PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON
AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN
SUHU PEMANASAN
TESIS
Oleh
MASTHURA
117026007/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON
AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN
SUHU PEMANASAN
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
MASTHURA
117026007/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : Peningkatan Daya Serap Filter Air Dari Karbon Aktif Tempurung Kelapa Dengan Memvariasikan Suhu Pemanasan
Nama Mahasiswa : MASTHURA Nomor Induk Mahasiswa : 117026007
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui Komisi Pembimbing
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Dr. Susilawati, M.Si
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan FMIPA USU,
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN SUHU
PEMANASAN
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumber dengan benar
Medan, Juni 2013
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Masthura
NIM : 117026007
Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberi kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-xlusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:
PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN SUHU
PEMANASAN
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalti Non-eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara Berhak Menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasi tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantukan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juni 2013
Telah diuji pada
Tanggal : 24 Juli 2013
PANITIA PENGUJIAN TESIS
Ketua : Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Anggota : 1. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
2. Dr. Susilawati, M.Si
3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
4. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : Masthura, S.Si
Tempat Dan Tanggal Lahir : Medan, 19 Juni 1987
Alamat Rumah : Jln. Alfalah V No. 17 Glugur-Darat I
Telepon/Fax/Hp : 085275850262
E-Mail : imastmaniez@yahoo.com
thura1906@gmail.com
Instansi Tmpat Bekerja : --
Alamat Kantor : --
Telepon/Fax/Hp : --
DATA PENDIDIKAN
SD : Muhammadiyah 02 Medan Tamat : 1999
SMP : Pertiwi Medan Tamat : 2002
SMA : SMAN 7 Medan Tamat : 2005
KATA PENGANTAR
Pertama – tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini
dapat diselesaikan. Tesis ini merupakan tugas akhir penulis pada Program Studi
Ilmu Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara Medan.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih
yang sebesar – besarnya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, M.Sc
(CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk
mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister.
Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Sutarman, M.Sc,
atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program
Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Bapak Dr. Nasruddin
MN,M.Eng,Sc, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma
Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu
Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi – tingginya penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Nasruddin MN,M.Eng,Sc selaku Pembimbing
Utama dan Ibu Dr. Susilawati, M.Si selaku Pembimbing Lapangan yang dengan
penuh kesabaran meluangkan waktu untuk menuntun dan membimbing penulis
hingga selesainya penelitian ini.
Terimakasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan Penguji
dan Penilai Tesis : Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS, Bapak Dr.
Hamonangan Nainggolan, M.Sc dan Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc
atas kesediaan mereka untuk menguji dan menilai isi tesis penulis.
Kepada Ayahanda Jonius, Kakak tercinta Amalia Rafiqa dan Adik tersayang
Nurul Huda, terimakasih atas segala dukungan, motivasi dan pengorbanan
Secara khusus penulis juga ini menyampaikan terimakasih yang tak terhingga
kepada Kekasih tersayang Abdullah, S.Si, Asisten Lab.Fisika Dasar LIDA USU
(Moraida, Melly, Zailani Ray, Zikri dan masih banyak lagi) atas segala bantuan,
dorongan, dukungan dan pengorbanan baik berupa moril dan materil.
Penulis menyadari bahwa tesis ini tidak mungkin terlepas dari kesalahan yang
ada di luar kemampuan penulis. Oleh sebab itu penulis dengan senang hati akan
menerima kritis dan saran yang membangun demi kesempurnaannya.
Medan, Juli 2013
PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN SUHU
PEMANASAN
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan karbon aktif tempurung kelapa dengan aktivasi fisika (pemanasan pada suhu 500oC sampai dengan 900oC) dengan waktu penahanan selama 1 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui suhu aktivasi optimum karbon aktif tempurung kelapa yang diaktivasi dengan pemanasan dan pengaruh suhu aktivasi karbon aktif tempurung kelapa yang optimum pada penjernihan air sumur. Hasil pengujian karbon aktif tempurung kelapa optimum untuk aktivasi fisika (kadar air 4,86%, kadar ZMM 10,84%, kadar abu 2,04% dan kadar karbon 87,12%) berdasarkan SNI No. 06-3730-1995 adalah pada suhu 700oC, sedangkan daya serap air optimum diperoleh pada suhu 900oC dengan persentase 75,20%. Karbon aktif tempurung kelapa dengan daya serap optimum yang diaktivasi secara fisika digunakan sebagai filter untuk menjernihkan air sumur. Parameter air yang diuji antara lain ; suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa, pH, logam Fe, logam Al, bakteri E.Coli dan bakteri Coliform. Hasil pengujian kualitas air bersih dan air minum menunjukkan bahwa bakteri E.Coli dan bakteri Coliform belum memenuhi standar. Optimalisasi proses penjernihan air untuk mereduksi kontaminan - kontaminan dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian difilter dengan karbon aktif tempurung kelapa. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semua parameter air yang diuji sudah memenuhi standar air bersih (Permenkes No. 416 Tahun 1990) dan air minum (Permenkes No. 492 Tahun 1990) kecuali bakteri Coliform yang belum memenuhi standar air minum.
INCREASING WATER FILTER ABSORPTION OF ACTIVATED CARBON FROM COCONUT SHELL WITH VARY HEATING TEMPERATURE
ABSTRACT
The study has been conducted to manufacture of coconut shell activated carbon with activation (heating at a temperature of 500oC to 900oC) with 1 hour detention time. This study aims to determine the optimum temperature activation of coconut shell activated carbon and determine the effect of the activation temperature of optimum coconut shell activated carbon to purify well water. The testing results of coconut shell activated carbon for optimum physical activation (water content 4.86%, ZMM levels of 10.84%, ash content 2.04% and 87.12% carbon content) based SNI No. 06-3730-1995 is at a temperature of 700oC, while the optimum water absorption is obtained at a temperature of 900oC with presentation 75.20%. Coconut shell activated carbon with optimum absorption, which is activated in physics is used as a filter to purify well water. Water parameters were tested, among others: temperature, TDS, turbidity, color, odor, taste, pH, Fe, Al metals, bacteria E. coli and Coliform bacteria. The test results of water quality and drinking water showed that the bacteria E. coli and Coliform bacteria not yet fulfilled the the standard. Optimization of the water purification process to reduce contaminants carried by electrocoagulation process which is then filtered with activated carbon coconut shell. The test results showed that all tested parameters fulfilled freshwater standard (Minister Regulation. 416 of 1990) and drinking water (Minister Regulation. 492 of 1990) except for coliform bacteria that not yet fulfilled drinking water standard.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR LAMPIRAN ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 4
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Hipotesis ... 5
1.5 Tujuan Penelitian ... 5
1.6 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7
2.1 Air ... 7
2.1.1 Pengertian Air ... 7
2.1.2 Air Tanah ... 8
2.1.3 Persyaratan Kualitas Air ... 9
2.2 Karbon Aktif ... 14
2.2.1 Karbon Aktif Tempurung Kelapa ... 17
2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif ... 19
2.2.3 Standar Kualitas Karbon Aktif ... 23
2.2.4 Pengujian Kualitas Karbon Aktif ... 25
2.3 Filtrasi ... 27
2.4 Elektrokoagulasi ... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 34
3.2 Bahan dan Peralatan ... 35
3.2.1 Bahan ... 35
3.2.2 Peralatan ... 35
3.3 Pengambilan Sampel Air ... 37
3.4 Diagram Alir Penelitian ... 38
3.5 Prosedur Penelitian ... 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 43
4.1 Karbon Aktif Tempurung Kelapa Optimum ... 43
4.1.1 Karbonisasi ... 43
4.1.2 Aktivasi Fisika ... 43
4.1.3 Karakteristik Karbon Aktif ... 44
4.1.4 Karakteristik Mikrostruktur Karbon Aktif ... 51
4.2 Penjernihan Air Sumur ... 54
4.2.1 Penjernihan Air Menggunakan Karbon Aktif TK ... 55
4.2.2 Penjernihan Air Menggunakan EC + Karbon Aktif TK ... 57
4.2.3 Perbandingan Penjernihan Air Dengan ... 58
Filter Karbon Aktif TK dan Elektrokoagulasi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 61
DAFTAR TABEL
Karakteristik Kelapa Dalam, Genjah dan
Hibrida
Komponen Penyusun Kimiawi Karbon Aktif
Tempurung Kelapa
Karakteristik Secara Umum Tempurung Kelapa
Syarat Mutu Arang Aktif Berdasarkan SII-0258-79
Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI No.
