Abstrak—Proses solidifikasi/stabilisasi (S/S) merupakan salah satu alternatif pengolahan limbah B-3, terutama limbah mengandung logam berat. Proses S/S pada umumnya menggunakan semen sebagai agen solidifikasi. Penambahan pozzolan alam dapat mengurangi penggunaan semen guna menekan biaya pengolahan. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh penambahan lumpur berminyak ke dalam campuran semen dan bentonit terhadap mutu produk S/S limbah mengandung Cu. Limbah mengandung Cu dicampur dengan semen portland tipe 1 dan bentonit serta lumpur berminyak dalam cetakan kubus ukuran 5 x 5 x 5 cm. 50% semen dan 50% bentonit dicampur rata, selanjutnya ditambahkan lumpur berminyak dengan variasi komposisi semen dan bentonit : lumpur sebesar 85:15, 70:30, 55:45, 40:60. Selanjutnya dilakukan uji mutu hasil S/S dengan uji kuat tekan dan uji Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP).
Konsentrasi Cu dalam benda hasil S/S diukur dengan metode Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Hasil penelitian menunjukkan terjadi 2 kali penurunan nilai kuat tekan pada benda uji dibandingkan kontrol, saat penambahan 15% lumpur ke dalam campuran. Nilai kuat tekan benda kontrol sebesar 591 ton/m2, sedangkan nilai kuat tekan benda uji mengandung 15% lumpur sebesar 323 ton/m2. Kuat tekan minimum hasil S/S berdasarkan baku mutu sebesar 10 ton/m2. Penambahan lumpur berminyak ke dalam campuran semen dan bentonit tidak berpengaruh signifikan terhadap hasil uji TCLP.
Kata Kunci—bentonit, lumpur berminyak, semen portland, solidifikasi, tembaga.
I. PENDAHULUAN
anyak industri yang membuang limbahnya langsung ke lingkungan tanpa pengolahan terlebih dahulu. Limbah yang berasal dari industri sangat berbahaya, khususnya limbah yang mengandung logam berat, seperti krom, timbal, tembaga, kadmium, besi dan logam berat lainnya [1]. Logam berat banyak terdapat pada limbah industri, misalnya industri elektroplating, metalurgi, smelting, limbah lumpur minyak bumi dan tekstil [2]. Pencemaran lingkungan oleh minyak bumi dan turunannya merupakan masalah serius di seluruh dunia. Sejumlah besar hidrokarbon dibuang ke dalam air dan tanah akibat dari kebocoran pipa, kecelakaan transportasi, dan pecahnya
tangki penyimpanan [3]. Menurut Paria dan Yuet [4], solidifikasi/stabilisasi (S/S) limbah menggunakan semen merupakan salah satu alternatif pengolahan limbah dengan tujuan mengurangi pencemaran lingkungan. Semen, kapur, silika terlarut merupakan bahan yang sering digunakan pada solidifikasi/stabilisasi limbah. Jenis pozzolan alam menurut Segui [5] antara lain tufa, pumice, debu vulkanis, diatomaceous earth, bentonit dan opaline shale.
Keberadaan bentonit tersebar di pulau-pulau besar Indonesia, diantaranya Pulau Jawa, Pulau Sumatera, Pulau Kalimantan dan Pulau Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta ton [6]. Namun, penggunaan tanah bentonit di Indonesia masih bernilai rendah. Bentonit dapat digunakan secara langsung untuk pelumas pengeboran minyak, peletisasi biji besi, pemurnian air buangan, bahan bangunan dan cetakan pelelehan biji mineral [7]. Berdasarkan penelitian Ezziane [8]
penambahan pozzolan alam pada semen dapat meningkatkan kuat tekan mortar. Beberapa studi menunjukkan bahwa pozzolan alam banyak digunakan sebagai pengganti semen portland dalam berbagai aplikasi karena biayanya lebih murah, dapat mengurangi panas, dan meningkatkan ketahanan kimia [9]. Kebutuhan semen yang banyak dalam proses S/S akan membutuhkan biaya pengolahan yang lebih tinggi. Dengan demikian, perlu diadakan penelitian lebih lanjut yang bertujuan untuk menganalisis pengaruh penambahan lumpur organik terhadap proses S/S limbah mengandung Cu.
