRACT
ROFI TS’ANI ADITAMA. Sorption of clay+nanoclay fraction of Mount Salak volcanic tuff on phosphate and nitrate in industrial waste water. Supervised by UNTUNG SUDADI and HERMANU WIJAYA.
In the previous researches, it could be extracted from volcanic tuff of M. Salak clay (c, diameter <2 µm) and nanoclay (nc, diameter <200 nm) fractions with the dominant positive charge so that it could be used as an anionic flocculent. Sorption of phosphate (PO43-) and nitrate (NO3-) on cn was reported to be higher 1.00 mg P/L as to comply with the quality standard of water class III according to the GOI Regulation No. 82/2001 required 2.776 g cnc3/L or 2.09 g cnc4/L. The same thing for nitrate could not be determined because ww-NO3- (30.85 mg/L) was already lower than its quality standard (88.57 mg NO3-/L).
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian
pada
Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan
ERAPAN FRAKSI KLEI+KLEINANO TUF VOLKAN
GUNUNG SALAK TERHADAP FOSFAT DAN NITRAT
DALAM AIR LIMBAH INDUSTRI
ROFI TS’ANI ADITAMA
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Erapan Fraksi Klei+kleinano Tuf Volkan Gunung Salak terhadap Fosfat dan Nitrat dalam Air Limbah Industri Nama : Rofi Ts’ani Aditama
NIM : A14090074
Disetujui oleh
Dr Ir Untung Sudadi, MSc Ir Hermanu Wijaya, MAgrSc Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Baba Barus, MSc Ketua Departemen
PRAKATA
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT penulis panjatkan, karena atas rahmat dan ridho-Nya lah skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi berjudul “Erapan Fraksi Klei+kleinano Tuf Volkan Gunung Salak terhadap Fosfat dan Nitrat dalam Air Limbah Industri” ini dilaksanakan pada Oktober 2012 sampai November 2013 di Laboraturium Kimia dan Kesuburan Tanah, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr Ir Untung Sudadi, MSc sebagai Dosen Pembimbing Akademik dan Pembimbing Skripsi I atas teladan, bimbingan, kritik, dorongan, saran, ide, kesabaran dan ilmu yang diajarkan kepada penulis selama menempuh pendidikan.
2. Ir Hermanu Wijaya, MAgrSc sebagai Dosen Pembimbing Skripsi II atas bimbingan, kritik, saran, dorongan, kesabaran dan ilmu yang diajarkan kepada penulis selama menempuh pendidikan.
3. Dr Ir Yayat Hidayat, MSi sebagai Dosen Penguji Skripsi atas saran dan nasihat untuk penyempurnaan skripsi ini dan perjalanan hidup saya mendatang.
4. Keluarga atas kesabaran, motivasi, pengorbanan serta kasih sayangnya kepada penulis.
5. Rekan-rekan seperjuangan MSL 46 untuk kebersamaan, dukungan dan motivasinya.
6. Tenaga Kependidikan Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan IPB yang senantiasa membantu penulis selama penelitian.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menempuh pendidikan serta menyelesaikan penelitian dan skripsi.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xi
PENDAHULUAN 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Tuf Volkan 2
Alofan dan Imogolit 3
Pemanfaatan Material Nano 5
Pencemaran Air oleh Limbah Industri 6
Fosfat sebagai Pencemar Perairan 6
Nitrat Sebagai Pencemar Perairan 7
Baku Mutu Air Limbah 7
METODE 8
Tempar dan Waktu 8
Bahan dan Alat 8
Ekstraksi Fraksi Klei+kleinano 9
Preparasi Sampel Tuf Volkan 10
Ekstraksi dan Pemisahan Fraksi Klei+kleinano 10
Pemisahan dan Penetapan Komposisi Fraksi Klei dan Fraksi Kleinano 11
Dialisis, Pelarutan dan Penetapan Kadar Fraksi 11
Uji Erapan Fosfat dan Nitrat 12
Analisis Data Erapan Fosfat dan Nitrat oleh Fraksi Klei+kleinano 12
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Sifat Kimia Tuf Volkan dan Air Limbah 13
Hasil Ekstraksi Fraksi Klei+kleinano 13
Erapan Fosfat dan Nitrat oleh Fraksi Klei+kleinano 14
Penurunan Kadar P untuk mencapai Baku Mutu 16
Simpulan 17
Saran 18
DAFTAR PUSTAKA 18
LAMPIRAN 20
DAFTAR TABEL
1. Baku mutu air untuk nitrat dan fosfat berdasarkan kelas perairan
menurut PP No. 82/2001 8
2. Hasil analisis sifat kimia tanah dan tuf volkan Gunung Salak 13 3. Hasil ekstraksi fraksi Klei+kleinano (kkn), Klei (k) dan Kleinano (kn) 14 4. Erapan maksimum dan energi ikatan fosfat dan nitrat pada fraksi
klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak 14
DAFTAR GAMBAR
1. Morfologi dan struktur kimia Alofan 4
2. Tahapan ekstraksi fraksi klei+kleinano, fraksi klei dan fraksi kleinano 9
3. Preparasi sampel tuf volkan 10
4. Ekstraksi fraksi klei+kleinano 10
5. Tahapan sentrifusi fraksi klei+kleinano 11
6. Tahapan pemisahan fraksi klei dan fraksi kleinano 11 7. Proses membrane dialysis dan pelarutan fraksi klei+kleinano 12 8. Erapan fosfat dari air limbah industri tahu (a) dan fosfat inorganik (b)
pada fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak lapisan 3 dan 4 15 9. Erapan nitrat dari air limbah industri tahu (a) dan nitrat inorganik (b)
pada fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak lapisan 3 dan 4 15 10.Penurunan kadar P pada air limbah industri tahu dengan penambahan
bobot fraksi kkn3 dan kkn4 17
11.Fraksi kkn3 dan kkn4 yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi P
hingga mencapai baku mutu 1,00 mg P/L 17
DAFTAR LAMPIRAN
1. Air limbah industri tahu dan tempe 21
2. Baku mutu air limbah berdasarkan kelas perairan menurut PP No. 82/2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian
Pencemaraan Air 22
3. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 15 Tahun 2008 Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha dan/Atau Kegiatan
Pengolahan Kedelai 23
5. Profil Andisol Gunung Salak, Bogor 24 6. Erapan fosfat air limbah industi tahu pada fraksi klei+kleinano lapisan 3
dari tuf volkan Gunung Salak 25
7. Erapan fosfat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 dari tuf
volkan Gunung Salak 25
8. Erapan fosfat air limbah industi tahu pada fraksi klei+kleinano lapisan 4
dari tuf volkan Gunung Salak 26
9. Erapan fosfat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 4 dari tuf
volkan Gunung Salak 26
10.Erapan nitrat air limbah industi tempe pada fraksi klei+kleinano lapisan
3 dari tuf volkan Gunung Salak 27
11.Erapan nitrat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 dari tuf
volkan Gunung Salak 27
12.Erapan nitrat air limbah industi tempe pada fraksi klei+kleinano lapisan
4 dari tuf volkan Gunung Salak 28
13.Erapan nitrat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 4 dari tuf
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pembuangan limbah, baik limbah padat, limbah cair maupun air limbah, tanpa proses pengolahan dapat menimbulkan masalah lingkungan. Kegiatan industri tahu dan tempe menghasilkan air limbah dari proses pencucian, perendaman dan perebusan kedelai yang mengandung fosfat dan nitrat. Kehadiran fosfat dan nitrat dengan kadar yang melebihi baku mutu di perairan dapat menimbulkan pencemaran dan eutrofikasi sehingga menurunkan kualitas dan produktivitas ekosistem perairan.
