PEMBUATAN FILTER GANDA MANGAN-ZEOLIT DAN ARANG AKTIF
TEMPURUNG LONTAR ASAL NTT UNTUK MENURUNKAN KADAR LOGAM
Fe DAN Mn DALAM LIMBAH CUCIAN MANGAN DI DESA NOEBESA
KABUPATEN TIMOR TENGAH SELATAN
Arkadius Andrianto Goa*, Imanuel Gauru*, Anna Apriani Maniuk Solo*, Janrigo Klaumegio Mere* *Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana
Jl. Adisucipto-Penfui Kupang, Telp.(0380)8037977 E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Telah dibuat filter ganda mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar yang digunakan untuk menurunkan kadar Fe dan Mn dalam limbah cucian mangan di Desa Noebesa Kecamatan Amanuban Tengah Kabupaten Timor Tengah Selatan. Dalam penelitian ini, digunakan dua media filter yaitu media filter mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar. Analisis sampel limbah cucian mangan dilakukan dengan mengalirkan air limbah cucian mangan ke dalam media filter mangan - zeolit, media filter arang aktif tempurung lontar, dan kombinasi media filter mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar. Kadar mangan (Mn) dan Besi (Fe) dalam sampel diukur menggunakan Spektroskopi Serapan Atom (SSA). Dari hasil penelitian terlihat bahwa terjadi perubahan sifat fisik dan konsentrasi Mn dan Fe dari air limbah cucian setelah dikontakan dengan media filter. Konsentrasi awal Mn dan Fe dalam sampel sebesar 0,2072 mg/L dan 1,1352 mg/L, setelah melewati ketiga media filter maka konsentrasi Mn dan Fe mengalami penurunan sebesar 0,0224 dan 0,0742 (media filter mangan - zeolit); 0,0695 dan 0,2553 (media filter arang aktif tempurung lontar); 0,0203 dan 0,0544 (kombinasi media filter mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar).Adapun efisiensi penurunan logam Mn dan Fe dalam sampel sebesar 89,19 % dan 93,46 % (media filter mangan - zeolit); 66,46 % dan 77,51 % (media filter arang aktif tempurung lontar); 90,20 % dan 95,21 % (kombinasi media filter mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar).
Kata Kunci : Filter Ganda, Mangan - Zeolit, Arang Aktif
1. Pendahuluan
Menurut Badan Pusat Statistik tahun 2013, terjadi peningkatan industri pertambangan di Nusa Tenggara Timur khususnya di Kabupaten Timor Tengah Selatan (TTS) dari 1,39 % pada tahun 2011 menjadi 1,49% pada tahun 2012. Peningkatan ini tentunya akan berdampak pada kondisi lingkungan di sekitar area pertambangan. Meningkatnya aktivitas industri dapat menyebabkan permasalahan lingkungan seperti yang terjadi pada industri pertambangan mangan, karena limbah hasil pencucian mangan yang tidak diolah dengan baik sebelum dibuang dapat mengkontaminasi air dan tanah.
Di Desa Noebesa Kabupaten TTS merupakan salah satu sentral pertambangan mangan, dimana pencucian batu mangan masih dilakukan secara tradisional oleh masyarakat setempat. Biasanya masyarakat menggunakan air dari waduk atau sungai untuk mencuci batu mangan, sehingga diduga air disekitar sungai atau waduk tercemar.
Banyak teknologi yang digunakan untuk menurukan kadar logam pada perairan yang tercemar. Pada umumnya menggunakan zeolit dan arang aktif sebagai filter untuk menurunkan kadar logam di air. Oleh karena itu pada penelitian ini dibuat sebuah alat filter ganda yang merupakan kombinasi antara zeolit
dan arang aktif untuk menurunkan kadar logam pada air yang tercemar.