06-3730-1995
Standar Kualitas Arang Aktif Menurut Departemen
Kesehatan
Data Hasil Proses Aktivasi Fisika
Data Hasil Pengujian Kadar Air Aktivasi Fisika
Data Hasil Pengujian Kadar Zat Mudah Menguap
Aktivasi Fisika
Data Hasil Pengujian Kadar Abu Aktivasi Fisika
Data Hasil Pengujian Kadar Karbon Aktivasi Fisika
Data Hasil Pengujian Daya Serap Air Aktivasi
Fisika
Hasil Pengujian Air Sumur Sebelum Diolah
Hasil Pengujian Air Sumur Setelah Difilter Dengan
Karbon Aktif Tempurung Kelapa
Hasil Pengujian Air Sumur Setelah Proses EC &
Difilter Dengan Karbon Aktif Tempurung Kelapa
DAFTAR GAMBAR
Bagan Alir Penelitian Tahap I
Bagan Alir Penelitian Tahap II
Penjernihan air dengan metode
elektrokoagulasi dan difilter karbon aktif
tempurung kelapa
Penjernihan air dengan filter karbon aktif
tempurung kelapa
Grafik Kadar Karbon Terhadap Suhu Aktivasi
Fisika
Grafik Daya Serap Air Terhadap Suhu
Aktivasi Fisika
Mikrograf SEM Permukaan Karbon Aktif TK
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
J u d u l Halaman
A
B
C
D
E
F
G
Data Hasil Pengujian Karbon Aktif Tempurung
Kelapa
Data Hasil Pengujian Air Sumur
Data Hasil Pengujian Mikrostruktur
Gambar Alat Dan Bahan
Prosedur Pengujian Karbon Aktif Tempurung
Kelapa
Peraturan Menteri Kesehatan No. 416/ Menkes
/PER/IX/1990
Peraturan Menteri Kesehatan No. 492/ Menkes
/PER/IV2010
66
71
75
79
84
86
PENINGKATAN DAYA SERAP FILTER AIR DARI KARBON AKTIF TEMPURUNG KELAPA DENGAN MEMVARIASIKAN SUHU
PEMANASAN
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan karbon aktif tempurung kelapa dengan aktivasi fisika (pemanasan pada suhu 500oC sampai dengan 900oC) dengan waktu penahanan selama 1 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui suhu aktivasi optimum karbon aktif tempurung kelapa yang diaktivasi dengan pemanasan dan pengaruh suhu aktivasi karbon aktif tempurung kelapa yang optimum pada penjernihan air sumur. Hasil pengujian karbon aktif tempurung kelapa optimum untuk aktivasi fisika (kadar air 4,86%, kadar ZMM 10,84%, kadar abu 2,04% dan kadar karbon 87,12%) berdasarkan SNI No. 06-3730-1995 adalah pada suhu 700oC, sedangkan daya serap air optimum diperoleh pada suhu 900oC dengan persentase 75,20%. Karbon aktif tempurung kelapa dengan daya serap optimum yang diaktivasi secara fisika digunakan sebagai filter untuk menjernihkan air sumur. Parameter air yang diuji antara lain ; suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa, pH, logam Fe, logam Al, bakteri E.Coli dan bakteri Coliform. Hasil pengujian kualitas air bersih dan air minum menunjukkan bahwa bakteri E.Coli dan bakteri Coliform belum memenuhi standar. Optimalisasi proses penjernihan air untuk mereduksi kontaminan - kontaminan dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian difilter dengan karbon aktif tempurung kelapa. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semua parameter air yang diuji sudah memenuhi standar air bersih (Permenkes No. 416 Tahun 1990) dan air minum (Permenkes No. 492 Tahun 1990) kecuali bakteri Coliform yang belum memenuhi standar air minum.
INCREASING WATER FILTER ABSORPTION OF ACTIVATED CARBON FROM COCONUT SHELL WITH VARY HEATING TEMPERATURE
ABSTRACT
The study has been conducted to manufacture of coconut shell activated carbon with activation (heating at a temperature of 500oC to 900oC) with 1 hour detention time. This study aims to determine the optimum temperature activation of coconut shell activated carbon and determine the effect of the activation temperature of optimum coconut shell activated carbon to purify well water. The testing results of coconut shell activated carbon for optimum physical activation (water content 4.86%, ZMM levels of 10.84%, ash content 2.04% and 87.12% carbon content) based SNI No. 06-3730-1995 is at a temperature of 700oC, while the optimum water absorption is obtained at a temperature of 900oC with presentation 75.20%. Coconut shell activated carbon with optimum absorption, which is activated in physics is used as a filter to purify well water. Water parameters were tested, among others: temperature, TDS, turbidity, color, odor, taste, pH, Fe, Al metals, bacteria E. coli and Coliform bacteria. The test results of water quality and drinking water showed that the bacteria E. coli and Coliform bacteria not yet fulfilled the the standard. Optimization of the water purification process to reduce contaminants carried by electrocoagulation process which is then filtered with activated carbon coconut shell. The test results showed that all tested parameters fulfilled freshwater standard (Minister Regulation. 416 of 1990) and drinking water (Minister Regulation. 492 of 1990) except for coliform bacteria that not yet fulfilled drinking water standard.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tingginya pencemaran air sumur saat ini sangat mempengaruhi kehidupan
manusia dan lingkungan terutama dalam penggunaan air bersih yang semakin
lama semakin menurun kuantitasnya. Air dalam sumur yang dibuat oleh warga
digunakan untuk minum, mencuci dan lainnya. Berdasarkan hasil pengamatan
yang dilakukan selama lima tahun terakhir, tercemarnya air sumur disebabkan
dekatnya lokasi sumur dengan septic tank, dibuat terlalu dangkal dan adanya sampah. Sistem septic tank berpotensi mencemari air sumur, karena rembesan atau kebocoran tangki akibat buruknya perawatan atau kwalitas pembuatannya.
Pencemaran air sumur ini juga diperparah dengan adanya warga yang masih
Buang Air Besar (BAB) di parit atau di sekitar rumah. Sehingga akibat
pencemaran tersebut warna air berubah mejadi kekuningan, keruh, adanya
polutan seperti mineral yang menjadikan air berasa, bau dan banyak
mengandung bakteri yang apabila digunakan untuk mandi atau pun mencuci
peralatan memasak, sangat berisiko menimbulkan
penyakit.(http://www.analisadaily.com/news/read/
2012/10/16/81435/pengelolaan_sanitasi_medan_masih_mengkhawatirkan/)
Pencemaran air tanah ini juga dialami oleh salah satu sumur didaerah Kelurahan
Pahlawan Kecamatan Medan Perjuangan, Sumatera Utara. Walaupun kondisi
seperti tersebut air tanah tetap digunakan karena sudah menjadi salah satu
kebutuhan pokok yang dipergunakan untuk keperluan sehari – hari.
Hal inilah yang melatar belakangi penulis melakukan penelitian tentang
penjernihan air menggunakan media filter berupa karbon aktif tempurung
kelapa dengan memvariasikan suhu pemanasan. Berbagai metode dalam
pengolahan/penjernihan air, mulai dari yang berteknologi canggih dan berbiaya
tinggi (contohnya : Reverse Osmosis, penukaran ion, sterilisasi ozon dan
contohnya : metode tradisionil dengan menggunakan lapisan ijuk, pasir dan
batu kerikil, metode elektrokoagulasi/elektrolisa, dan karbon aktif). (Endang S,
2008)
Karbon aktif bisa dibuat dari tongkol jagung, ampas penggilingan tebu, ampas
pembuatan kertas, tempurung kelapa, sabut kelapa, sekam padi, serbuk gergaji, kayu
keras dan batubara. Kemampuan daya serap karbon tergantung kepada luas permukaan
partikel dan kemampuan tersebut dapat menjadi lebih tinggi jika karbon diaktivasi
dengan menggunakan bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi.