Indonesia kaya akan tanah berbahan induk tuf volkan yang banyak mengandung mineral klei Alofan dan Imogolit (Tan 1964) yang kini terbukti bersifat kristalin dan berukuran partikel pada skala nanometer. Material nano didefinisikan berdasarkan ukuran partikelnya yaitu berdiameter kurang dari 100 nm. Partikel nano Alofan berbentuk bola (nanoball allophane) dengan diameter 5 nm, sedangkan partikel nano Imogolit berbentuk tabung (nanotube imogolite) dengan diameter 3 nm. Ukuran partikel yang sangat kecil menyebabkan luas permukaan spesifik eksternal dan internal yang sangat besar, yaitu mencapai 1100-1200 m2/g (Tan 1992), sehingga sangat reaktif. Sebagai pembanding, luas permukaan spesifik mineral klei monmorilonit hanya 600-800 m2/g (Anwar dan Sudadi 2004).
Alofan dan Imogolit memiliki sifat muatan bergantung-pH, yaitu pada kondisi masam terbentuk muatan dominan positif dan sebaliknya pada kondisi basa (Abidin 2003 dalam Sugiarti et al. 2010). Bahan induk tanah-tanah Andisol di Pulau Jawa dari arah Timur ke Barat berubah dari tipe basa ke masam (Tan 1964; van Ranst et al. 2004), sehingga semakin ke Barat Jawa dimungkinkan dijumpai Alofan dan Imogolit yang bermuatan dominan positif.
Pemanfaatan material kleinano alami sebagai flokulan atau penjerap pencemar perairan seperti fosfat dalam proses penjernihan air limbah dilaporkan lebih efektif, murah dan ramah lingkungan daripada flokulan sintetik (Yuan dan Wu 2007). Dari material alami bahan induk tanah Andisol Sukajadi Bogor, yaitu tuf volkan Gunung Salak, dapat diekstraksi fraksi klei (diameter <2 µm) dan kleinano (diameter <200 nm) yang bermuatan dominan positif dengan cara sederhana menurut prosedur Henmi dan Wada (1976), yaitu didispersikan dan diseparasikan pada kondisi pH 4.0 (Purba 2010). Kedua fraksi tersebut secara terpisah pada skala laboratorium terbukti dapat mengerap fosfat inorganik (Purba 2010, Mayasari 2011) maupun fosfat organik (Marlina 2012) dan nitrat organik (Maraz 2012) dalam air limbah industri tahu dan tempe.
Tujuan Penelitian
1. Mengekstraksi fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak, Bogor, Jawa Barat.
2. Mengevaluasi dan membandingkan erapan fosfat dalam air limbah industri tahu dan nitrat dalam air limbah industri tempe dengan fosfat dan nitrat inorganik pada fraksi klei+kleinano terekstrak.
3. Menghitung bobot fraksi klei+kleinano yang dibutuhkan untuk menurunkan kadar fosfat air limbah hingga mencapai baku mutu kualitas perairan kelas III menurut PP No. 82 tahun 2001.
Manfaat Penelitian
Fraksi klei+kleinano yang diekstraksi dari tuf volkan Gunung Salak, Bogor, Jawa Barat diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai flokulan anionik alami yang efektif, murah dan ramah lingkungan pada proses pengolahan air limbah industri.
TINJAUAN PUSTAKA
Tuf Volkan
Gunungapi yang sedang meletus melontarkan bahan hamburan dari dalam ke permukaan bumi. Dengan demikian endapan yang dihasilkan selalu bertekstur klastika. Apabila bahan hamburan itu dihasilkan oleh letusan non-magmatik maka endapannya disebut endapan hidroklastika. Bahan hamburan yang langsung berasal dari magma (primary magnetic materials) disebut piroklas (Fisher dan Schmincke 1984). Onggokan piroklas disebut endapan piroklastika (pyroclastic deposits) dan setelah mengalami litifikasi menjadi batuan piroklastika (pyroclastic rocks). Istilah pyroclast berasal dari kata pyro (bahasa Yunani) yang berarti api dan clast yang berarti bahan hamburan, butiran, fragmen, kepingan atau pecahan. Oleh sebab itu, piroklas adalah fragmen pijar atau butiran yang mengeluarkan api (berpendar/membara) pada saat dilontarkan dari dalam ke permukaan bumi melalui kawah gunungapi. Terbentuknya api tersebut dikarenakan magma yang mempunyai temperatur tinggi (900-1200 oC) tiba-tiba dilontarkan ke permukaan bumi dengan temperatur rata-rata kurang dari 35 oC.
Berdasarkan ukuran butirnya, piroklastika dan hidroklastika dibagi menjadi abu volkanik yang berukuran ≤2 mm, lapili yang memiliki diameter 2–64 mm dan bom volkanik atau blok volkanik yang berdiameter ≥64 mm. Abu volkanik apabila sudah membatu menjadi tuf (Bronto 2001).
Penyebaran bahan abu volkan ditentukan oleh ukuran butirnya. Tuf volkan hasil erupsi dari berbagai gunungapi menunjukkan sifat yang beragam. Di Indonesia, abu volkan ditemukan berupa riolitik, dasitik, andesitik, basaltik dan ultra-basaltik. Di Jawa Barat, Gunung Salak menghasilkan lahar basalto-andesitik.
al. (2004) menunjukkan bahwa bahan induk tanah-tanah yang berkembang dari abu volkan di Jawa Timur bersifat basa (calc-alkaline basaltic ash), sedangkan ke arah Barat bersifat lebih masam, yaitu tipe basalt-andesitic ash (Jawa Tengah) dan andesitic-tuffaceous ash (Jawa Barat). Hal ini menunjukkan bahwa ke arah Barat pulau Jawa kondisi alamnya lebih mendukung pembentukan dan perkembangan mineral-mineral aluminosilikat hasil dari proses pelapukan bahan induk abu volkan yang bersifat lebih masam. Di antara mineral klei yang terbentuk tersebut adalah Alofan dan Imogolit (Abidin 2003 dalam Sugiarti et al. 2010).
Alofan dan Imogolit
Alofan dan imogolit adalah mineral aluminosilikat yang banyak ditemukan di tanah-tanah volkan sebagai hasil pelapukan dari bahan induk abu volkan. Kedua mineral ini sudah ditemukan pada tahun 1960-an. Namun, penelitian mendalam mengenai keduanya masih jarang dilakukan. Hal ini dikarenakan beberapa faktor, seperti struktur kimianya yang masih sulit dianalisis menggunakan difraksi sinar-X (XRD) dan metode sintesisnya yang hanya bisa dilakukan pada konsentrasi rendah.