II. METODEPENELITIAN A. Alat dan Bahan Penelitian
Limbah lumpur berminyak berasal dari proses pembersihan workshop PT Pamapersada Nusantara, site Tutupan, Kalimantan Selatan. Semen portland tipe 1 diproduksi oleh PT Semen Gresik. Tanah bentonit dikemas oleh PT Brataco. Limbah buatan didapatkan dengan melarutkan CuSO4 dalam aquades. Alat yang diperlukan yaitu mixer/ alat pengaduk, rotary agitator model SO192, alat pengukur kuat tekan Toorse Universal Testing Machine Type RAT-200, dan spektrofotometer AAS Buck Scientific Model 210 VGP.
B. Reaktor Penelitian
Reaktor yang digunakan berupa cetakan kubus (specimen mold) berukuran 5 x 5 x 5 cm. Cetakan diisi dengan campuran semen portland, tanah bentonit, limbah lumpur berminyak, serta limbah buatan dengan komposisi
Stabilisasi Limbah Mengandung Cu dengan Campuran Semen Portland dan Bentonit
Komang Ritayani dan Yulinah Trihadiningrum
Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: yulinah_t@enviro.its.ac.id
B
masing-masing bahan yang bervariasi. Cetakan dan benda uji hasil proses S/S dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.
Gambar 1. Cetakan benda uji Gambar 2. Benda S/S C. Pelaksanaan Penelitian
Penelitian dilaksanakan selama 60 hari dengan empat variasi komposisi dan tiga kali ulangan untuk setiap sampel (triplo). Pada awal penelitian, ditentukan kadar Cu pada limbah lumpur berminyak, semen, dan bentonit dimana diperoleh hasil masing-masing yaitu sebanyak 0,07 mg/L;
0,02 mg/L; 12,4 mg/L. Ditentukan komposisi lumpur yang ditambahkan pada campuran semen dan bentonit, yang dilanjutkan dengan proses S/S limbah lumpur berminyak untuk mendapatkan kandungan Cu dalam benda uji sebesar 1000 mg/kg. Kadar air benda uji hasil proses S/S dipertahankan melalui proses curing selama 28 hari, dengan menyemprotkan air ke benda uji. Komposisi semen dan bentonit : lumpur, serta massa kristal CuSO4 yang dimasukkan ke dalam campuran dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Penambahan CuSO4 pada campuran
Sampe l
Komposisi (gram)
Kandungan Cu (gram)
Massa CuSO4
(gram) semen
dan bentoni
t
lumpu r
semen dan bentoni
t
lumpu r
W 255 45 0,00023 0,0112 1,1421
X 210 90 0,00019 0,0223 1,1310
Y 165 135 0,00015 0,0334 1,1199 Z 120 180 0,00011 0,0446 1,1088
D. Analisis Parameter
Analisis parameter dilakukan pada sampel benda uji maupun benda kontrol. Parameter yang diukur pada setiap sampel adalah nilai kuat tekan dan kandungan Cu dalam sampel melalui uji TCLP. Pengukuran nilai kuat tekan yang dimiliki sampel benda uji maupun benda kontrol dilakukan setelah 28 hari waktu curing. Uji TCLP dilakukan segera setelah dilakukan uji kuat tekan terhadap sampel. Metode analisis yang digunakan untuk mengukur kandungan Cu pada sampel hasil proses S/S adalah metode AAS.
III. HASILDANPEMBAHASAN A. Uji Kuat Tekan
Kuat tekan merupakan besarnya beban yang dapat diterima oleh suatu benda per satuan luas (Mulyono, 2004).
Menurut keputusan kepala BAPEDAL No. 09 Tahun 1995
tentang Persyaratan Teknis Pengolahan Limbah Bahaya dan Beracun, kuat tekan minimum yang diterima benda hasil solidifikasi adalah 10 ton/m2. Alat yang digunakan untuk uji kuat tekan adalah Universal Testing Machine.
Sebelum dilakukan pengujian kuat tekan benda uji ditimbang terlebih dahulu dan diukur luas bidang tekannya.