Menurut Sembiring dan Sinaga (2003), karbon aktif yang dibuat secara kimia dapat
digunakan untuk menarik logam Zn, Fe, Mn, Cl, PO4 dan SO4 yang terdapat dalam air
sumur yang terkontaminasi dan juga dapat digunakan untuk menjernihkan air limbah
industri pulp kertas.
Sedangkan karbon aktif yang dibuat secara fisika biasanya digunakan untuk
mengembangkan struktur rongga yang ada pada arang sehingga memperluas
pemukaannya dan menghilangkan konstituen yang mudah menguap serta membuang
produksi tar atau hidrokarbon – hidrokarbon pengotor pada arang.(Swiatkowski 1998 dalam Anton P 2011).
Beberapa penelitian terdahulu, diantaranya oleh Suhartana (2006), membuat
karbon aktif tempurung kelapa dengan metode pengaktifan menggunakan larutan NaOH
dan H2SO4 yang dapat digunakan untuk menjernihkan air sumur dari Desa Belor
Kecamatan Ngaringan Kabupaten Grobongan. Hasil yang diperoleh terjadi penurunan
pH sebesar 7,4 dari 8,5, angka kesadahan sebesar 504,15 mg/l dari 581,86 mg/l, dan
kekeruhan air (skala NTU) sebesar 3,2 NTU dari 5,2 NTU.
Christina dan Noorce (2006), telah mencoba penggunaan karbon aktif
tempurung kelapa yang dijual dipasaran sebagai media saring dapat menurunkan tingkat
kekeruhan limbah cair industri tahu dengan rata – rata penurunan menjadi sebesar 76,4 mg/l.
Endang Setyowati (2008), melakukan penelitian dengan menggunakan arang
sekam dan arang tempurung kelapa yang sudah ada, di dalam meningkatkan kualitas air
terjadi penurunan kandungan bakteri E.Coli dari 2400MPN/100ml menjadi 800
MPN/100ml.
Suparno (2012), mengkaji karbon aktif tempurung kelapa sebagai bahan
sedimentasi. Hasil yang diperoleh kecepatan sedimentasi kotoran di dalam air dengan
bantuan karbon aktif tempurung kelapa (4,41 ± 0,24) x 10-3 m/s jauh lebih besar
dibandingkan menggunakan tawas (2,62 ± 0,14) x 10-3 m/s.
Rosita Idrus, dkk (2013), menentukan kualitas karbon aktif tempurung kelapa
yang dipengaruhi suhu aktivasi terhadap penjernihan air dengan metode pengendapan.
Hasil yang diperoleh untuk karakteristik terbaik karbon aktif tempurung kelapa yang
diaktivasi pada suhu 1000oC dengan kadar air sebesar 7,7%, kadar abu 0,84% dan daya
serap terhadap iod 568,318 mg/g. Dan Pengujian karbon aktif pada suhu 1000oC untuk
penjernihan air menunjukkan hasil yang maksimal dengan parameter fisik air yaitu
warna air menjadi jernih, tidak berbau dan memenuhi pH standar air (7,0 – 7,5)
Berdasarkan beberapa penelitian sebelumnya tentang karbon aktif tempurung
kelapa kebanyakan diaktivasi dengan bahan kimia. Karbon aktif tempurung kelapa yang
diaktivasi dengan pemanasan pada temperatur tinggi (fisika) belum banyak
dikembangkan sehingga dalam penelitian ini penulis tertarik untuk mengembangkan
penggunaan karbon aktif dari tempurung kelapa yang diaktivasi dengan pemanasan
(fisika). Karbon aktif tempurung kelapa yang optimum tersebut selanjutnya digunakan
sebagai media filter pada penjernihan air sumur gali masyarakat di Kelurahan Pahlawan
Kecamatan Medan Perjuangan Sumatera Utara.
Proses penjernihan air dilakukan dengan metode elektrokoagulasi yang
kemudian difiltrasi dengan media filter karbon aktif tempurung kelapa tersebut. Metode
elektrokoagulasi digunakan pada proses penjernihan air karena dapat mereduksi kadar
logam yang terkandung di dalam air (Susilawati, 2010). Sedangkan karbon aktif
tempurung kelapa dipilih karena mampu menyerap kadar organik dan bakteri – bakteri yang terkadung di dalam air. Proses elektrokoagulasi dengan media filter karbon aktif
diharapkan dapat menjadi suatu alternatif dalam menghasilkan air bersih sampai dengan
dengan standar air bersih/air minum menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik
Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana mengaktivasikan karbon dari tempurung kelapa secara
pemanasan (fisika) agar memenuhi syarat mutu arang aktif teknis (SNI No.
06-3730-1995).
2. Apakah metode aktivasi dengan pemanasan (fisika) lebih baik jika
dibandingkan dengan metode aktivasi menggunakan bahan kimia
3. Apakah air hasil penjernihan dengan metode elektrokoagulasi dengan
karbon aktif tempurung kelapa sebagai filter dapat memenuhi standar
kualitas air bersih berdasarkan peraturan Keputusan Menteri Kesehatan RI
No. 416/MENKES/PER/IX/1990 dan air minum berdasarkan peraturan
Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010
1.3 Batasan Masalah
1. Sampel yang digunakan adalah sampel air sumur galian yang berasal dari
pemukiman masyarakat di Kelurahan Pahlawan Kecamatan Medan
Perjuangan, Sumatera Utara.
2. Suhu untuk proses karbonisasi 250oC selama 5 jam
3. Karbon aktif dibuat dari tempurung kelapa dengan suhu aktivasi pemanasan
divariasikan dari 500, 600, 700, 800 dan 900oC
4. Ukuran dan bentuk karbon aktif tempurung kelapa yang dibuat adalah 0,1 – 10 mm dengan bentuk butiran(granullar)
5. Elektroda yang digunakan untuk proses elektrokoagulasi adalah Aluminium.
6. Analisis parameter untuk karbon aktif dari tempurung kelapa yaitu : kadar
air, kadar zat mudah menguap, kadar abu, kadar karbon dan daya adsorpsi. Analisis untuk air yaitu: pH (derajat keasaman), suhu (Temperatur), warna,
kekeruhan, bau/rasa, bakteri E.Coli, Coliform dan logam Al, dan Fe di
7. Analisis kwalitas sampel air dilakukan sebelum dan sesudah proses
elektrokoagulasi dan filter.
1.4 Hipotesis
Karbon aktif yang dibuat dari bahan tempurung kelapa dengan aktivasi
pemanasan (fisika) dapat memenuhi syarat mutu arang aktif teknis (SNI) No.
06-3730-1995 dan hasilnya lebih baik dibandingkan dengan karbon aktif
tempurung kelapa dengan metode aktivasi menggunakan bahan kimia.
Penggunaan karbon aktif dari bahan tempurung kelapa yang digunakan
sebagai filter dalam penjernihan air dengan metode elektrokoagulasi dapat
mengurangi bakteri E. Coli, logam Al, dan Fe dan dapat memenuhi standar
kualitas air bersih berdasarkan peraturan Keputusan Menteri Kesehatan RI No.
416/MENKES/PER/IX/1990 dan air minum berdasarkan peraturan Keputusan
Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010
1.5 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui suhu aktivasi optimum karbon aktif tempurung kelapa
yang diaktifkan dengan pemanasan (fisika)
2. Untuk mengetahui apakah air hasil penjernihan dengan metode
elektrokoagulasi dan karbon aktif tempurung kelapa sebagai filter sudah
memenuhi standar kualitas air bersih berdasarkan peraturan Keputusan
Menteri Kesehatan RI No. 416/MENKES/PER/IX/1990 dan air minum
berdasarkan peraturan Keputusan Menteri Kesehatan RI No.