Zeolit yang digunakan sebagai filter diambil dari Ende, kemudian dimodifikasi menjadi mangan -zeolit. Mangan - Zeolit adalah zeolit sintetis yang permukaannya dilapisi oleh mangan oksida tinggi yang secara umum rumus molekulnya adalah
K2Z.MnO.Mn2O7. Mangan - Zeolit berfungsi sebagai
katalis dan dapat menurunkan konsentrasi logam berat khususnya Fe dan Mn. Menurut penelitian yang dilakukan Sari dan Karnaningrom (2010), mangan zeolit dapat menurunkan konsentrasi Fe dan Mn dengan efisiensi penurunan sebesar 39,4 % dan 40,1 % karena mangan - zeolit memiliki tiga fungsi sekaligus, yaitu adsorben, oksidan dan penukar ion ( Shaobin dan Yuelin dalam Agustiningtyas, 2012).
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m2/gram dan ini yang
menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. Daya serap arang aktif, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif ( Sembiring dan Sinaga, 2003). Adapun arang arang aktif yang digunakan sebagai filter berasal dari tempurung lontar
arang aktif yang terbuat dari tempurung kelapa efektif sebagai absorben logam besi dan mangan dalam air sumur gali di Kartasura, Sukoharjo dengan penurunan kadar kedua logam adalah 91,69% untuk besi dan 57,98% untuk mangan.
Filter adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghilangkan kontaminan di dalam air dengan menggunakan penghalang atau media baik secara proses fisika, kimia, maupun biologi. Filter mangan -zeolit merupakan suatu filter yang media filternya terdiri dari mangan - zeolit (K2Z.MnO.Mn2O7).
Mangan - zeolit bertindak sebagai katalis, sehingga ion- ion besi dan mangan yang terkandung di dalam air, secara bersamaan akan teroksidasi menjadi ferri – oksida, dan mangan-oksida yang tidak larut dalam air (Putra dan Purnomo, 2012). Selain itu, filter karbon aktif ini juga berfungsi untuk menyaring partikel-partikel kotoran yang belum tersaring pada filter mangan zeolit.
Filter ganda merupakan suatu filter yang terdiri dari dua media filter. Salah satu contoh filter ganda adalah filter ganda mangan - zeolit dan arang aktif yang merupakan filter hasil kombinasi dari dua jenis media filter yang berbeda.
2. Bahan dan Metode 2.1. Bahan
Bahan – bahan yang digunakan pada penelitian
ini adalah Zeolit Alam, Tempurung Lontar, KMnO4,
HNO3, AgNO3, H2SO4, Akua Demineralisasi, Sampel
air cucian mangan dari Desa Noebesa TTS.
2.2. Metode
2.2.1. Pembuatan Mangan -Zeolit
Sebanyak 25 gram Zeolit dan ditambahkan 250 mL KMnO4 5g/L, lalu dimasukan ke dalam oven
dengan suhu 60oC selama 3 hari. Setiap hari larutan
diganti dengan larutan KMnO4 yang baru. Tahap
selanjutnya larutan dibuang dan zeolit dicuci dengan aquades sampai bebas ion Cl-, kemudian filtrat air cucian diuji dengan 2-3 tetes larutan AgNO3 1%
sedangkan zeolit dikeringkan dalam oven pada suhu
80oC selama 3-4 jam dan disimpan dalam desikator
yang mengandung NaCl.
Mangan Zeolit (MnO-Z), diambil sebanyak 0.25 gram dimasukan kedalam gelas ukur, kemudian ditambahkan larutan HNO3 1:1 sebanyak 50 mL.
Setelah itu dipanaskan pada suhu 100oC selama 8 jam.
Selama pemanasan berlangsung gelas ukur ditutup dengan kaca arloji agar larutan tidak menguap dan menjadi kering. Setelah 8 jam tutup dibuka dan pemanasan dilanjutkan sampai kering. Setelah kering
masing-masing zeolit ditambahkan 50 mL HNO3 5%
kemudian disaring kedalam labu ukur 100 mL dan ditambahkan aquades sampai tanda tera. Larutan kemudian dianalisis menggunakan AAS (Las & Zamroni, 2005).