Analisis XRD pada sampel alofan dan imogolit akan memberikan suatu difraktogram yang hampir tanpa atau tidak ada puncak. Sementara itu, para ahli mineralogi liat dan kristalografi menyatakan bahwa mineral liat seharusnya memiliki suatu keteraturan dalam struktur kristalnya dan oleh karena itu disebut bersifat kristalin sehingga dapat dideteksi menggunakan XRD yang ditandai oleh adanya puncak-puncak pada difraktogramnya. Oleh karena itu, alofan dan imogolit sebelum ini selalu didefinisikan oleh para ahli mineralogi liat dan kristalografi sebagai mineral yang tidak memiliki keteraturan atom dalam penyusunan struktur kristalnya atau dikenal sebagai mineral amorf. Namun, dengan alat bantu mikroskop elektron, kini telah dipastikan bahwa alofan dan imogolit adalah mineral dengan struktur kristal yang mantap sehingga bersifat kristalin. Kristal alofan berbentuk bola berukuran 5 nm dan kristal imogolit berbentuk tabung berukuran 3 nm. Selanjutnya, kedua mineral ini diberi nama baru sebagai nano-ball allophane dan nano-tube imogolite.
Penelitian tentang nano-ball allophane dan nano-tube imogolite lambat sekali dibandingkan dengan material nano lainnya seperti carbon nano-ball dan
carbon nano-tube. Kedua material terakhir ini baru ditemukan di era tahun 1985-1991. Namun, Robert Curl, Harold Kroto dan Richard Smalley sudah mendapatkan hadiah Nobel pada tahun 1996 di bidang kimia atas penemuan struktur carbon nano-ball (Henmi dan Wada 1976).
alofan mempunyai muatan bergantung-pH yang besar dan bersifat amfoter. Alofan memiliki kapasitas tukar kation (KTK) sekitar 10-40 cmol.kg-1 pada pH 7.0, kapasitas tukar anion (KTA) 5-30 cmol.kg-1 pada pH 4.0, struktur acak dan terbuka serta dapat mengikat fosfat (Tan 1992; van Ranst 1995; Wada 1989). Akibat kuatnya fiksasi fosfat oleh mineral ini, maka ketersediaan fosfat yang mudah larut pada Andisol akan berkurang.
Saat ini morfologi dan struktur kimia alofan yang ditemukan dalam tanah yang berkembang dari abu volkanik atau batu apung telah ditemukan (Henmi dan Wada 1976; Shimizu et al. 1988). Pada Gambar 1 disajikan morfologi dan struktur kimia alofan.
Gambar 1 Morfologi dan struktur kimia Alofan
Abidin (2003 dalam Sugiarti et al. 2010) membuktikan bahwa alofan adalah suatu mineral klei yang memiliki struktur kimia dan bukan mineral amorf dengan didapatkannya suatu keteraturan polyhedral untuk membuat struktur kimia yang bulat. Dengan ditemukannya keteraturan tersebut, struktur alofan dapat disusun menjadi berbagai macam diameter sebagai isomorfiknya.
Wada (1977) melaporkan bahwa alofan adalah nama kelompok untuk
hydrous alluminosilicate dengan komposisi yang ditandai oleh rasio molar Si/Al 1:2 atau 1:1, serta mempunyai struktur mineral yang acak dan terbuka/berpori. Antara lembar tetrahedral dan oktahedral terdapat banyak daerah kosong sehingga molekul air dapat dengan mudah keluar masuk dan anion seperti fosfat dan nitrat dapat terjerap. Alofan mempunyai luas permukaan spesifik yang mencapai 1100 m2.g-1. Luas permukaan yang besar ini mengakibatkan sistem koloid tanah menjadi sangat reaktif sehingga pertukaran kation, anion, erapan air dan fiksasi menjadi lebih tinggi (Tan 1992).
Andisol di Selandia Baru dan Jepang serta tanah Podzol di Skotlandia (Parfitt dan Henmi 1980).
Imogolit adalah aluminosilikat yang bersifat parakristalin dengan komposisi SiAl2O5.2.5H2O. Rasio Si:Al pada imogolit bervariasi, yaitu dari 1.05:1 sampai 1.15:1. Alofan memiliki komposisi Al2Si2O5.nH2O. Rasio Si:Al alofan bervariasi dari 1:1 sampai 2:1 (Wada 1989). Untuk alofan dengan rasio 1:1 disebut alofan kaya Si, sedangkan alofan dengan rasio 2:1 disebut alofan kaya Al. Dari kedua jenis tersebut, alofan kaya Al paling umum ditemukan pada Andisol, sedangkan untuk alofan kaya Si jarang ditemukan (Tan 2000).
Disamping memiliki bentuk yang sangat unik, yaitu seperti bola, alofan merupakan mineral klei yang sempurna sebagai satu unit partikel. Dengan demikian telah dibuktikan bahwa alofan merupakan sebuah unit partikel dengan posisi atom-atom penyusun yang telah diketahui dengan jelas. Oleh karena itu dilakukan pendefinisian baru pada namaya sebagai mineral klei yaitu dari
allophane menjadi nano-ball allophane. Penemuan ini adalah yang pertama kali di dunia dan struktur kimia nano-ball allophane ini masih terus divalidasi.
Berdasarkan hasil kajian eksperimental, nano-ball allophane memiliki sifat permukaan yang khas yaitu muatan yang bervariasi (variable charge) berdasarkan nilai pH kondisinya. Hal ini dikarenakan pada struktur allophane
terdapat gugus silanol dan gugus aluminol (Elsheik et al. 2008). Pada pH tinggi (6-10) nano-ball allophane memiliki muatan negatif yang berasal dari deprotonisasi gugus silanol sehingga kation dan logam berat mudah terikat, sedangkan pada pH rendah (4-6) memiliki muatan positif dari protonasi pada gugus aluminol sehingga anion dan ligan mudah terikat. Abidin et al. (2008) menunjukkan sifat permukaan nano-ball allophane dengan simulasi perhitungan kimia yang menunjukkan adanya perpindahan atom H pada struktur kimianya. Simulasi pada pH netral menunjukkan atom H yang terikat pada gugus silanol dan gugus aluminol dari nano-ball allophane mudah mengalami perpindahan antar kedua gugus tersebut. Ketika kondisi kesetimbangan ini diganggu dengan mengubah nilai pH sistem, maka atom H yang terikat pada gugus silanol atau gugus aluminol menjadi tidak stabil dan mudah terdeprotonasi atau terprotonisasi.
Pemanfaatan Material Nano
Ketersediaan klei yang melimpah di dalam tanah dan sedimen telah lama dimanfaatkan sebagai flokulan dan adsorbent partikel tersuspensi dan senyawa beracun dalam air. Penggunaan klei dan mineral klei (secara alami atau setelah kimia permukaannya dimodifikasi) untuk pengolahan air telah banyak diselidiki selama tiga dekade terakhir. Contoh aplikasinya adalah remediasi pencemaran air oleh minyak, konstruksi lapisan tanah-klei (clay-liners), pencegahan pelindihan
leachates organik dari situs pembuangan sampah, inaktivasi logam berat serta pemulihan limbah kaya nitrogen.