492/MENKES/PER/IV/2010
1.6 Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi bahwa air sumur gali masyarakat di Kelurahan
Pahlawan Kecamatan Medan Perjuangan, Sumetra Utara dapat diolah
menjadi air bersih dan layak untuk dikonsumsi.
2. Tersedianya filter air baru yang lebih murah, simpel dalam penggunaan dan
portable yang dihasilkan dari karbon aktif tempurung kelapa.
3. Sebagai bahan masukan bagi pemerintah dalam mencanangkan program
penyediaan dan penyehatan air bersih
4. Memberikan ilmu pengetahuan baru dan teknologi baru tentang pengolahan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
2.1.1 Pengertian air
Air merupakan sumber alam yang sangat penting di dunia, karena tanpa air
kehidupan tidak dapat berlangsung. Air juga banyak mendapat pencemaran.
Menurut Asmadi (2011), ada 2 jenis pencemar air yang berasal dari :
1. Sumber domestic (rumah tangga), perkampungan, kota, pasar, jalan dan
sebagainya
2. Sumber non-domestik (pabrik, industry, pertanian, peternakan, perikanan serta
sumber – sumber lainnya.
Air merupakan senyawa kimia yang terdiri dari atom H dan O. Sebuah
molekul air terdiri dari satu atom O yang berikatan kovalen dengan dua atom H.
Molekul air yang satu dengan molekul air lainnya bergabung dengan satu ikatan
hidrogen antara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Adanya
ikatan hidrogen inilah yang menyebabkan air mempunyai sifat-sifat yang khas
seperti terlihat pada Tabel 2.1. (Achmad, 2004)
Tabel 2.1 Sifat Penting Dari Air
Sifat Efek dan kegunaan
Pelarut yang sangat baik
Konstanta dielektrik paling tinggi di antara cairan murni lainnya
Tegangan permukaan lebih tinggi daripada cairan lainnya
Transport zat – zat makanan dan bahan buangan yang dihasilkan proses biologi
Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam larutannya
Transparan terhadap cahaya tampak dan sinar yang mempunyai panjang gelombang lebih besar dari ultraviolet
Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan (fasa cair) pada 1oC
Panas penguapan lebih tinggi daripa yang lainnya
Kapasitas kalor lebih tinggi dibandingkan dengan cairan lain kecuali amonia
Panas laten dan peleburan lebih tinggi daripada cairan lain kecuali amonia
Tidak berwarna mengakibatkan cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis mencapai kedalaman tertentu
Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertikal menghambat stratifikasi badan air
Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer dan badan air
Stabilitas dari temperatur organisme dan wilayah geografis
Temperatur stabil pada titik beku
Sumber : Achmad, 2004
2.1.2 Air Tanah
Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah didalam zone jenuh
dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfernya. Air
tanah terbagi atas air tanah dangkal dan air tanah dalam. Air tanah dangkal, terjadi
karena adanya daya proses peresapan air dari permukaan tanah. Air tanah dangkal ini
pada kedalaman 15 m2 sebagai sumur air minum, air dangkal ini ditinjau dari segi
kualitas agar baik, segi kuantitas kurang cukup dan tergantung pada musim. Air tanah
dalam, terdapat setelah lapis rapat air yang pertama. Pengambilan air tanah dalam tidak
semudah air tanah dangkal karena harus digunakan bor dan memasukkan pipa
kedalamannya sehingga dalam suatu kedalaman biasanya antara 100 – 300 m2. (Fety dan Yogi, 2011)
Air tanah terutama berasal dari air hujan yang jatuh di permukaan tanah/bumi
dan sebagian besar meresap kedalam tanah dan mengisi rongga – rongga atau pori – pori di dalam tanah. Kandungan air tanah di dalam tanah tergantung dari struktur
tanahnya, apakah tanah yang rembes air atau mempunyai lapisan air yang kedap air.
(Asmadi, 2011)
Karakteristik air tanah antara lain, (Asmadi, 2011) :
b. Umumnya jernih dan tidak mengandung padatan tersuspensi atau tumbuhan – tumbuhan mati, karena air tanah melalui proses penyaringan alami.
c. Kualitas air tanah dangkal rata – rata kurang baik dan kadang – kadang terkontaminasi air permukaan yang berada disekitarnya. Umumnya kandungan
besi dan mangan tinggi
d. Pada air tanah dalam mengandung mineral dalam jumlah yang sangat tinggi dan
tergantung pada tanah resapannya
e. Semakin dalam air tanah semakin rendah kandungan oksigen terlarutnya.
2.1.3 Persyaratan Kualitas Air
Parameter Kualitas Air yang digunakan untuk kebutuhan manusia haruslah air
yang tidak tercemar atau memenuhi persyaratan fisika, kimia, dan biologis.
1. Persyaratan Fisika (Asmadi, 2011)
Air yang berkualitas harus memenuhi persyaratan fisika sebagai berikut:
a. Jernih atau tidak keruh
Air yang keruh disebabkan oleh adanya butiran-butiran koloid dari tanah liat.
Semakin banyak kandungan koloid maka air semakin keruh. Kekeruhan pada air
mengindikasikan adanya kandungan tertentu pada air. kekeruhan ini disebabkan
oleh adanya benda tercampur atau benda koloid di dalam air. Partikel – partikel
koloid umumya berasal dari kwarsa (pasir), tanah liat, sisa tanaman, ganggang, zat organik dan lain – lain. Sehingga kekeruhan menjadi salah satu parameter kualitas air.
b. Tidak berwarna
Warna pada air terjadi karena adanya suatu proses dekomposisi pada berbagai
tingkat. Tanin, asam humus dan bahan yang berasal dari humus serta
dekomposisi pigmen yang dianggap sebagai bahan yang memberi warna yang
paling utama, kehadiran unsur besi yang berkaitan dengan zar organik akan
membuat warna semakin tinggi. Warna yang disebabkan bahan tersuspensi
Untuk mengukur tingkat warna digunakan satuan PICO. Berdasarkan Permenkes
No.416/Menkes/Per/IX/1990, tingkat warna air yang diperbolehkan untuk air
bersih adalah 50 TCU dan untuk air minum 15 TCU.
c. Tidak berasa dan berbau
Bau dan rasa biasanya terjadi bersama-sama dan biasanya disebabkan oleh
adanya bahan-bahan organik yang membusuk, tipe-tipe tertentu organisme
mikroskopik, serta persenyawaan kimia. Bahan-bahan yang menyebabkan bau
dari rasa ini berasal dari berbagai sumber. Karena pengukuran rasa dan bau itu
tergantung pada reaksi individual, maka hasil yang dilaporkan juga tidak mutlak.
Intensitas bau dilaporkan sebagai berbanding terbalik dengan rasio pencemaran
bau sampai keadaan yang nyata tidak berbau
d. Temperaturnya normal
Suhu air sebaiknya sejuk atau tidak panas terutama agar tidak terjadi pelarutan
zat kimia yang ada pada saluran/pipa, yang dapat membahayakan kesehatan dan
menghambat pertumbuhan mikro organisme.
e. Tidak mengandung zat padatan
Air minum tidak boleh mengandung zat padat lebih dari 1000 mg/liter, sedangkan
untuk air bersih tidak lebih dari 1500 mg/liter. Jika angka tersebut melewati maka
akan mengakibatkan air tidak enak rasanya, menimbulkan rasa mual dan Toxaemia
pada wanita hamil.
2. Persyaratan Kimia (Asmadi, 2011)
Kandungan zat atau mineral yang bermanfaat dan tidak mengandung zat beracun.
Sehinga persyaratan kimia terdiri dari :
a. pH (derajat keasaman)
pH adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan intensitas keadaan basa
atau asam suatu larutan dan juga merupakan satu cara untuk menyatakan
konsentrasi ion H+ . untuk pH yang lebih kecil dari 7 bersifat basa dan pH lebih
besar dari 7 bersifat asam.