2.2.2.Pembuatan Arang Aktif Tempurung Lontar
Tempurung lontar diambil dari biji yang sudah tua dan keras kemudian dijemur untuk menghilangkan air yang masih terkandung di dalamnya. Setelah itu,
tempurung ditanur pada suhu 500oC hingga menjadi
arang selama ± 1 jam. Arang yang terbentuk dibiarkan hingga dingin kemudian ditumbuk dengan mortar dan diayak dengan ayakan berukuran 60 mesh, lalu dan Arang Aktif Tempurung Lontar
1. Pipa PVC 4” dipotong dengan panjang 0,6 meter kemudian dilubangi satu sisi yang sama dengan diameter lubang 1,5 inci dan jarak lubang 7,5 cm dari ujung-ujung pipa.
2. Dibuat satu buah lubang tegak lurus pusat lubang untuk CO. Jarak pusat lubang masing-masing 5 cm dari ujung pipa bagian bawah, diameter lubang ± 0,5 inci dan di pasang saringan.
3. CO dipasang pada lubang yang telah dibuat dan dilas kemudian salah satu Dop (tutup) PVC 4” dilubagi pada bagian tengahnya dengan diameter ¾” dan dipasang sock drat luar dan sock drat dalam, dipasang pada bagian atas filter dan dilas. 4. Dipasang dop bawah dengan menggunakan lem
PVC dan dikeringkan, kemudian dilas dengan las PVC agar kuat menahan tekanan pompa. Pemasangan dop atas yang dilengkapi dengan sarangan (strainer) kemudian dipasang kran-kran pengatur aliran masuk, aliran keluar dan kran
untuk pencucian balik (back wash).
2.2.4. Analisis
Kadar logam dalam air dianalisis menggunakan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA).
3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Pembuatan Arang Aktif
Serbuk arang diaktivasi dengan asam dengan
cara direndam dalam H2SO4 1 M selama 3 hari dengan
perbandingan 2:3 (m/v) untuk melarutkan pengotor-pengotor seperti mineral-mineral anorganik yang tidak teruapkan/hilang selama proses karbonasi sehingga pori-pori permukaan arang semakin terbuka dan kemampuan adsorpsinya semakin besar. Pemisahan antara arang dan larutan H2SO4 dilakukan dengan cara
arang sudah bebas Sulfat maka dilakukan tes dengan menambahkan BaCl2 0.1 M yang ditandai dengan
tidak lagi terbentuknya endapan berwarna putih. Selanjutnya arang dikeringkan dalam oven pada suhu 110°C untuk menghilangkan molekul-molekul air yang masih terkandung didalamnya.
3.2 Karakterisasi Arang Aktif
Tujuannya karakterisasi untuk membandingkan hasil yang diperoleh dengan Standar arang menurut SNI No 06.3730-95.
3.2.1 Penetapan Kadar Air
Kadar air menunjukan banyaknya kandungan air yang terkandung dalam suatu sampel per bobot sampel tersebut. Kadar air ini merupakan salah satu faktor penunjang kualitas arang aktif. Semakin besar kadar air yang terkandung dalam suatu produk arang aktif akan memperkecil kemampuan adsorpsi arang tersebut, karena masih banyaknya molekul-molekul air yang terkandung dalam pori arang. Perhitungan kadar air arang dilakukan secara gravimetri dimana dengan mengeringkan bahan dalam oven pada suhu
110℃ selama ± 2 jam hingga diperoleh berat konstan
(Winarno dalam Nafie, 2012).
Hasil pengukuran terhadap arang aktif diperoleh sebesar 0,2 %. Data ini masuk dalam standar maksimum yang di tetapkan dalam standar mutu arang aktif menurut Standar Industri Internasional 0,258-79 yaitu 10% dan menurut SNI yaitu 10 %. Ini menunjukan arang aktif dari tempurung lontar layak digunakan karena sudah memenuhi persyaratan yang ditentukan.