Mineral klei memiliki partikel primer dengan setidaknya satu dimensinya berskala nanometer, sehingga dianggap sebagai nano material geologis atau pedologis. Lapisan dasar smektit memiliki dimensi ratusan nanometer panjang dan lebarnya dan ketebalan sekitar 1 nm. Unit partikel dari alofan terdiri atas
permukaan spesifik (eksternal dan internal) mencapai 1100 m2/g, mineral klei
allophane dapat dimanfaatkan untuk memflokulasi fosfat dari larutan serta meremediasi perairan eutrofik. Allophane tidak terdispersi dalam air, sehingga dapat dipulihkan setelah digunakan (Yuan dan Wu 2007).
Penerapan allophane pada penanganan air yang tercemar ion fluorida telah dilakukan oleh Kaufhold et al. (2009). Hasil eksperimen tersebut menunjukkan bahwa allophane memilki prospek lebih baik untuk diterapkan sebagai penjerap ion fluoride bila dibandingkan dengan zeolit alam (clinoptilolite), goethite, ataupun Viscogel(R). Bila dibandingkan dengan material komersial penjerap fluorida seperti Fluorolith, daya serap allophane sedikit lebih rendah. Namun demikian, kemudahan mendapatkan allophane dari lingkungan alami tanah memungkinkan allophane memiliki nilai lebih dibandingkan Fluorolith.
Pencemaran Air oleh Limbah Industri
Saat ini, salah satu masalah pencemaran lingkungan yang penting adalah yang bersumber dari pembuangan air limbah industri. Air limbah yang tidak dikelola dengan baik akan menimbulkan dampak negatif terhadap sumber daya alam, khususnya sumber daya air, yang akan menyebabkan terjadinya perubahan keseimbangan lingkungan. Air limbah merupakan air buangan dari proses produksi suatu industri maupun kegiatan domestik. Menurut Effendi (2003), pencemaran air disebabkan oleh masuknya bahan pencemar (polutan) yang dapat berupa gas, bahan-bahan terlarut dan partikulat. Salah satu sumber pencemar (polutan) tersebut berasal dari air limbah industri.
Air limbah industri tahu merupakan jenis limbah yang berpotensi lebih besar mencemari lingkungan dibandingkan dengan limbah padat. Sebagian besar air limbah industri tahu yang dihasilkan bersumber dari cairan kental yang terpisah dari gumpalan tahu saat proses penggumpalan dan penyaringan yang disebut whey. Selain itu, sumber air limbah industri tahu berasal dari proses sortasi dan pembersihan, pengupasan kulit, pencucian dan penyaringan kedelai. Hal ini menyebabkan jumlah air limbah yang dihasilkan oleh industri ini cukup besar. Demikian halnya dengan air limbah industri tempe yang juga berbahan baku kedelai.
Fosfat sebagai Pencemar Perairan
Menurut Effendi 2003, di perairan fosfor tidak ditemukan dalam bentuk bebas sebagai elemen, melainkan dalam bentuk senyawa anorganik yang terlarut (ortofosfat dan polifosfat) dan senyawa organik yang berupa partikutat. Fosfor membentuk kompleks dengan ion besi dan kalsium pada kondisi aerob, bersifat tidak larut dan mengendap pada sedimen sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh algae akuatik. Sebaliknya pada kondisi anaerob.
Fosfat total menggambarkan jumlah total fosfor, baik berupa partikulat maupun terlarut, anorganik maupun organik. Di perairan, bentuk fosfor berubah-ubah, akibat proses dekomposisi, kondisi aerob-anaerob dan sintesis antara bentuk organik dan bentuk anorganik yang dilakukan oleh mikrob.
Nitrat Sebagai Pencemar Perairan
Menurut Effendi (2003), Nitrogen dan senyawanya tersebar luas dalam biosfer. Meskipun ditemukan dalam jumlah yang melimpah di lapisan atmosfer, akan tetapi nitrogen tidak dapat dimanfaatkan oleh mahluk hidup secara langsung. Nitrogen harus mengalami fiksasi terlebih dahulu menjadi NH3, NH4+ dan NO3-. Meskipun demikian, bakteri Azotobacter dan Clostridium serta beberapa jenis algae hijau-biru, misalnya Anabaena dapat memanfaatkan gas N2 secara langsung dari udara sebagai sumber nitrogen.
Meskipun beberapa organisme akuatik dapat memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas, akan tetapi sumber utama N di perairan tidak terdapat dalam bentuk gas. Di perairan, nitrogen dijumpai dalam bentuk inorganik dan organik. Nitrogen inorganik terdiri atas amonia (NH3), amonium (NH4+) serta nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) dan molekul nitrogen (N2) dalam bentuk gas. Nitrogen organik dijumpai sebagai protein, asam amino dan urea. Bentuk-bentuk nitrogen tersebut meng- alami transformasi sebagai bagian dari siklus nitrogen. Nitrat (NO3-) adalah bentuk utama nitrogen di perairan alami dan merupakan nutrien utama bagi pertumbuhan tanaman dan algae. Nitrat-N sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil. Senyawa ini dihasilkan dalam proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di perairan.
Keberadaan nitrat yang berlebihan menyebabkan kualitas air menurun karena menurunkan oksigen terlarut dan populasi ikan, menyebabkan bau busuk dan rasa tidak enak. Toksisitas nitrat adalah ancaman bagi kesehatan manusia terutama untuk bayi karena dapat menyebabkan kondisi yang dikenal sebagai
mathemo-globinemia, yang juga disebut “sindrom bayi biru”. Air tanah yang
digunakan untuk membuat susu bayi yang mengandung nitrat memungkinkan nitrat masuk ke dalam tubuh bayi dan dikonversikan ke dalam usus menjadi nitrit, yang kemudian berikatan dengan hemoglobin dan membentuk methemoglobin, sehingga mengurangi daya angkut oksigen oleh darah (Tresna 1991).
Baku Mutu Air Limbah
Baku mutu air limbah untuk fosfat dan nitrat berdasarkan kelas perairan menurut PP No. 82/2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Baku mutu air untuk nitrat dan fosfat berdasarkan kelas perairan menurut PP No. 82/2001
Parameter satuan
Baku mutu air berdasarkan kelas perairan
I II III IV
NO3 sebagai N mg/L 10 10 20 20
Fosfat sebagai P mg/L 0.2 0.2 1 5
Keterangan: Kelas I adalah air yang peruntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum; Kelas II adalah air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan dan untuk mengairi pertanaman; Kelas III adalah air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan dan untuk mengairi pertanaman; Kelas IV adalah air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman.