Kesadahan ada dua macam yaitu kesadahan sementara dan kesadahan
nonkarbonat (permanen). Kesadahan sementara akibat keberadaan Kalsium dan
Magnesium bikarbonat yang dihilangkan dengan memanaskan air hingga
mendidih atau menambahkan kapur dalam air. Kesadahan nonkarbonat
(permanen) disebabkan oleh sulfat dan karbonat, Chlorida dan Nitrat dari
Magnesium dan Kalsium disamping Besi dan Alumunium. Konsentrasi kalsium
dalam air minum yang lebih rendah dari 75 mg/l dapat menyebabkan penyakit
tulang rapuh, sedangkan konsentrasi yang lebih tinggi dari 200 mg/l dapat
menyebabkan korosifitas pada pipa-pipa air. Dalam jumlah yang lebih kecil
magnesium dibutuhkan oleh tubuh untuk pertumbuhan tulang, akan tetapi dalam
jumlah yang lebih besar 150 mg/l dapat menyebabkan rasa mual.
c. Besi
Air yang mengandung banyak besi akan berwarna kuning dan menyebabkan rasa
logam besi dalam air, serta menimbulkan korosi pada bahan yang terbuat dari
metal. Besi merupakan salah satu unsur yang merupakan hasil pelapukan batuan
induk yang banyak ditemukan diperairan umum. Logam Fe ini dalam kadar yang
tinggi akan merusak dinding usus dan menyebabkan kematian. Disamping itu Fe
yang tertimbun di dalam alveoli akan menyebabkan berkurangnya fungsi
paru-paru. Kandungan Fe yang tinggi menyebabkan air berwarna kuning kecoklatan.
Menurut Permenkes RI kandungan Fe maksimum di dalam air minum adalah
0,03 mg/L (Suparno, 2012)
d. Aluminium
logam Aluminium (Al) tidak termasuk logam berat, tetapi kandungan Al dengan
konsentrasi yang tinggi dapat bersifat toxic, beracun. Kadar Al yang tinggi di
dalam darah akan menyebabkan berbagai masalah seperti anemia, disfungsi
ginjal dan disfungsi hati. Di sisi lain bila unsur Al tertimbun dalam jumlah
banyak di otak akan menyebabkan orang kehilangan memori, mudah pusing,
gangguan keseimbangan badan, Alzheimer, dan mudah gugup. Bahkan kadar Al
yang tinggi dalam tubuh manusia dalam waktu yang lama bisa menyebabkan
diijinkan oleh Permenkes RI nomor 416 adalah 0,2 mg/L.Air yang mengandung
banyak aluminium menyebabkan rasa yang tidak enak apabila dikonsumsi
(Suparno, 2012).
e. Zat organic
Larutan zat organik yang bersifat kompleks ini dapat berupa unsur hara
makanan maupun sumber energi lainnya bagi flora dan fauna yang hidup di
perairan
f. Sulfat
Kandungan sulfat yang berlebihan dalam air dapat mengakibatkan kerak air
yang keras pada alat merebus air (panci / ketel)selain mengakibatkan bau dan
korosi pada pipa. Sering dihubungkan dengan penanganan dan pengolahan air
bekas.
g. Nitrat dan nitrit
Pencemaran air dari nitrat dan nitrit bersumber dari tanah dan tanaman. Nitrat
dapat terjadi baik dari NO2 atmosfer maupun dari pupuk-pupuk yang digunakan
dan dari oksidasi NO2 oleh bakteri dari kelompok Nitrobacter. Jumlah Nitrat
yang lebih besar dalam usus cenderung untuk berubah menjadi Nitrit yang dapat
bereaksi langsung dengan hemoglobine dalam daerah membentuk
methaemoglobine yang dapat menghalang perjalanan oksigen didalam tubuh.
h. Chlorida
Dalam konsentrasi yang layak, tidak berbahaya bagi manusia. Chlorida dalam
jumlah kecil dibutuhkan untuk desinfektan namun apabila berlebihan dan
berinteraksi dengan ion Na+ dapat menyebabkan rasa asin dan korosi pada pipa
air.
i. Zink atau Zn
Batas maksimal Zink yang terkandung dalam air adalah 15 mg/l. penyimpangan
terhadap standar kualitas ini menimbulkan rasa pahit, sepet, dan rasa mual.
Dalam jumlah kecil, Zink merupakan unsur yang penting untuk metabolisme,
3. Persyatan mikrobiologis (Asmadi, 2011)
Mikrobiologis dapat dibagi dalam empat group, yakni parasit, bakteri, virus dan
jamur.Persyaratan mikrobiologis untuk bakteri yang harus dipenuhi oleh air adalah
sebagai berikut:
a. Tidak mengandung bakteri patogen, yaitu: bakteri golongan E. coli
Bakteri Eschericia coli adalah bakteri yang sangat identik dengan pencemaran tinja. Escherichia coli merupakan bakteri yang berasal dari kotoran hewan atau manusia baik sehat maupun sakit.. Oleh karena itu, dikenal juga
dengan istilah koli tinja (Sutrisno,2006).
Air minum tidak boleh mengandung bakteri golongan coli melebihi
batas-batas yang telah ditetukan yaitu 1 coloni/100 ml air. Bakteri golongan coli
ini berasal dari usus besar dan tanah. Air yang mengandung golongan coli
dengan kadar yang melebihi batas yang telah ditentukan, dianggap telah
terkontaminasi dengan kototan manusia. Dengan demikian dalam pemeriksaan
bakteriologi, tidak langsung diperiksa apakah air itu mengandung bakteri
pathogen, tetapi diperiksa dengan indikator bakteri golongan coli
(Sutrisno,2006).
b. Tidak mengandung bakteri non patogen yaitu :Phytoplankton coliform
Bakteri Coliform adalah jenis bakteri yang umum digunakan sebagai
indikator penetuan kualitas sanitasi makanan dan air. Coliform sendiri
sebenarnya bukan penyebab dari penyakit-penyakit bawaan air, namun bakteri
jenis ini mudah untuk dikultur dan keberadaannya dapat digunakan sebagai
indikator keberadaan organisme patogen seperti bakteri lain, virus atau protozoa
yang banyak merupakan parasit yang hidup dalam sistem pencernaan manusia
serta terkandung dalam faeses. Organisme indikator digunakan karena ketika
seseorang terinfeksi oleh bakteri patogen, orang tersebut akan mengekskresi
organisme indikator jutaan kali lebih banyak dari pada organisme patogen. Hal
inilah yang menjadi alasan untuk menyimpulkan bila tingkat keberadaan
organisme indikator rendah maka organisme patogen akan jauh lebih rendah
Bakteri coliform terdapat sangat banyak pada faeses organisme berdarah
panas, dapat juga ditemukan di lingkungan perairan, di tanah dan pada vegetasi.
Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa apabila terdapat bakteri coliform
pada badan air maka badan air tersebut sudah tercemar oleh faeses. Bakteri
coliform dijadikan sebagai bakteri indikator karena tidak pathogen, mudah serta
cepat dikenal dalam tes laboratorium serta dapat dikuantifikasikan, tidak
berkembang biak saat bakteri pathogen tidak berkembang biak, jumlahnya
dapat dikorelasikan dengan probabilitas adanya bakteri pathogen, serta dapat
bertahan lebih lama daripada bakteri pathogen dalam lingkungan yang tidak
menguntungkan (Garneta RB dan Barti SM, 2010)
2.2 Karbon Aktif
Karbon aktif merupakan material amorf berkarbon yang memiliki luas
permukaan yang besar yang dibangun oleh struktur pori internalnya melalui proses
karbonisasi dan aktivasi. Karbon aktif memiliki luas permukaan yang besar sekitar 500
m2/gram bahkan bisa mencapai 1500 m2/gram. Karbon aktif memiliki densitas yang
berbeda - beda. Karbon aktif juga memiliki tingkat kekerasan yang berbeda – beda terhadap tekanan atau geseran tertentu. Perbedaan densitas dan kekerasan karbon aktif
sangat bergantung dari bahan baku dan cara pengaktivannya.(Meilita.T. Sembiring, ST
dan Tuti. S. Sinaga, ST,2003)
Berdasarkan bahan bakunya, jenis – jenis karbon aktif dibedakan atas : (H.Marsh, 2002)
1. Serbuk Kayu Gergaji dan Potongan-potongan Kayu
Bahan baku jenis ini masuk dalam kriteria batasan-batasan layak, dan fleksible
yaitu
a. Mudah untuk diakses dan berkesinambungan, terdapat banyak di Indonesia
sebagai negara yang kaya akan kayu hutan.
b. Bahan ini didapatkan sebagai limbah dari industri pengolahan kayu, baik
industri hulu seperti industri penggergajian kayu, industri kayu lapis maupun
industri hilir seperti industri pembuatan lantai kayu dan industri furniture
c. Kualitas baik, karena kayu yang masuk indusri hulu maupun hilir adalah
kayu yang berkualitas sehingga serbuk yang didapatpun berkualitas.