3.2.2 Penetapan Kadar Abu
Kadar abu merupakan jumlah / banyaknya kandungan oksida logam yang terkandung dalam suatu sampel per bobot sampel tersebut. Semakin besar kadar abu suatu sampel arang aktif maka kualitas arang aktif tersebut akan semakin menurun karena terdapat banyaknya kandungan oksida logam yang masih terkandung dalam pori arang sehingga dapat menurunkan kualitasnya dalam mengadsorpsi.
Hasil analisis yang dilakukan diperoleh kadar abu sebesar 3,20 %. Menurut standar SII, baku mutu arang aktif yang disarankan maksimal 2.5%. Dengan demikian arang aktif tempurung buah lontar sudah melebihi batas yang ditentukan, hal ini karena masih terdapatnya oksida logam yang terperangkap dalam pori arang aktif pada saat proses aktivasi dengan asam sulfat. namun perbedaannya sangat kecil. Selain itu menurut Standar Nasional Indonesia, arang aktif tempurung buah lontar ini sangat layak untuk digunakan karena batas maksimum arang aktif yang disarankan sebesar 10%.
3.3 Pembuatan Mangan - Zeolit
Pembuatan mangan - zeolit ini dilakukan dengan merendam zeolit alam yang telah lolos ayakan
60 mesh dalam larutan KMnO4 kemudian dipanaskan
dalam oven pada suhu 60oC selama 3 hari.
Perendaman zeolit dalam larutan KMnO4 ini bertujuan untuk mengubah zeolit menjadi mangan zeolit (Mn-O-Z) melalui proses pertukaran ion tanpa mengubah kerangka zeolit. Setelah itu, zeolit dicuci
dengan akuades untuk menghilangkan ion Cl-. Untuk
mengetahui zeolit sudah bebas ion Cl- maka dilakukan
tes dengan menambahkan AgNO3 1% yang ditandai
dengan tidak lagi terbentuknya endapan berwarna putih, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC untuk menghilangkan kandungan air yang
terdapat dalam MnOZ.
Mangan Zeolit yang telah dihasilkan kemudian
didestruksi dengan menggunakan larutan HNO3 dan
disaring, kemudian filtratnya analisis dengan menggunakan AAS untuk banyaknya mangan yang telah disisipkan pada permukaan zeolit. Dari hasil analisis, diperoleh kadar mangan dalam MnOZ sebesar 3,5407 mg/L.
3.4. Penentuan Luas Permukaan Arang Aktif dan Mangan - Zeolit
Luas permukaan arang aktif dan mangan -zeolit berpengaruh terhadap kapasitas adsorbsi. Semakin besar luas permukaan suatu adsorben, maka daya adsorbsi terhadap adsorbat semakin besar. Luas permukaan suatu adsorben dapat ditentukan dengan menggunakan metode adsorbsi larutan metilen biru. (Kasam dkk, 2005). Dari hasil pengukuran menggunakan larutan metilen biru 5 ppm pada panjang gelombang 500 nm – 700 nm diperoleh panjang gelombang maksimum metilen biru adalah 630 nm.
3.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum Arang Aktif dan Mangan - Zeolit Terhadap Larutan Metilen Biru
Penentuan waktu kontak optimum larutan metilen biru perlu dilakukan untuk mengetahui luas permukaan arang aktif dan mangan - zeolit. Waktu kontak optimum merupakan waktu yang diperlukan oleh suatu adsorben untuk menyerap larutan metilen biru pada konsentrasi maksimum. Hasil perhitungan yang diperoleh dari analisis menggunakan spektrofotometri UV-Vis diperoleh data seperti yang disajikan dalam tabel 1 berikut :
Tabel 1. Tabel hubungan waktu kontak dengan konsentrasi metilen biru yang terserap.
relatif menurun. Hal ini disebabkan karena pada menit ke 60 pori dari adsorben telah terisi penuh oleh adsorbat sehingga tidak mampu lagi untuk menyerap metilen biru.