METODE
Tempar dan Waktu
Pengambilan sampel tuf volkan dilakukan pada profil Andisol di Desa Sukajadi, Bogor, Jawa Barat pada Oktober 2012. Lokasi sampling berada pada elevasi 670 m dpl dengan koordinat geografis 6 ’ ” S dan 106 4 ’5 , ” BT. Sampel diambil pada kedalaman 0 – 134+ cm yang terdiri atas 4 lapisan. Sampel air limbah diambil dari industri tahu di Pasir Kuda, Kecamatan Ciomas dan industri tempe di Kebon Pedes, Kecamatan Tanah Sareal, Bogor. Percobaan dilakukan pada Febuari – November 2013 di Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, IPB.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan meliputi sampel tuf volkan, H2O2 dan Na-pyro-phosphate, aquadest, KCl dan NaF, K2Cr2O7, indikator Ferroin dan FeSO4, Amonium Oksalat, HCl teknis, pH-paper NaCl teknis, KH2PO4 dan KNO3, air limbah industri tahu dan tempe, (NH4)6Mo7O24.4H2O, K(SbO)C4H4O6.0.5H2O, asam askorbat (vitamin C), H2SO4, devarda powder, NaOH, indikator Conway, asam borat dan kertas saring. Alat yang digunakan meliputi mortar, ayakan, neraca analitik, silinder 1-L, ultrasonic, selang plastik, peralatan gelas, botol polietilen, sentrifus dan membran dialisis, shaker, magnetic stirrer, UV-Vis
Metode Penelitian
Ekstraksi Fraksi Klei+kleinano
Ekstraksi fraksi klei+kleinano, fraksi klei dan fraksi kleinano dari tuf volkan Gunung Salak dilakukan menurut prosedur Henmi dan Wada (1976) (Gambar 2):
Gambar 2 Tahapan ekstraksi fraksi klei+kleinano, fraksi klei dan fraksi kleinano
Preparasi Sampel Tuf Volkan
Tahapan preparasi sampel tuf volkan disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3 Preparasi sampel tuf volkan
Sampel tuf volkan (tv) dikeringudarakan dan agregat dipecahkan (Gambar 3[a]), kemudian diayak (<2 mm) dan ditetapkan kadar airnya (Gambar 3 [b]).
Ekstraksi dan Pemisahan Fraksi Klei+kleinano
Sebanyak 10 g sampel tv dimasukkan ke dalam silinder 1-L dan dilarutkan dengan aquadest hingga tanda tera, kemudian dikondisikan pH-nya ke pH-4 dengan penambahan 2 tetes HCl 33% yang diencerkan 50x dan diultrasonic
selama 15 menit (Gambar 4 [a]), kemudian disedimentasikan selama 20 jam (Gambar 4 [b]). Selanjutnya, 10 cm larutan teratas yang mengandung fraksi klei+kleinano diambil dengan menggunakan selang (Gambar 4 [c]). Tahapan ini dilakukan beberapa kali hingga diperoleh larutan terdispersi 10 cm teratas dalam jumlah yang cukup. Kemudian larutan diflokulasikan kembali menggunakan 1 N
NaCl dan larutan bening diatasnya dibuang (Gambar 4 [d]).
Gambar 4 Ekstraksi fraksi klei+kleinano
Hasil flokulasi dimasukkan ke tabung polietilen, diredispersikan pada pH-4, kemudian disamakan volumenya dengan penambahan aquadest (Gambar 5 [a]). Selanjutnya larutan disentrifusi pada kecepatan 3500 rpm selama 15 menit (Gambar 5 [b]). Hasil sentrifusi pertama berupa larutan bening dibuang karena mengandung kelebihan NaCl dari tahapan flokulasi. Hasil sentrifusi di bagian dasar tabung adalah fraksi klei (<2 µm)+kleinano (<200 nm) (Gambar 5 [c]). Sampai tahap ini, bahan untuk percobaan erapan P dan Nitrat berupa fraksi klei+kleinano telah diperoleh. Untuk mengetahui komposisi klei dan kleinano dalam fraksi klei+kleinano, maka dilanjutkan tahapan proses pemisahan dilanjutkan dengan prosedur yang diuraikan pada sub-bab berikuutnya.
[a] [b]
Gambar 5 Tahapan sentrifusi fraksi klei+kleinano
Pemisahan dan Penetapan Komposisi Fraksi Klei dan Fraksi Kleinano
Sebagian dari suspensi fraksi klei+kleinano yang ditampung di gelas piala (Gambar 2, Tahap 6) dipisahkan fraksi klei dan fraksi kleinanonya menurut tahap 6.1, 6.2 dan 9.1 pada Gambar 2.
Endapan fraksi klei+kleinano yang diperoleh pada tahapan 6 Gambar 2 dan Gambar 5 selanjutnya diredispersi pada pH 4,00 dan diresentrifusi untuk menghasilkan larutan keruh yang mengandung fraksi kleinano (kn, <200 nm) (Gambar 6 [a]) dan endapan yang mengandung fraksi klei (k, <2 µm) (Gambar 6 [b]). Tahapan ini dilakukan sebanyak 9 kali.
Gambar 6 Tahapan pemisahan fraksi klei dan fraksi kleinano
Dialisis, Pelarutan dan Penetapan Kadar Fraksi
Fraksi klei+kleinano, fraksi klei dan fraksi kleinano masing-masing ditampung ke gelas piala (Gambar 7 [a] untuk fraksi klei+kleinano), kemudian dimasukkan ke dalam membran dialisis untuk menghilangkan kelebihan NaCl dengan cara direndam aquadest dalam gelas piala sampai nilai DHL aquadest dalam gelas piala tersebut setara dengan nilai DHL aquadest murni (Gambar 7 [b] untuk fraksi klei+kleinano). Kemudian, fraksi klei+kleinano dikeluarkan dari membran dan dilarutkan atau disuspensikan dengan aquadest dalam labu takar 500 cc hingga tanda tera (Gambar 7 [c]) untuk selanjutnya ditetapkan kadarnya secara gravimetrik. Sejumlah 10 cc suspensi fraksi klei+kleinano dipipet ke dalam cawan dan dioven dengan suhu 5 C selama 24 jam atau sampai bobotnya konstan. Selanjutnya bobot fraksi klei+kleinano ditetapkan melalui penimbangan. Tahapan yang sama dilakukan terhadap fraksi klei dan fraksi kleinano.
[c]
[a] [b]
Gambar 7 Proses membrane dialysis dan pelarutan fraksi klei+kleinano
Uji Erapan Fosfat dan Nitrat
Uji erapan fosfat dan nitrat dilakukan menurut metode isotermal Langmuir. Ke dalam botol polietilen yang berisi 20 cc air limbah industri tahu atau tempe dan 5 cc 0.01 M CaCl2 sebagai background electrolyte ditambahkan deret fraksi
kkn sejumlah 5, 10, 15 dan 20 cc dan aquadest hingga bervolume total 50 cc. Pada uji erapan fosfat dan nitrat inorganik dari KH2PO4 dan KNO3, ke dalam botol polietilen yang berisi 5 cc fraksi kkn dan 5 cc 0.01 M CaCl2 ditambahkan deret larutan P atau nitrat sejumlah 0, 2.5, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 dan 640 mg/L P atau nitrat dan aquadest hingga bervolume total 50 cc. Waktu ekuilibrasi 3 x 24 jam. Setiap pagi dan sore suspensi dikocok selama 30 menit menggunakan mesin pengocok. Selanjutnya, suspensi disentrifusi dan aliquot dipisahkan untuk penetapan kadar P dan nitrat.
Kadar P kesetimbangan diukur secara kolorimetri menurut metode Murphy dan Riley (1962) menggunakan UV-Vis Spectrophotometer pada λ 66 nm. Pereaksi pewarna P sebanyak 100 ml dibuat dari 50 cc H2SO4, 15 cc (NH4)6Mo7O24.4H2O, 30 cc asam askorbat (vitamin C) dan 5 cc K(SbO) C4H4O6.0.5H2O. Selanjutnya dilakukan analisis data erapan P. Kadar nitrat kesetimbangan ditetapkan dengan metode Kjeldahl. Aliquot dipipet ke dalam labu didih, ditambahkan 100 cc aquadest, 1 g devarda, 5 cc NaOH, didestilasi dan destilat ditampung dalam 10 cc asam borat dan 5 tetes indikator conway untuk dititrasi menggunakan 0,1 N HCl. Selanjutnya dilakukan analisis data erapan nitrat.