2. Limbah Kayu
Limbah kayu didapat dari hutan yang sedang direhab dan dihijaukan kembali,
pangkal pohon dan batang-batang kayu yang tersisa, hutan yang terkena proyek
dan sebagainya.
3. Kayu Tanaman Industri
Dalam jangka panjang dapat direncanakan penanaman tanaman kayu khusus
untuk bahan baku industri arang aktif. Dengan cara ini bisa fleksibel, kayu yang
ditanam disesuaikan jenisnya sesuai dengan permintaan pasar karbon aktif type
apa yang pasar inginkan. Bahan baku ini mempunyai sifat dapat di perbaharui (
renewable ).
4. Tempurung Kelapa
Bahan baku ini juga banyak tersedia hampir diseluruh wilayah Republik
Indonesia, walaupun harganya lebih mahal sedikit dari serbuk gergaji tetapi
mempunyai spesifikasi dan density yang bagus. Bahan baku ini juga masuk dalam 3 kriteria yaitu : Kualitas, biaya, dan akses untuk mendapatkan bahan
baku, semua terpenuhi.
5. Bahan baku dari Minyak bumi
Yaitu Residu petrolium, minyak bakar, minyak solar, bitumin dan lain-lain.
6. Arang Sisa dari Industri Arang Briket
Dibandingkan dengan bahan baku yang diatas sisa arang briket adalah tidak
memerlukan proses karbonisasi, tapi ketersediaan bahan baku sangat tergantung
dari industri arang briket terutama kuantitas dan harganya.
Tabel 2.2 Penggunaan Karbon Aktif
No Pemakai Kegunaan Jenis / Mesh
1 Industri obat dan makanan Menyaring penghilangan bau dan rasa
8x30, 325
2 Minuman keras dan ringan Pengilangan warna, bau pada minuman
4x8, 4x12
4 Pembersih air Penghilangan warna, bau, penghilangan resin
5 Budi daya udang Permurnian, penghilangan ammonia, netrine phenol dan logam berat
4x8, 4x12
6 Industri gula Penghilangan zat – zat warna, menyerap proses penyaringan menjadi lebih sempurna
4x8, 4x12
7 Pelarut yang digunakan kembali
Penarikan kembali berbagai pelarut
4x8, 4x12, 8x30
8 Permurnian gas Menghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk asap
4x8, 4x12
9 Katalisator Reaksi katalisator pengangkut vinil chloride, vinil acetat
4x8, 4x30
10 Pengolahan pupuk Permurnian penghilangan bau 8x30
Sumber: Meilita.T. Sembiring, ST dan Tuti. S. Sinaga, ST (2003)
Berdasarkan bentuknya, karbon aktif dapat dibedakan dalam empat golongan yaitu
(Mifbakhuddin, 2010) :
1. Karbon aktif serbuk (powdered activated carbon) berbentuk serbuk dengan ukuran partikel kurang dari 0,8 mm
2. Karbon aktif granular (granular activated carbon), memiliki partikel – partikel yang tidak rata dengan ukuran 0,2 – 0,5 mm
3. Karbon aktif pelet (pelleted activated carbon), berbentuk silinder dengan ukuran diameter 0,8 – 5,0 mm. Karbon aktif ini umumnya digunakan untuk aplikasi dalam fasa gas karena memiliki kandungan debu yang rendah,
tetesan bertekanan rendah tapi memiliki kekuatan mekanis yang tinggi
4. Karbon aktif terlapisi polimer (polimers coated carbon), merupakan pori – pori karbon yang dapat dilapisi dengan biopolimer yang mungkin untuk
menghasilkan suatu karbon yang berguna untuk hemoperfusi yaitu suatu
teknik treatmen di mana ke dalam darah pasien ditekan dengan senyawa
adsorben untuk mengeluarkan senyawa toksik dari dalam darah.
Berdasarkan pori – porinya, karbon aktif dapat dibedakan menjadi tiga jenis
– 25 nm) dan Macro-pores (diameter diatas 25 nm). Karbon tempurung kelapa umumnya terdiri dari micro-pores dan meso-pores dank arena distribusi pori
tersebut, karbon temurung kelapa banyak digunakan di pembersihan fase gas
dan pemurnian air.(Ario Ardianto, 2008).
2.2.1 Karbon Aktif Tempurung Kelapa
Indonesia sebagai negara tropis memiliki sumber daya alam yang sangat
berlimpah seperti buah kelapa (cocos nucifera) yang pemanfaatannya masih
sangat terbuka untuk dikaji dan dikembangkan lebih lanjut untuk dapat
dimanfaatkan secara optimal. Hal ini juga mengingat bahwa meskipun hampir
semua bagian dari buah kelapa telah diambil manfaatnya namun banyak pula
yang terbuang menjadi sampah seperti bagian serabut dan tempurungnya. Salah
satu pemanfaatan tempurung kelapa yang paling banyak digunakan adalah
sebagai bahan bakar arang dan filter air. Arang tempurung kelapa biasanya
diolah lebih lanjut menjadi briket dan karbon aktif hingga saat ini digunakan
oleh masyarakat untuk keperluan rumah tangga, usaha maupun industri.
Dibandingkan dengan bahan arang, karbon aktif lebih praktis, menarik dan
bersih. Pembentukan dan pemanfaatan karbon aktif dari arang tempurung
kelapa memiliki dua keuntungan, yaitu yang pertama dapat menjernikan dan
menyerap bakteri pada air dan keuntungan yang kedua adalah bisa menjadi
salah satu penyelesaian masalah sampah lingkungan karena sumber utama
bahan bakunya merupakan sampah tempurung kelapa (Panwara, 2011 dan
Esmar Budi, 2011)
Jenis tanaman kelapa di Indonesia terdiri dari dua varietas utama, yaitu varietas
genjah (nana variety) dan varietas dalam (typical variety). Dengan semakin berkembangnya ilmu pemuliaan pohon maka dikenal golongan ketiga yaitu golongan
kelapa hibrida. Kelapa hibrida merupakan hasil persilangan antara varietas genjah dan
varietas dalam sehingga dihasilkan sifat-sifat yang baik dari kedua jenis kelapa asal,
seperti terlihat pada Tabel 2.3. Kelapa varietas dalam mempunyai batang yang tinggi
tahun lebih. Kelapa varietas genjah bentuk batangnya ramping dari pangkal sampai ke
ujung, tinggi batangnya 5 meter atau lebih dan dapat berumur 50 tahun atau lebih
(Menristek, 2005).