Data yang telah diperoleh pada tabel 1 selanjutnya digunakan untuk menentukan luas permukaaan arang aktif dan mangan - zeolit. Dari hasil perhitungan diperoleh luas permukan arang aktif
adalah 4,616 m2 /g dan luas permukaan mangan zeolit
adalah 4,341 m2 /g. Kurva hubungan antara waktu
kontak dengan luas permukaan arang aktif dan magan zeolit dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Kurva hubungan waktu kontak terhadap luas permukaan arang aktif dan mangan - zeolit.
Dari kurva hubungan antara waktu kontak terhadap luas permukaan arang aktif dan mangan zeolit, terlihat bahwa arang aktif dan mangan - zeolit mampu menyerap larutan metilen biru pada pada konsentrasi maksimal pada waktu kontak optimim 30 menit.
3.6. Analisis Kadar Fe dan Mn Dalam Limbah Cucian Mangan.
Kadar Mangan (Mn) dan Besi (Fe) dianalisis dengan menggunakan metode Spektrofotometri Serapan Atom (SSA). Air limbah cucian mangan yang diperoleh dari Desa Noebesa Kabupaten TTS terlebih dahulu ditentukan konsentrasi awal mangan dan besi dengan menggunakan SSA. Dari hasil analisis diperoleh kadar mangan dan besi dalam limbah cucian mangan masing-masing sebesar 0,2072 mg/L dan 1,1352 mg/L.
Analisis sampel limbah cucian mangan dilakukan dengan mengalirkan air limbah cucian mangan ke dalam media filter mangan - zeolit, media filter arang aktif tempurung lontar, dan kombinasi media filter mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar (Gambar 2).
Gambar 2. Perancangan Alat Filter Ganda Zeolit dan Arang Aktif
Waktu kontak antara limbah cucian mangan dengan media filter dilakukan selama 1 hari. Dari hasil penelitian terlihat bahwa terjadi perubahan sifat fisik dari air limbah cucian setelah dikontakan dengan media filter seperti terlihat pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Sifat Fisik Air Limbah Cucian Mangan
Sifat Fisik
Air Limbah
Cucian Mangan
Awal
Air limbah cucian mangan Setelah Melewati :
Filter Mangan
- Zeolit
Filter Arang
Aktif Tempurung
Lontar
Filter Mangan -Zeolit dan Arang
Aktif Tempurung
Lontar
Warna Coklat Jernih Jernih Jernih
Bau Berbau Tidak
Berbau BerbauTidak BerbauTidak
Selain itu, dengan menggunakan persamaan:
���������(�)=(�0−�1)/��×100% maka diperoleh efisiensi penurunan kadar Mn dan Fe dalam air limbah cucian mangan yang dihasilkan dari proses pengaliran air limbah ke dalam media filter selama 1 hari. Dari hasil penelitian diperoleh efisiensi penurunan sebagai berikut:
Tabel 3. Efisiensi Penurunan Kadar Mn dan Fe Dalam Air Limbah Cucian Mangan
Tabel 3 menunjukan bahwa, terjadi penurunan konsentrasi Mn dan Fe dalam air limbah cucian mangan setelah melewati filter tunggal mangan -zeolit dan arang aktif maupun filter ganda kombinasi mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar. Efisiensi penurunan Mn dan Fe dalam filter tunggal mangan zeolit lebih besar dibandingkan arang aktif tempurung lontar. Hal ini disebabkan karena mangan -zeolit berfungsi sebagai katalis dan dapat mengoksidasi besi dan mangan yang larut dalam air menjadi senyawa ferihidroksida dan mangan dioksida yang tidak larut dalam air dan menempel pada permukaan mangan - zeolit (Putra dan Purnomo, 2012).