Analisis Data Erapan Fosfat dan Nitrat oleh Fraksi Klei+kleinano
Erapan P dan nitrat adalah selisih antara yang ditambahkan dengan yang terukur dalam larutan kesetimbangan. Erapan maksimum dihitung menggunakan persamaan Langmuir C/x/m = 1/kb + 1/b C; C: P atau Nitrat kesetimbangan (mg/L), x/m: P atau nitrat terjerap per satuan berat fraksi kkn (mg/g), b: jerapan maksimum P atau nitrat (mg/g) dan k: konstanta energi ikatan (L/g). Plotting
C/x/m sebagai sumbu Y dan C sebagai sumbu X menghasilkan garis lurus dengan persamaan regresi Y = p + qX. Nilai q = 1/b, sehingga nilai b dapat ditentukan. Setelah nilai b diketahui, maka nilai k dapat dihitung dari 1/kb = p. Semakin rendah nilai k maka semakin mudah terjadi proses erapan P atau nitrat oleh
adsorbent (fraksi kkn).
[b]
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Kimia Tuf Volkan dan Air Limbah
Lokasi sampling tuf volkan G. Salak mempunyai formasi geologi Qvsb (quarter volcanic salak brecci; batuan gunungapi G. Salak), terdiri atas lahar, breksi tufaan, lapilli, bersusunan andesit basal, umumnya sangat lapuk. Bahan induk Andisol di Pulau Jawa dari arah timur ke barat berevolusi dari tipe basa ke masam (Tan 1964). Secara lebih spesifik, penelitian van Ranst et al. (2004) menunjukkan bahwa bahan induk tanah-tanah yang berkembang dari abu volkan di Jawa Timur bersifat basa (calc-alkaline basaltic ash), sedangkan ke arah barat bersifat lebih masam, yaitu tipe basalt-andesitic ash (Jawa Tengah) dan andesitic-tuffaceousash (Jawa Barat). Hal ini menunjukkan bahwa ke arah Jawa Barat lebih mendukung pembentukan dan perkembangan mineral-mineral aluminosilikat sebagai hasil pelapukan bahan induk abu volkan. Mineral klei yang terbentuk diantaranya adalah Alofan dan Imogolit (Abidin 2003 dalam Sugiarti et al. 2010) yang mempunyai sifat muatan bergantung pH. Hal ini menunjukkan bahwa tuf volkan G. Salak berpotensi mengandung lebih banyak fraksi klei dan kleinano dari Alofan dan Imogolit yang bermuatan positif. Hasil analisis sifat kimia menunjukkan keberadaaan Alofan pada bahan induk tuf volkan G. Salak lapisan 3 dan 4 yang dicirikan oleh nilai pH NaF >10 dengan kadar bahan organik yang rendah (Tabel 2).
Tabel 2 Hasil analisis sifat kimia tanah dan tuf volkan Gunung Salak
Lapisan Kedalaman (cm) pH sedangkan air limbah industri tempe berkadar nitrat 30,84 mg NO3-/L dengan pH 4-5. Kadar P air limbah telah melebihi baku mutu kualitas perairan kelas III menurut PP No. 82/2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air (1,00 mg P/L). Namun kadar nitrat masih memenuhi baku mutu (88,57 mg NO3-/L).
Hasil Ekstraksi Fraksi Klei+kleinano
kkn atau setara 8,3125 mg kkn4/g tv, terdiri atas 35,91% fraksi k dan 64,09% fraksi
Erapan Fosfat dan Nitrat oleh Fraksi Klei+kleinano
Tabel 4 menunjukkan erapan maksimum (nilai b) dan konstanta energi ikatan (nilai k) fosfat dan nitrat pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 (kkn3) dan 4 (kkn4).
Tabel 4 Erapan maksimum dan energi ikatan fosfat dan nitrat pada fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak
Erapan terhadap
Fosfat air limbah industri tahu kkn3 14,2653 1,9526
kkn4 6,7843 2,9718
Fosfat inorganik kkn3 208,3333 0,0134
kkn4 131,5789 0.0177
Nitrat air limbah industri tempe kkn3 26,5957 2,0659
kkn4 10,6837 2,3756
Nitrat inorganik kkn3 5000,0000 0.0370
kkn4 2000,0000 0.0467
Erapan maksimum (nilai b) fraksi kkn3 terhadap fosfat dan nitrat limbah maupun fosfat dan nitrat inorganik lebih tinggi daripada fraksi kkn4. Hal sebaliknya dengan energi ikatan (nilai k). Energi erapan cenderung menurun sedangkan interaksi antar ion yang telah dierap cenderung meningkat dengan meningkatnya penutupan tapak erapan. Pada fenomena tersebut terjadi dua perubahan yang menunjukkan kompensasi satu sama lain, sehingga diperoleh energi erapan yang bervariasi akibat perbedaan tapak atau mekanisme ikatan (Anwar dan Sudadi 2004). Dengan demikian, semakin rendah energi ikatan maka semakin tinggi erapan yang terjadi. Semakin tinggi erapan maksimum dari suatu partikel maka semakin prospektif untuk dimanfaatkan sebagai flokulan. Dalam hal ini, fraksi kkn3 lebih prospektif untuk dimanfaatkan sebagai flokulan fosfat dan nitrat daripada fraksi kkn4.
Berdasar-(a) (b)
kan hasil kajian eksperimental, nano-ball allophane memiliki sifat permukaan yang khas yaitu muatan yang bervariasi (variable charge) berdasarkan nilai pH kondisinya. Hal ini dikarenakan pada struktur allophane terdapat gugus silanol
dan aluminol (Elsheikh et al. 2008). Pada pH rendah (4-6), nano-ball allophane
memiliki muatan positif dari protonisasi pada gugus aluminol sehingga anion dan
ligand mudah terikat. Diameter fraksi klei+kleinano yang kecil menyebabkan kapasitas erapan P dan nitrat yang dimilikinya tinggi. Semakin banyak jumlah fraksi klei+kleinano yang diberikan, semakin turun kadar P dan nitrat dalam keseimbangan. Artinya, jumlah P dan nitrat yang tererap semakin besar. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa fraksi kkn dapat menurunkan kadar fosfat dan nitrat di air limbah industri secara signifikan (Gambar 8 (a) dan (b) serta Gambar 9 (a) dan (b)).