Nilai kuat tekan yang dimiliki benda kontrol sebesar 591 ton/m2.Nilai kuat tekan benda uji disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai kuat tekan benda uji Sampel
Kuat Tekan (ton/m2)
Standar Kuat Tekan (ton/m2)
Rata-rata Kuat tekan
(ton/m2)
W
W1 328 10
W2 320 10 323
W3 320 10
X
X1 672 10
X2 660 10 660
X3 648 10
Y
Y1 200 10
Y2 216 10 204
Y3 196 10
Z
Z1 152 10
Z2 144 10 141
Z3 128 10
Keterangan:
W = Komposisi semen dan bentonit : lumpur 85:15 X = Komposisi semen dan bentonit : lumpur 70:30 Y = Komposisi semen dan bentonit : lumpur 55:45 Z = Komposisi semen dan bentonit : lumpur 40:60
Dilakukan proses pengolahan data dari rata-rata kuat tekan pada Tabel 2 untuk memastikan ada atau tidaknya data diluar perkiraan atau outlier. Penentuan data outlier berikut ini dilakukan dengan mencari rentang nilai yang diizinkan dapat dihitung menggunakan rata-rata dan standar deviasi. Hasil perhitungan standar deviasi dan rentang data dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil perhitungan rentang nilai kuat tekan Kuat
tekan
Rata-rata kuat tekan
Standar deviasi masing-masing
data (a)
a^2
323 332 -9,33333 87,11111
660 332 328 107584
204 332 -128 16384
141 332 -190,667 36353,78
total (b) 160408,9
b/(n-1) 53469,63
standar deviasi 231,235
batas atas 563,235
batas bawah 100,765
Rentang nilai kuat tekan yang diizinkan berkisar antara 100,765 ton/m2 hingga 563,235 ton/m2. Dengan demikian nilai kuat tekan sebesar 660 ton/m2 yang dimiliki oleh sampel X dinyatakan sebagai data outlier atau di luar perkiraan sehingga tidak disertakan ke dalam analisis.
Kurva trendline nilai kuat tekan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Trendline nilai kuat tekan benda uji Cenderung terjadi penurunan kuat tekan ketika penambahan lumpur ke dalam campuran semen dan bentonit semakin banyak. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2. Penambahan lumpur berpengaruh signifikan terhadap menurunnya nilai kuat tekan benda uji. Nilai kuat tekan tertinggi diterima benda uji W dengan komposisi semen bentonit : lumpur 85:15 yaitu berkisar antara 320 ton/m2 hingga 328 ton/m2 dengan rata-rata kuat tekan 323 ton/m2. Sedangkan benda uji dengan kuat tekan terendah adalah sampel Z dengan komposisi semen bentonit : lumpur 40:60 yaitu berkisar antara 128 ton/m2 hingga 152 ton/m2 dengan rerata 141 ton/m2. Semua benda hasil proses S/S dengan variasi komposisi campuran semen dan bentonit : lumpur telah memenuhi kuat tekan minimum yang diizinkan sebesar 10 ton/m2.
Berdasarkan persamaan regresi yang berasal dari trendline dapat diperkirakan komposisi campuran yang menghasilkan nilai kuat tekan di bawah standar baku mutu kuat tekan. Misalkan nilai kuat tekan di bawah standar baku mutu yang dipilih adalah 9,9 ton/m2.
Persamaan regresi: y = -3,9x + 343,5; dimana y merupakan nilai kuat tekan (ton/m2) dan x adalah komposisi bentonit (dalam persen).
9,9 = -3,9 x + 343,5 x = (343,5-9,9) : 3,9 x = 85,54 %
Misalkan x = 85%, maka:
y = -3,9 (85) + 343,5 = 12 ton/m2 (memenuhi baku mutu)
Dari perhitungan tersebut dapat diperkirakan komposisi lumpur optimum yang dapat ditambahkan ke dalam campuran adalah 85%.
Hampir semua zat organik merupakan penghambat dalam proses setting semen. Zat organik menghambat proses setting semen dengan membentuk layer/ lapisan pelindung di sekitar butiran semen, sehingga menghambat pembentukan kalsium hidroksida [10]. Dengan demikian, adanya zat organik dalam lumpur berminyak, dapat
mengganggu proses hidrasi semen yang berdampak pada menurunnya nilai kuat tekan benda uji [4]. Penentuan pengaruh variasi komposisi lumpur terhadap nilai kuat tekan dilakukan dengan analisis statistik metode Anova.
Hasil analisis pengaruh penambahan lumpur organik terhadap kuat tekan dapat dilihat pada Tabel 4.
Melalui analisis statistik dengan metode Anova uji hipotesis dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan menentukan nilai F atau Signifikansi. Nilai F pada tabel diperoleh dari perhitungan melibatkan nilai mean square dan df. Mean square merupakan hasil dari sum of squares dibagi degan df (jumlah sampel). Selanjutnya nilai F hasil analisis Anova dapat dibandingkan dengan nilai F yang telah tercantum pada tabel distribusi. Apabila nilai F sampel hasil analisis lebih dari nilai F pada tabel distribusi maka kesimpulannya adalah tolak H0/ pernyataan (tidak sesuai dengan hipotesis).