dengan efisiensi penurunan terbesar masing-masing sebesar 90,20% dan 95,21%. Hal ini menunjukan bahwa dengan adanya kombinasi media filter maka konsentrasi Mn dan Fe akan menurun karena mangan - zeolit berfungsi sebagai penukar ion, adsorben dan oksidan, sedangkan arang aktif tempurung lontar memiliki pori-pori yang besar. Sehingga Mn dan Fe akan terlebih dahulu dioksidasi dalam mangan - zeolit dan sisa Mn dan Fe yang masih terlarut dalam air akan mengalami adsorpsi oleh arang aktif sehingga konsentrasi Mn dan Fe menjadi lebih berkurang.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :
1) Filter ganda mangan - zeolit dan arang aktif tempurung lontar mampu menurunkan kadar Mn dan Fe setelah melewati ketiga media filter dengan efisiensi penurunan sebesar 66,46 % - 95,21 %. 2) Terciptanya teknologi alternatif pengolahan air
bersih dalam skala kecil dengan memanfaatkan sumber daya alam lokal Nusa Tenggara Timur yaitu Zeolit dan arang aktif tempurung lontar.
5. Ucapan Terima Kasih
Dalam menyelesaikan penelitian ini, kami banyak mendapatkan bantuan, sumbangan pikiran, dan tenaga dari berbagai pihak. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Direktur DP2M Dikti yang telah memberi kesempatan kepada kami untuk melaksanakan penelitian ini dengan dana hibah PKM tahun 2013.
6. Daftar Pustaka.
Agustiningtyas, Z., 2012, Optimasi Adsorpsi Ion Pb(II) Mengunakan Zeolit Alam Termodifikasi Ditizon, Departemen Kimia, FMIPA IPB, Bogor.
Kasam, Yulianto, Andik; dan Sukma, Titin, 2005,
Penurunan Chemical Oxygen Demand dalam Limbah Cair Laboratorium Menggunakan Filter Karbon Aktif Arang Tempurung Kelapa, Jurusan Teknik Lingkungan FTSP UII, Jurnal Logika, Vol.2(2),
Las, T., & Zamroni, H., 2005, Mangan-Zeolit Untuk Pengolahan Limbah Industri Mengandung Logam Berat. Pusat Pengembangan Pengolaan Limbah Radioaktif-BATAN, Serpong.
Nafie, Y., 2012, Pemanfaatan Arang Aktif Tempurung
Lontar (Borrasus flabillifer L) sebagai
adsorben Ca(II) dan Mg(II) Dalam Air Sadah Kota Kupang, Skripsi S1 Jurusan Kimia, Undana, Kupang.
Putra, I,M,I,M., & Purnomo, A., 2012, Studi Penggunaan Ferrolte sebagai Campuran Media Filter untuk Penurunan Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Pada Air Sumur, Jurusan Teknik Lingkungan, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya.
Rahayu, T., 2004, Karakteristik Air Sumur Dangkal di
Wilayah Kartasura dan Upaya penjernihannya, Skripsi Jurusan Pendidikan Biologi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah, Surakarta.
Said, N.I, & Wahjono, H.D., 1999, Pembuatan Filter Untuk Menghilangkan Zat Besi Dan Mangan Di Dalam Air, Kelompok teknologi Pengolahan Air Bersih dan Limbah Cair,
Direktorat Teknologi Lingkungan, deputi Bidang Teknologi Informasi, Energi, Material dan Lingkungan, Badan Pengkajian Dan Penerapan Teknologi, Jakarta.
Sari, W, K., & Karnaningroem, N., 2010, Studi Penurunan Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Dengan Menggunakan Cascade Aerator Dan Rapid Sand Filter Pada Air Sumur Gali,
Jurusan Teknik Lingkungan, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya.
Sembiring, M.T., & Sinaga, T.S., 2003, Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya),
Jurusan Teknik Industri, Universitas Sumatra Utara.
SNI 06-6989.12. 2004. Air dan air limbah-Bagian 12:
Cara uji kesadahan total kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dengan metode titrimetri.
Diakses tanggal 20 Juli 2014.
SNI 6989.59. 2008. Air dan air limbah-Bagian 59:
Metode pengambilan Contoh Air Limbah.
Diakses tanggal 20 Juli 2014.
Tambunan, P., 2010, Potensi dan kebijakan