Gambar 8 Erapan fosfat dari air limbah industri tahu (a) dan fosfat
inorganik (b) pada fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak lapisan 3 dan 4
Gambar 9 Erapan nitrat dari air limbah industri tahu (a) dan nitrat
inorganik (b) pada fraksi klei+kleinano dari tuf volkan Gunung Salak lapisan 3 dan 4
Lampiran 6 sampai 13 menunjukkan bahwa dalam 5 cc suspensi terdapat 8,7813 mg dan 22,1375 mg BKM fraksi kkn3 dan kkn4 yang dapat mengerap P limbah sebesar 27.4897 mg P/g dan 12,198 mg P/g serta P inorganik sebesar 27.575 mg P/g dan 27,892 mg P/g. Erapan fosfat limbah dan inorganik oleh fraksi
kkn3 lebih tinggi daripada kkn4. Lampiran 5 sampai 8 menunjukkan bahwa dengan
0
NO3- dalam kesetimbangan (mg/L)
kkn3
NO3- dalam kesetimbangan (mg/L)
kkn3
bobot yang sama, fraksi kkn3 dan kkn4 dapat mengerap nitrat limbah sebesar 47.884mg NO3-/g dan 20.658 mg NO3-/g serta nitrat inorganik sebesar 214.477 mg NO3-/g dan 88.542 mg NO3-/g. Erapan nitrat limbah dan inorganik oleh fraksi
kkn3 lebih tinggi daripada kkn4.
Erapan fosfat atau nitrat limbah lebih rendah daripada erapan fosfat dan nitrat inorganik disebabkan pada air limbah tidak hanya terdapat fosfat atau nitrat, melainkan juga terdapat anion lain seperti sulfat (SO42-), fluorida (F-), arsen (AsO3-), sulfit (SO32-), karbonat (CO32-), klorida (Cl-) dan manganat (MnO4-). Hal ini menyebabkan terjadinya kompetisi erapan antar anion pada tapak erapan fraksi
kkn. Erapan nitrat yang lebih tinggi daripada fosfat disebabkan oleh adanya pengaruh dari valensi. Valensi fosfat (-3) lebih banyak daripada nitrat (-1) sehingga diperlukan energi ikatan yang lebih besar untuk mengerap fosfat daripada nitrat. Hal ini sesuai dengan nilai energi ikatan (k) fosfat yang lebih besar daripada nitrat (Tabel 3).
Erapan fosfat dan nitrat oleh fraksi kkn3 yang lebih tinggi daripada kkn4 mungkin disebabkan oleh proses pembentukan Alofan dan Imogolit yang belum sempurna pada kkn4 dan masih terdapat banyak mineral Al dan Fe amorf pada
kkn4. Tuf volkan kaya mineral klei amorf serta Alofan dan Imogolit yang ketiganya mengandung banyak Al dan Fe. Salah satu contoh mineral klei amorf yang menjadi ciri khas Andisol adalah Ferrihidrit. Mineral short range order ini merupakan hidroksida besi yang sedang atau telah melapuk dari kumpulan gelas atau kristal dalam batuan induk volkanik. Ferrihidrit memiliki permukaan kimia yang hampir sama dengan Alofan dan Imogolit (Tan 1998).
Penurunan Kadar P untuk mencapai Baku Mutu
Target penurunan kadar P dan nitrat air limbah industri tahu dan tempe merujuk pada baku mutu perairan kelas III berdasarkan PP No. 82/2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air (Lampiran 2). Hal ini didasarkan pertimbangan bahwa pada Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 15/2008 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha dan/atau Kegiatan Pengolahan Kedelai tidak terdapat parameter P dan nitrat (Lampiran 3).
Kadar P di air limbah dapat diturunkan hingga mencapai baku mutunya dengan penambahan bobot fraksi klei+kleinano. Gambar 10 menunjukkan bahwa kadar P di air limbah menurun dengan bertambahnya bobot fraksi klei+kleinano yang diberikan. Berdasarkan PP No 82/2001, baku mutu kadar fosfat sebagai P untuk kriteria mutu air kelas III adalah 1,00 mg P/L. Untuk fraksi kkn3 mengikuti persamaan linier y = -0.0279x + 4.8726 dan untuk fraksi kkn4 mengikuti persamaan y = -0.0365 + 4.8121; y adalah baku mutu air limbah dan x adalah bobot fraksi klei+kleinano. Untuk menurunkan kadar P dari 23.63 menjadi 1,00 mg P/L diperlukan 138.80 mg kkn3/50 cc air limbah setara dengan 2,776 g kkn3/L air limbah, atau dibutuhkan 574,98 g tv3 yang terlebih dahulu harus diekstraksi fraksi klei+kleinanonya untuk mengolah tiap liter air limbah. Untuk tv4 diperlukan 104.44 mg kkn4/50 cc setara dengan 2,09 g kkn4/L atau 251.43 g tv4 untuk mengolah tiap liter air limbah (Gambar 11).
Gambar 10 Penurunan kadar P pada air limbah industri tahu dengan penambahan bobot fraksi kkn3 dan kkn4
Gambar 11 Fraksi kkn3 dan kkn4 yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi P hingga mencapai baku mutu 1,00 mg P/L
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Fraksi Klei+kleinano yang dapat diekstraksi dari tuf volkan G. Salak lapisan 3 adalah 4.8428 mg kkn3/g tv (45,38% k dan 54,62% kn) dan dari lapisan 4 dan nitrat limbah lebih rendah daripada terhadap P dan nitrat inorganik. 3. Bobot fraksi klei+kleinano yang dibutuhkan untuk menurunkan kadar P
limbah dari 23,6 ke 1,00 mg P/L agar sesuai baku mutu perairan kelas III menurut PP No. 82/2001 adalah 2,776 g kkn3/L atau 2,09 g kkn4/L. Hal yang sama untuk nitrat tidak dapat ditetapkan karena kadar nitrat limbah (30,85 mg/L) sudah lebih rendah dari baku mutunya (88,57 mg /L).
Saran
Perlu dilakukan penelitian erapan fraksi klei+kleinano terhadap nitrat dalam air limbah dengan kadar tercemar atau jauh melebihi baku mutu.
DAFTAR PUSTAKA
Abidin Z, Matsue N, Henmi T. 2005. Molecular orbital analysis on the dissolution of nano-ball allophane under alkaline condition. Clay Sci. 13:1-6.
Abidin Z, Matsue N, Henmi T. 2008. Structure of nano-ball allophane and its surface properties. Alumunium and silicon in soil the environment. Clay Mineral Group, British Society of Soil Science. Aberdeen, Scotland. Abstract.
Anwar S, Sudadi U. 2004. Diktat Pengantar Kimia Tanah. Bogor (ID): Laboratorium Kimia dan Kesuburan tanah, Departemen IlmuTanah dan Sumberdaya Lahan. Fakultas Pertanian IPB.
Bronto S. 2001. Volkanologi. Buku Teks Bahan Ajar untuk Mahasiswa Ilmu Kebumian Khususnya Geologi. Yogyakarta (ID): Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta.
Effendi H. 2003. Telaah Kualitas Air. Yogyakarta (ID): Kanisus.
Elsheikh MA, Abidin Z, Matsue N, Henmi T. 2008. Competitive adsorption of oxalate and phosphate on allophane at low concentration. Clay Sci. 13(6):213-222.
Fisher RV, Schmincke HU. 1984. Pyroclastic rok. Berlin Heidelberg (DW): Springler-Verlag.
Henmi T, Wada K. 1976. Morphology and composition of allophane. Amer. Mineralogist. 61: 379-390.
Kaufhold S, Dohrmann R, Abidin Z, HenmiT, Matsue N, Eichinger L, Kaufhold A, Jahn R. 2009. Fluoride adsorption on allophane. Submitted to Appl. Clay Sci.