Tabel 4. Hasil analisis hasil uji kuat tekan metode Anova
Berdasarkan signifikansi, hasil uji statistik ini dilihat dari nilai α. Apabila nilai signifikansi (α) kurang dari 0,05 maka kesimpulannya tolak H0. Dalam hal ini H0 adalah kuat tekan semua sampel sama. Dari hasil analisis diperoleh α sampel sebesar 0,00 (<0,05) sehingga kesimpulan tidak sesuai pernyataan. Hal ini dipertegas dengan hasil uji laboratorium yang menunjukkan adanya perbedaan nilai kuat tekan pada setiap sampel dengan komposisi campuran berbeda. Perbedaan nilai kuat tekan ini menunjukkan adanya pengaruh variasi komposisi terhadap uji yang dilakukan. Sebaliknya, jika nilai signifikan lebih dari 0,05 maka tidak terjadi pengaruh yang signifikan terhadap benda uji.
B. Uji TCLP
Uji TCLP dilakukan untuk mengetahui kandungan logam berat dalam benda hasil solidifikasi. Kadar Cu dalam sampel dapat ditentukan dengan menggunakan spektrofotometer AAS. Kadar Cu maksimum yang diizinkan ada pada cairan ekstraksi sampel menurut PP RI No. 85 Tahun1999 sebesar 10 mg/L. Prosedur uji TCLP disesuaikan dengan US-EPA method 1311. Sampel diayak hingga lolos saringan 10 mm. Dimasukkan 5 mg sampel ke dalam beaker glass, ditaambahkan 96,5 ml aquades dan diaduk selama 5 menit. Penambahan cairan ekstraksi sebanyak 20 kali berat padatan. Cairan ekstraksi dibuat dengan menambahkan CH3COOH ke dalam aquades hingga pH 2,88 ± 0,05. Rotasi dan agitasi dengan kecepatan 300 rpm, dilakukan selama18 ±2 jam. Sampel
disaring melalui saringan borosilicate 0,8 µm selanjutnya filtrat dianalisis dengan metode AAS.
Prinsip pengukuran Cu dengan metoda AAS ini adalah dengan membaca banyaknya sinar yang diserap oleh unsur Cu dalam keadaan bebas. Diperlukan pemanasan hingga suhu tertentu sehingga unsur berada dalam keadaan bebas. Lampu katoda untuk analisis Cu memiliki panjang gelombang 324,7 nm. Secara umum, diasumsikan bahwa mobilitas logam relatif rendah dalam suasana pH yang tinggi. Sebagai contoh adalah hujan asam yang dapat menurunkan stabilitas dari proses peluluhan bentuk limbah.
Hasil uji TCLP disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5. Kandungan Cu hasil uji TCLP Sampel Konsentrasi
Cu (mg/L)
Rata-rata Konsentrasi
Cu (mg/L)
Baku Mutu (mg/L) W
W1 0,15
0,15
10
W2 0,15 10
W3 0,15 10
X
X1 0,17
0,17
10
X2 0,17 10
X3 0,17 10
Y
Y1 0,18
0,18
10
Y2 0,18 10
Y3 0,18 10
Z
Z1 0,19
0,19
10
Z2 0,19 10
Z3 0,19 10
Hasil uji TCLP menunjukkan konsentrasi Cu dalam cairan ekstraksi berkisar antara 0,15 mg/L sampai 0,19 mg/L. Kandungan Cu tertinggi dalam larutan sampel Z (40% campuran semen dan bentonit : 60% lumpur).
Berdasarkan PP RI No. 85 tahun 1999 baku mutu TCLP zat pencemar dalam limbah untuk Cu sebesar 10 mg/L.
Dengan demikian, semua sampel yang telah diekstraksi masih memenuhi baku mutu yang ditetapkan. Kurva trendline nilai TCLP disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Trendline hasil uji TCLP benda uji
Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa semakin banyak kandungan lumpur dalam benda uji semakin tinggi pula kadar Cu dalam benda uji tersebut. Hal ini disebabkan adanya kandungan organik yang semakin banyak dalam benda S/S akan berdampak pada berkurangnya daya adsorpsi terhadap Cu. Pengaruh penambahan lumpur organik terhadap hasil uji TCLP dapat dilihat dengan analisis statistik metode Anova. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil analisis hasil uji TCLP metode Anova
Penambahan lumpur tidak menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap hasil uji TCLP. Hal ini dikarenakan konsentrasi Cu hasil uji TCLP pada masing- masing sampel hampir sama (perbedaan konsentrasi Cu tidak signifikan). Tidak munculnya nilai F dan signifikansi pada tabel hasil analisis diakibatkan perbedaan nilai hasil uji TCLP yang sangat kecil. Selama proses S/S dalam penelitian ini terjadi pengikatan ion-ion logam berat pada bagian permukaan bentonit melalui mekanisme tukar ion.