Tabel 2.3 Karakteristik Kelapa Dalam, Genjah dan Hibrida
Karakteristik Jenis kelapa
Dalam Genjah Hibrida
Produksi kopra pada umur tahun (ton/ha/tahun)
1,0 0,5 6,0 ~ 7,0
Produksi buah (butir/pohon/tahun) 90 140 140
Kadar minyak daging buah Tinggi Rendah Tinggi
Ketahanan terhadap penyakit Kurang Peka Kurang
Umur berbuah (tahun) 6 ~ 7 3 ~ 4 3 ~ 4
Habitus Pohon Tinggi Pendek Sedang
Sumber : Menristek, 2005
Buah kelapa terdiri dari sabut kelapa, tempurung kelapa, daging kelapa
dan air kelapa. Sabut kelapa merupakan bahan berserat dengan ketebalan sekitar
5 cm, dan merupakan bagian terluar dari buah kelapa. Tempurung kelapa
terletak di sebelah dalam sabut, ketebalannya berkisar 35 mm. Ukuran buah
kelapa dipengaruhi oleh ukuran tempurung kelapa yang sangat dipengaruhi oleh
usia dan perkembangan tumbuhan kelapa. Tempurung kelapa beratnya antara
15 – 19 % berat kelapa. (Suhartana, 2006)
Tempurung kelapa selain dapat digunakan sebagai bahan bakar langsung
maupun dalam bentuk arang, dapat juga ditingkatkan kegunaannya di dalam
industri yaitu sebagai bahan abdorbsi setelah diubah menjadi arang aktif atau
karbon aktif. Jadi yang dimaksud dengan arang aktif adalah arang yang
mempunyai kemampuan daya absorbsi lebih tinggi dari arang pada umumnya.
Perlakuan tersebut dapat dilakukan karena arang yang digunakan dalam
pembuatan arang aktif mempunyai komposisi yang tercantum dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Komponen Penyusun Kimiawi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Komponen Persentase (%)
C 74,3
O 21,9
Si 0,2
K 1,4
S 0,5
P 1,7
Sumber : Bledzki,A.K.,dkk (2010)
Secara umum arang aktif dibuat dari arang tempurung dengan
pemanasan pada suhu 600-2000oC pada tekanan tinggi. Pada kondisi ini akan
terbentuk rekahan – rekahan (rongga) halus dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga luas permukaan arang tersebut menjadi besar. Karakteristik secara
umum dari tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 2.5.(Herling D.T, 2009).
Tabel 2.5 Karakteristik secara umum tempurung kelapa
Parameter Persentase (%)
Kadar air (moisture content) Kadar abu (ash content)
Kadar material mudah menguap (volatile matter) Karbon (fixed carbon)
7,8
0,4
18,8
80,8
Sumber:http//www.pdii.lipi.go.id
2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif 1. Metode Tradisional
Pembuatan karbon aktif dengan metode tradisional sangat sederhana yaitu
dengan menggunakan drum atau lubang bawah tanah dengan cara pengolahan
sederhana. Bahan yang hendak dibakar dimasukkan ke dalam drum yang terbuat dari
pelat besi atau lubang yang yang telah disiapkan, kemudian dinyalakan sehingga
Pada saat pembakaran drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang
dibiarkan terbuka, untuk sebagai jalan keluarnya asap, ketika asap yang keluar sudah
berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama lebih kurang 12 jam.
Setelah itu dengan hati-hati tutup drum dibuka dan dicek apakah masih ada bara
yang menyala jika masih ada tutup derum ditutup kembali, tidak dibenarkan
menggunakan air untuk mematikan bara yang sedang menyala karena dapat
menurunkan kualitas karbon yang dihasilkan (Badan Penelitian dan Pengembangan
Kehutanan, 1994).
Pembuatan karbon aktif dengan metode ini biasanya menghasilkan keaktifan
yang rendah bahkan dibawah keaktifan menurut standar industri Indonesia (SII), hal ini
disebabkan proses pembentukan karbon aktif tidak memungkinkan terbentuknya
pori-pori dengan baik.
Pada saat pembakaran, residu-residu yang ada pada bahan dasar berupa
senyawa-senyawa hidrokarbon ikut terbakar tetapi masih ada tersisa dan tetap masih
melekat pada karbon tersebut, residu yang terbakar ini menutupi pori-pori karbon
sehingga menurunkan kualitasnya (Sudrajat, 1993).
2. Metode yang diperbaharui
Metode pembuatan karbon aktif yang diperbaharui dilakukan dengan dua tahap
yaitu tahap pengarangan (karbonisasi) dan tahap pengaktifan (aktivasi), dalam metode
ini bahan baku dipanaskan dengan jumlah udara seminimal mungkin agar rendemen
yang dihasilkan cukup besar. Hasil yang diperoleh dengan metode ini berupa karbon
yang memberi keaktifan dan rendemen yang cukup besar.
Sembiring (2003) mengemukakan secara umum dan sederhana proses
pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap, yaitu :
1. Dehidrasi yaitu proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai
temperatur 170 ºC.
2. Karbonisasi yaitu pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu di atas
170 ºC akan menghasilkan CO, CO2. Hasil dari proses karbonisasi biasanya masih
yang terperangkap dalam karbon sehingga menutupi karbon aktif dan membatasi
daya adsorpsi dari karbon tersebut karena masih berikatan dengan volatile dan tar
3. Aktivasi yaitu dekomposisi ter dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO dan asam asetat. Pada suhu 275 ºC, dekomposisi menghasilkan ter, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur
400-600 ºC sebagai aktivator.
Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku
yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang
yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan
hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami
perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar
dan berpengaruh terhadap daya adsorbsi.
Singgih H dan Ratnawati (2010) mengemukakan metode aktivasi yang umum
digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah :
1. Aktivasi kimia
Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik
dengan pemakaian bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah
bahan-bahan kimia seperti hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat, klorida,
sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl
2, asam-asam anorganik
seperti H
2SO4 dan H3PO4.
2. Aktivasi Fisika
Aktifasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik
dengan bantuan panas, uap dan CO
2. Umumnya arang dipanaskan di dalam tanur
pada temperatur 800-900 ºC. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah
merupakan reaksi isotherm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan
pemanasan dengan uap atau CO
2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi
Sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada
beberapa faktor yang mempengaruhi daya adsorpsi (Sembiring, 2003)., yaitu : 1. Sifat Adsorben
Karbon aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian
besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berkaitan secara kovalen.
Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan
polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur
pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif
mengakibatkan semakin besar luas permukaannya. Dengan demikian kecepatan
adsorbsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi, dianjurkan agar
menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis arang aktif yang
digunakan juga harus diperhatikan.
2. Sifat Serapan
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk
mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorbsi akan bertambah
besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari struktur yang sama,
seperti deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus
fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.
3. Temperatur
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat
berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorbsi
adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak
mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun
dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatile, adsorbsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur
yang lebih rendah.
4. pH (Derajat Keasaman)
Untuk asam-asam organik, adsorbsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu
dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam
organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorbsi akan berkurang
sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Kontak
Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai
kesetimbangan. Pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan
dimaksudkan untuk memberikan kesempatan pada partikel arang aktif untuk
bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas
tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama (Sembiring, 2003).
Semakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan
molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Konsentrasi zat-zat organik dan logam dalam
air akan turun apabila kontaknya cukup. Waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit.
2.2.3 Standar Kualitas Karbon Aktif
Kualitas karbon aktif tergantung jenis bahan baku, teknologi pengolahan, cara
pengerjaan dan ketepatan penggunaannya. Oleh karena itu, bagi produsen karbon aktif
yang perlu diketahui adalah kualitas apa yang ingin dihasilkan dengan menggunakan
bahan baku yang ada, serta untuk apa tujuan karbon aktif tersebut.
Berbagai versi standar kualitas karbon aktif telah dibuat oleh negara maju
seperti Amerika, Inggris, Korea, Jepang dan Jerman. Indonesia telah membuat
pula standar mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia yaitu SII
0258 – 79 yang kemudian direvisi menjadi SNI 06 - 3730 – 1995. Meskipun
demikian, beberapa industri atau instansi membuat persyaratan sendiri dalam
menerima kualitas karbon aktif yang ditawarkan, misalnya persyaratan kualitas
menurut Kementerian Kesehatan, persyaratan kualitas bagi pengolahan minyak
bekas, untuk industri gula, monosodium glutamat, dan lain-lain. Berikut ini
Tabel 2.6 Syarat Mutu Arang Aktif Berdasarkan SII – 0258 – 79
Uraian Persyaratan Kualitas
Bagian yang hilang pada pemanasan 950oC Air
Abu
Bagian yang tidak diperarang Daya serap terhadap larutan I2
Maks. 15% Maks. 10% Maks. 2,5% Tidak ternyata
Min. 20%
Sumber :Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SII. 0258-79. Departemen Perindustrian. Jakarta, 1979.