Maraz SP. 2012. Erapan nitrat dalam air limbah industri menggunakan fraksi klainano dan klai dari tuf volkan Gunung Salak. Skripsi. Bogor (ID): Progam Studi Manajemen Sumberdaya Lahan. Institut Pertanian Bogor. Marlina. 2012. Penerapan fosfat dalam air limbah industri menggunakan fraksi
klainano dan klai dari tuf volkan Gunung Salak. Skripsi. Bogor (ID): Progam Studi Manajemen Sumberdaya Lahan. Institut Pertanian Bogor. Mayasari D. 2011. Ekstraksi dan uji pengaruh waktu ekuilibrasi terhadap erapan
fosfat pada fraksi nano dan liat dari tuf volkan Gunung Salak Skripsi. Bogor (ID): Progam Studi Manajemen Sumberdaya Lahan. Institut Pertanian Bogor.
Parfitt RL, Henmi T. 1980. Stucture of some allophane from New Zealand. Clay Miner.28(4):285-294.
Patterson E. 1977. Specific surface area and pore stucture of allophanic soil clays.
Purba SP. 2010. Ekstraksi fraksi nano dari tuf volkan G. Salak, Jawa Barat dan karakterisasi erapannya terhadap fosfat. Skripsi. Bogor (ID): Progam Studi Manajemen Sumberdaya Lahan. Institut Pertanian Bogor.
Sugiarti S, Abidin Z, Sudadi U, Henmi T. 2010. Formulasi dan fabrikasi nano-komposit Nano-Ball Allophane/TiO2 sebagai fotokatalis untuk penguraian senyawa organik berbahaya. Laporan Hibah Kompetitif Penelitian untuk Publikasi Internasional. Kemdiknas.
Shimizu et al.1988. Studies on allophane and imogolite by high resolution solid-state Si and Al-NMR and ESR. Geochem. 22, 23-31.
Tan KH. 1964. The andosols in Indonesia. Soil Sci. 99:375-378.
Tan KH. 1992. Principle of Soil Chemistry. Edisi ke-2. New York (USA): Marcell Dekker, Inc.
Tan KH. 1998. Andosol. Medan (ID): Kapita Selekta. Program Studi Ilmu Tanah. Program Pasca Sarjana. Universitas Sumatera Utara.
Tan KH. 2000. Environmental Soil Science. Edisi ke-2. New York (USA): Marcel Dekker, Inc.
Tresna AS. 1991. Pencemaran Lingkungan. Jakarta (ID): PT. Rineka Cipta. Van Ranst E, Utami SR, Vanderdeelen J, Shamshuddin J. 2004. Surface
reactivity of Andisols on volcanic ash along the Sunda arc crossing Java Island, Indonesia. Geoderma 123:193-203.
Van Ranst E. 1995. Clay Mineralogy. Ghent (BE): Lecture Notes. ITC for Post Graduate Soil Scientist. University of Ghent.
Wada K. 1989. Allophane and imogolite. Di dalam: Dixon JB, Weed SB, editor.
Minerals in Soil Environtment. Edisi ke-2. Wisconsin (USA): SSSA. Yuan G, Wu L. 2007. Allophane nanoclay for removal of phosporus in water and
Lampiran 1 Air limbah industri tahu dan tempe
(f)
(a) (b)
(c) (d)
Keterangan : Alat penggiling kedelai (a), tahu (b), tempe (c), air limbah tempe (d), air limbah tahu (e), saluran pembuangan air limbah (f)
Lampiran 2 Baku mutu air limbah berdasarkan kelas perairan menurut PP No. 82/2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaraan Air
Parameter Satuan Kelas
Kimia Anorganik I II III IV
pH oC 6-9 6-9 6-9 5-9
BOD mg/L 2 3 6 12
COD mg/L 10 25 50 100
DO mg/L 6 4 3 0
Total Fosfat sebagai P mg/L 0,2 0,2 1 5 NO3 sebagai N mg/L 10 10 20 20
NH3- sebagai N mg/L 0,5 (-) (-) (-)
Arsent mg/L 0,05 1 1 1
Kobalt mg/L 0,2 0,2 0,2 0,2
Barium mg/L 1 (-) (-) (-)
Boron mg/L 1 1 1 1
Selenium mg/L 0,01 0,05 0,05 0,05
Kadmium mg/L 0,01 0,01 0,01 0,01
Khrom (VI) mg/L 0,05 0,05 0,05 0,01
Tembaga mg/L 0,02 0,02 0,02 0,2
Besi mg/L 0,3 (-) (-) (-)
Timbal mg/L 0,03 0,03 0,03 1
Mangan mg/L 0,1 (-) (-) (-)
Air raksa mg/L 0,001 0,002 0,002 0,005
Seng mg/L 0,05 0,05 0,05 2
Khlorida mg/L 600 (-) (-) (-)
Sianida mg/L 0,02 0,02 0,02 (-)
Fluorida mg/L 0,5 1,5 1,5 (-)
Nitrit sebagai N mg/L 0,06 0,06 0,06 (-)
Sulfat mg/L 400 (-) (-) (-)
Khlorin bebas mg/L 0,03 0,03 0,03 (-)
Lampiran 3 Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 15 Tahun 2008 Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha dan/Atau Kegiatan Pengolahan Kedelai
Parameter
Pengolahan Kedelei
Kecap Tahu Tempe
Kadar (mg/L)
Beban (kg/ton)
Kadar (mg/L)
Beban (kg/ton)
Kadar (mg/L)
Beban (kg/ton)
BOD 150 1.5 150 3 150 1.5
COD 300 3 300 6 300 3
TSS 100 1 200 4 100 1
pH 6 - 9
Kuantitas air limbah
maksimum (m3/ton) 10 20 10
Lampiran 5 Profil Andisol Gunung Salak, Bogor
Lokasi:
Sukajadi, Bogor, Jawa Barat
Altitude:
670 m dpl
Kedalaman:
0 – 134+ cm
Koordinat Geografis:
6o ’ ” S 6o4 ’5 , ” BT
Formasi Geologi:
Qvsb (Quarter volcanic salak brecci; Batuan gunung api G. Salak)
25 Lampiran 6 Erapan fosfat air limbah industi tahu pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 dari tuf volkan Gunung Salak
no
Lampiran 8 Erapan fosfat air limbah industi tahu pada fraksi klei+kleinano lapisan 4 dari tuf volkan Gunung Salak
27 Lampiran 10 Erapan nitrat air limbah industi tempe pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 dari tuf volkan Gunung Salak
no
Lampiran 11 Erapan nitrat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 3 dari tuf volkan Gunung Salak
Lampiran 12 Erapan nitrat air limbah industi tempe pada fraksi klei+kleinano lapisan 4 dari tuf volkan Gunung Salak
Lampiran 13 Erapan nitrat inorganik pada fraksi klei+kleinano lapisan 4 dari tuf volkan Gunung Salak
29
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pekalongan pada tanggal 26 Sepetember 1991 dari ayah Amat Rosyidin dan Ibu Effi Subiyakti. Penulis adalah putra kedua dari empat bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 2 Pekalongan dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB serta diterima di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian.