Pemanfaatan bentonit sebagai bahan penukar ion didasarkan pada sifat permukaan bentonit yang bermuatan negatif. Dengan demikian, kation-kation dapat terikat secara elektrostatis pada permukaan bentonit [11].
Sementara itu, semen portland berfungsi sebagai pengikat butiran-butiran agregat dan mengisi rongga udara diantara butiran agregat tersebut. Proses S/S tersebut mengakibatkan peluluhan ion logam sangat kecil karena sebagian besar ion logam tertahan dalam benda hasil proses S/S.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa penambahan lumpur berminyak berpengaruh signifikan terhadap nilai kuat tekan hasil solidifikasi limbah mengandung Cu. Namun tidak berpengaruh signifikan terhadap uji TCLP.
Penambahan 15% lumpur ke dalam campuran mengakibatkan penurunan kuat tekan pada benda uji hingga 2 kali dibandingkan benda kontrol.
UCAPANTERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finansial melalui Beasiswa Bidik Misi tahun 2010-2014. Terima kasih kepada Ibu Masrullita atas bantuan dana yang diberikan sehingga penelitian ini dapat dilaksanakan. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada dosen pembimbing Prof. Dr. Yulinah Trihadiningrum, M.App.Sc. yang telah membimbing penulis selama penelitian berlangsung.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Rahmah, R., dan Side S. 2011. Kapasitas Adsorpsi Tanah Diatomeae (Diatomaceous Earth) terhadap Ion Kromium (VI). Jurnal Chemical, Vo/. 12 Nomor 1, 60– 66.
[2] Jamhari. 2009. Reduksi Logam Berat Hg, Ag, dan Cr Limbah Laboratorium Menggunakan Metode Presipitasi dan Adsorpsi.
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.
[3] Mrayyan, J.R dan Battikhi, M.N. 2005. Biodegradation of Total Organic Carbons in Jordanian Petroleum Sludge. Journal of Hazardous Materials, 120, 127-134.
[4] Paria, S., dan Yuet, K. 2006. Stabilization of Organic and Inorganic Contaminants Using Portland Cement: A Literature Review.
Environmental Reviews, 2006, Vol 14, P 217-255.
[5] Segui, P., Aubert, J.E., Husson, B., dan Measson, M. 2013. Utilization of A Natural Pozzolan as The Main Component of Hydraulic Road Binder. Construction and Building Materials, 40 (2013) 217–223.
[6] Fisli, A., Sumardjo, dan Mujinem. 2008. Isolasi dan Karakterisasi Montmorillonite dari Bentonit Sukabumi. Indonesian Journal of Materials Science. Vol. 10, No. 1, 12 – 17.
[7] George, L., Gaines, J., dan Henry, C. 2004. Adsorption Studies on Clay Minerals. II. A Formulation of the Thermodynamics of Exchange Adsorption. The Journal of Chemical Physics21, 714 (1953).
[8] Ezziane, K., Bougara, A., Kadri, A., Khelafi, H., dan Kadri, E. 2007.
Compressive Strength of Mortar Containing Natural Pozzolan under Various Curing Temperature. Cement & Concrete Composites 29 (2007) 587–593.
[9] Ghricia, M., Kenai, S., dan Mansour, M.S. 2007. Mechanical Properties and Durability of Mortar and Concrete Containing Natural Pozzolana and Limestone Blended Cements. Cement & Concrete Composites 29 (2007) 542–549.
[10] Sora, I.N., Pelosato, R., Batto, D., dan Dotelli, G. 2002. Chemistry and Microstructure of Cement Pastes Admixed with Organic Liquids.
Europan Ceramic Soc. 22: 1463-1473.
[11] Li, J., Hu, J., Sheng, G., Zhao, G., dan Huang, Q. 2009. Effect of pH, Ionic Strength, Foreign Ions and Temperature on The Adsorption of Cu(II) from Aqueous Solution to GMZ Bentonite. Elsevier. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspect. Vol. 349, 195-201.