Tabel 2.7 Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI no. 06 -3730 -1995
No Uraian Satuan Pesyaratan
Bagian yang hilang pada pemanasan 950o C Air Daya serap terhadap biru metilen Berat jenis curah
Sumber : Arang Aktif Teknis SNI 06-3730-1995. Badan Standardisasi Nasional. Jakarta, 1995
Tabel 2.8 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut Departemen Kesehatan
Uraian Syarat Kualitas
Struktur halus, bebas dari butiran hitam, tidak berbau dan tidak berasa
Maks. 10% 5.0 – 8.0
Tidak larut dalam air atau alkohol 95% Maks. 50 ppm
Sumber : Mutu arang aktif kulit kayu A. mangium Wild pada dua cara pengeringan. Farmakope Indonesia. Edisi kedua. ISBN:1749406705. Departemen Kesehatan
RI. Jakarta, 1972
2.2.4 Pengujian Kualitas Karbon Aktif
Pengujian kualitas karbon aktif dilakukan terhadap kadar air dan
beberapa faktor yang dapat dijalankan sebagai penentu mutu karbon aktif yang
dihasilkan. Metode pengujian didasarkan pada standard SNI No. 06-3730-1995
pengujiannya meliputi :
1. Kadar air
Kadar air tempurung kelapa sangat menentukan kualitas karbon yang
dihasilkan. Karbon aktif dengan nilai kadar air rendah akan memiliki pori – pori
yang kecil, sehingga karbon yang dihasilkan dari jenis tempurung kelapa
memiliki kadar air rendah. Penetapan kadar air karbon aktif bertujuan untuk
mengetahui jumlah kadar air yang teruapkan pada karbon aktif yang dihasilkan
setelah melalui proses aktivasi. Prosedur perhitungan kadar air karbon aktif
tempurung kelapa menggunakan standar SNI No. 06-3730-1995 dengan rumus :
...(2.1)
dimana :
a = Sampel awal ( gram )
b = Sampel hasil penyusutan ( gram )
2. Kadar zat mudah menguap
Besarnya suhu yang digunakan dalam proses pembuatan karbon aktif akan
mempengaruhi kadar zat mudah menguap. Semakin tinggi suhu yang digunakan
mengakibatkan semakin rendahnya kadar zat mudah menguap pada karbon
yang dihasilkan. Penetapan kadar zat mudah menguap bertujuan mengetahui
jumlah zat atau senyawa yang belum menguap pada proses karbonisasi dan
aktivasi. Perhitungan kadar zat mudah menguap menggunakan standar SNI No.
06-3730-1995 dengan rumus :
dimana :
a = Massa sampel sebelum pemanasan (gram)
b = Massa sampel setelah pemanasan (gram)
3. Kadar abu
Abu adalah bahan yang tersisa apabila karbon dipanaskan hingga massa konstan.
Kadar abu ini sebanding dengan kandungan bahan anorganik di dalam karbon aktif.
Penetapan kadar abu bertujuan untuk mengetahui kandungan oksida logam dalam
karbon aktif. Kadar abu merupakan sisa dari pembakaran yang sudah tidak memiliki
unsur karbon lagi. Nilai kadar abu menunjukkan jumlah sisa dari akhir proses
pembakaran berupa zat – zat mineral yang tidak hilang selama proses
pembakaran.(Sudrajat R, 2002 dalam Moh Ashari Y, 2013). Perhitungan kadar abu
karbon aktif menggunakan standar SNI No. 06-3730-1995 dengan rumus :
...(2.3)
dimana :
a = Massa sampel awal (gram)
b = Massa abu total (gram)
4. Kadar karbon
Fraksi karbon dalam arang aktif adalah hasil dari proses pengarangan selain
abu, air dan zat – zat yang mudah menguap. Jenis tempurung sangat
berpengaruh pada besarnya nilai karbon dalam arang aktif, karena perbedaan
kandungan kimia dalam jenis tempurung kelapa. Penentuan kadar karbon
terikat bertujuan untuk mengetahui kandungan karbon setelah proses
karbonisasi dan aktivasi. Perhitungan kadar karbon menggunakan standar SNI
No. 06-3730-1995 dengan rumus :
...(2.4)
5. Daya serap
Persentase berat air yang mampu diserap karbon aktif di dalam air disebut daya
sampel yang ada. Pengujian daya serap ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005.
Pengujian daya serap air (Water absorbtion) dilakukan pada masing-masing sampel pengeringan. Lama perendaman dalam air adalah selama 24 jam dalam suhu kamar.
Massa awal sebelum dan sesudah direndam diukur. Untuk mendapatan nilai
penyerapan air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
...(2.5)
dimana :
Mb = Massa sampel dalam keadaan basah (gr)
Mk = Massa sampel dalam keadaan kering (gr)
2.2.5 Analisis SEM (Scanning Electron Microscopy)
Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan sejenis mikroskop yang menggunakan electron sebagai pengganti cahaya untuk melihat benda dengan resolusi
tinggi. Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui mikrostruktur (termasuk porositas
dan bentuk retakan) benda padat. Berkas sinar electron dihasilkan dari filament yang
dipanaskan disebut electron gun.
Sistem penyinaran dan lensa SEM sama dengan mikroskop cahaya biasa. Pada
pengamatan yang menggunakan SEM lapisan cuplikan harus bersifat konduktif agar
dapat memantulkan berkas electron dan mengalirkannya ke ground. Bila lapisan cuplikan tidak bersifat konduktif maka perlu dilapisi dengan emas. (Budi G dan Citra
DA, 2007).
2.3 Filtrasi
Filtrasi merupakan pemisahan koloid atau partikel padat dari fluida
dengan menggunakan media penyaringan atau saringan. Air yang mengandung
suatu padatan atau koloid dilewatkan pada media saring dengan ukuran
pori-pori yang lebih kecil dari ukuran suatu padatan tersebut. Hal yang paling utama
dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui media berpori. Filtrasi dapat
terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ; gravitasi, tekanan dan gaya
Pokok-pokok bagian yang perlu dikakukan dalam perencanaan proses
filtrasi yaitu : (Jannati, Deby dan Shona Mazia. 2009)
1. Ukuran dan kedalaman media penyaring
Media penyaring yang digunakan adalah bak filter. Bak ini merupakan
tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung debit
pengolahan (minimum menggunakan dua bak).
2. Media filter.
Media filter adalah bahan berbutir/granular yang mempunyai pori-pori. Air mengalir diantara pori-pori dan butiran maka terjadilah proses penyaringan disini.
Media dapat tersusun oleh satu macam bahan (single media), dua macam (dual media), atau banyak media (multi media).
Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi :
a. Seragam (uniform)
b. Gradasi (stratified)
c. Tercampur (mixed)
3. Under Drain
Underdain merupakan bahan sistem pengaliran air yang telah melewati proses
filtrasi yang terletak di bawah media filter. Fungsi under drain :
a. Untuk mengalirkan air hasil penyaringan (air bersih) dan dialirkan ke clear
well.
b. Untuk mendistribusikan air keperluan back wash merata keseluruh media
pasir.
Filter Karbon
Filter karbon merupakan metode karbon aktif dengan media granular
(Granular Activated Carbon) merupakan proses filtrasi yang berfungsi untuk
menghilangkan bahan-bahan organik, desinfeksi, serta menghilangkan bau dan
rasa yang disebabkan oleh senyawa-senyawa organik. Selain fungsi tersebut
juga digunakan untuk menyisihkan senyawa-senyawa organic dan menyisihkan
