PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO DAN TANAH
LEMPUNG SEBAGAI MATERIAL FILTER
DALAM PENGOLAHAN AIR SUMUR
MENJADI AIR BERSIH
TESIS
Oleh
ABD SANI
127026009/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO DAN TANAH
LEMPUNG SEBAGAI MATERIAL FILTER
DALAM PENGOLAHAN AIR SUMUR
MENJADI AIR BERSIH
TESIS
Oleh
ABD SANI
127026009/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO DAN TANAH
LEMPUNG SEBAGAI MATERIAL FILTER
DALAM PENGOLAHAN AIR SUMUR
MENJADI AIR BERSIH
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
ABD SANI
127026009/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO
DAN TANAH LEMPUNG SEBAGAI
MATERIAL FILTER DALAM PENGOLAHAN AIR SUMUR MENJADI AIR BERSIH
Nama Mahasiswa : ABDSANI
Nomor Induk Mahasiswa : 127026009
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui Komisi Pembimbing
Dr. Susilawati, M.Si. Dr. Perdinan Sinuhaji, MS.
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M. Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO DAN TANAH LEMPUNG SEBAGAI MATERIAL FILTERDALAM PENGOLAHAN
AIR SUMUR MENJADI AIR BERSIH
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, Januari 2015
Telah diuji pada
Tanggal :
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Susilawati, M.Si
Anggota : 1. Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
3. Dr. Marhaposan Situmorang
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : AbdSani, S.Pd
Tempat Dan Tanggal Lahir : Lawe Kongkir, 01 Pebruari 1976
AlamatRumah : Jln.Kutacane – Medan Km.3.5
Terutung Seperai Aceh Tenggara
Telepon/Fax/Hp : 085275850262
E-Mail : Abdulsani884@yahoo.co.id
Instansi Tempat Bekerja : SMPN 3 Bambel Kab.Aceh Tenggara
Alamat Kantor : Jl.KelapaGadingLaweSumur
Telepon/Fax/Hp : --
DATA PENDIDIKAN
SD : SDN Ngkeran Aceh Tenggara Tamat : 1986
SMP : SMPN 1 Lawe Alas Aceh Tenggara Tamat : 1992
SMA : SMAN AL-Washliyah 1 Medan Tamat : 1998
KATA PENGANTAR
. Alhamdulilahirabil’alamin segala puji milik Allah SWT Tuhan Yang Maha Yang Mahakuasa 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 :
1. RektorUniversitas 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.
2. DekanFakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Sutarman,
M.Sc, atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pasca sarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Bapak Dr. NasruddinMN,
M.Eng,Sc, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister IlmuFisika Program Pasca sarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Terima kasih yang takterhingga dan penghargaan setinggi – tingginya penulis ucapkan kepada Ibu Dr. Susilawati, M.Si selaku PembimbingUtama dan Bapak Dr.Perdinansinuhaji,MS selaku pembimbing dua yang dengan penuh kesabaran meluangkan waktu untuk menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.
5. Terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan Penguji
dan Penilai Tesis : Bapak Dr. NasruddinMN,M.Eng,Sc, Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, dan Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc atas kesediaan mereka untuk menguji dan menilai isi tesis penulis.
6. Kepada Ayahanda Usman, Ibunda Nursimah, Isteri Tercinta Darmawati,S.Pd tercinta dan Ananda tersayang Salwa sanida Selian,Rihha Datul Ais Sanida Selian, Muhammad Hilmiy Sanida Selian,Muhammad Hafizh Sanida Selian terimakasih atas segala dukungan, motivasi dan do,a yang dipanjatkan.
Penulis menyadari bahwa tesis ini tidaklah sempurna tidak mungkin terlepas dari kesalahan yang ada di luar kemampuan penulis. Oleh sebab itu penulis dengan hati yang terbukaakan menerima kritisi,saran dan pendapat yang membangun demi kesempurnaannya.
PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KAKAO DAN TANAH LEMPUNG SEBAGAI MATERIAL FILTER DALAM PENGOLAHAN
AIR SUMUR MENJADI AIR BERSIH
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah kulit kakao dan tanah lempung sebagai material filter dalam pengolahan air sumur menjadi air bersih. Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama pembuatan filter dan tahap kedua aplikasi filter untuk pengolahan air sumur. Limbah kulit kakao yang telah dijadikan arang aktif dicampur dengan tanah lempung dengan variasi komposisi arang aktif : tanah lempung 85%:15%, 80%:20%, 75%:25%, 70%:30% dan
65%:35%. Selanjutnya filter dibakar dengan suhu pembakaran 200oC, 230oC,
260oC, 290oC dan 320oC serta ditahan selama 30 menit. Sampel filter yang telah dibakar dikarakterisasi sifat fisis (daya serap air, densitas, porositas), sifat mekanik (kuat tekan) dan mikrostruktur. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa komposisi arang aktif kulit kakao dan tanah lempung yang optimum yaitu
65%:35% dengan suhu pembakaran 320oC memiliki nilai daya serap air sebesar
86%, nilai densitas sebesar 0,264 gram/cm3, nilai porositas sebesar 52,38%.
Sedangkan nilai kuat tekan optimum sebesar 0,0504 MPa diperoleh pada suhu
200oC. Filter dengan komposisi dan suhuoptimum diaplikasikan untuk
pengolahan air sumur menjadi air bersih. Hasil pengujian air sumur setelah difilter menunjukan untuk parameter fisika diperoleh suhu 26,9o C, kekeruhan sebesar 3,2 NTU, warnasebesar 7 TCU, daya hantar listrik (DHL) sebesar 338 µS/cm dan untuk parameter kimia meliputi : pH sebesar 6,7 dan kandungan logam besi (Fe) sebesar 1,0 mg/L sehingga hasil air yang telah difilter sudah memenuhi standarkualitas air bersih No.416/Menkes/Per/IX/1990.
UTILIZATION OF COCOA RIND WASTE AND CLAY AS FILTER MATERIAL IN THE PROCESSING OF DEEP WELL
INTO CLEAN WATER
ABSTRACT
The research has been conducted about utilization of cocoa rind waste and clay as filter material in the processing of deep well into clean water. Research conducted in two step. The first step was manufacture of filter and the second step was application of filter for deep well processing. The cocoa rind waste used as activated carbon mixed with clay in variation of composition activated carbon from cocoa rind : clay 85%:15%, 80%:20%, 75%:25%, 70%:30% and 65%:35%. Futhermore, the filter is burned in temperature 200oC, 230oC, 260oC, 290oC and 320oC with holding time about 30 minute. The sample filter have been burned, characterized the physical properties (water absorption, density, porosity), the mechanical properties (compressive strength) and microstructure. The result showed that composition activated carbon from cocoa rind : clay optimum 65%:35% with temperature 320oC have the highest water absorption 86%, density
0,264 gram/cm3, porosity 52,38%. While compressive strength optimum 0,0504
MPa was obtained at temperature 200oC. Filter with composition and temperatur optimum was applied for the processing deep well into clean water. The result showed deep well after filtered for the physical parameter obtained temperature 26,9o C, turbidity3,2 NTU, color 7 TCU,conductivity 338 µS/m and thenfor chemical of parameterobtainedpH6,7content of iron metal 1,0 mg/L. So that, the result of water has been filtered already meet water of quality standar No.416/Menkes/Per/IX/1990.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
BAB I. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 5
1.3 Batasan Masalah 6
1.4 Hipotesis 7
1.5 Tujuan Penelitian 7
1.6 Manfaat Penelitian 8
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 9
2.1 Air 9
2.2 Air Tanah 11
2.3 Metode Penyaringan Air 13
2.4 Material Penyusun Filter 16
2.4.1 Tanah Lempung (Clay) 16
2.4.2 kulit Kakao (Theobroma cacaoL) 20
2.5 Arang Aktif 22
2.6 Karakterisasi Filter Arang Aktif Kulit Kakao-Tanah Lempung 25
2.6.1 Karakterisasi Sifat Fisis 25
2.6.2 Karakterisasi Sifat Mekanik 28
2.6.3 Karakterisasi Morfologi 28
2.6.4 Debit Alir 29
2.6.5 Karakterisasi Air Bersih Hasil Pengolahan 29
2.6.6 Karakterisasi Sifat Fisika 30
2.6.7 Karakterisasi Sifat Kimia 33
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 35
3.1.1 Waktu Penelitian 35
3.1.2 Tempat Penelitian 35
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 36
3.2.1 Peralatan 36
3.2.2 Bahan 37
3.3 Variabel Penelitian 38
3.4 Pengambilan Sampel 39
3.5 Diagram Alir Penelitian 40
3.6 Prosedur Penelitian 42
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 45
4.1 Daya Serap Air (Water Absorption) 46
4.2 Densitas 48
4.3 Porositas 50
4.4 Kuat Tekan 52
4.5 Karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscopy) 53
4.6 Debit Alir Sumur Yang Difilter 56
4.6.Penjernihan Air Sumur 57
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 61
5.1 Kesimpulan 61
5.2 Saran 62
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel Judul Halaman
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Khas Dari Air Bagi Kehidupan Manusia 10
Tabel 2.2 Kapasitas Penggantian Mineral Lempung 18
Tabel 2.3 Klasifikasi Air Berdasarkan Daya Hantar Listrik (DHL) 31
Tabel 3.1 Presentase Material Arang Aktif Kulit Kakao-Tanah Lempung 38
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Air Sumur Sebelum Difilter 58
Tabel 4.2 HasilPengujian Air SumurSetelah Difilter 59
Tabel A.1 Hasil Perhitungan Daya Serap Air Dari Ukuran Partikel 65
Tabel A.2 Hasil Perhitungan Daya Serap Air Dari Komposisi Dan Suhu 66
Tabel A.3 Hasil Perhitungan Densitas Secara Teori Material Filter 67
Tabel A.4 Hasil Perhitungan Densitas Secara Praktek Material Filter 68
Tabel A.5 Hasil Perhitungan Porositas Material Filter 69
Tabel B.1 Hasil Perhitungan Kuat Tekan Material Filter 75
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.1 2.2
Skema Prinsip Kerja Gravity-Fed Water Filtering System Prinsip Kerja Filter Air Menggunakan Saringan Karbon Aktif
14 15
2.3 Gambar Pembesaran Permukaan Karbon 23
3.1 Diagram Alir Pembuatan Dan Karakteristik Material Filter
Arang Aktif Kulit Kakao-Tanah Lempung
40
3.2 Diagram Alir Pengolahan Air Sumur Menjadi Air Bersih
Dengan Filter Air Arang Aktif Kulit Kakao-Tanah Lempung 41
3.3 Skematik Pengolahan Air Sumur Menjadi Air Bersih
Menggunakan Material Filter Arang Aktif Kulit Kakao-Tanah Lempung
44
4.1 Grafik Hubungan Antara Daya Serap Air Dengan Variasi
Ukuran Partikel Lolos Ayakan Pada Bahan Baku Pembuatan Material Filter
46
4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Serap Air Dengan Komposisi
Arang Aktif : Tanah Lempung Dari Berbagai Perlakuan Suhu Sintering
47
4.3 Grafik Hubungan Antara Densitas Dengan Komposisi Arang
Aktif : Tanah Lempung Dari Berbagai Perlakuan Suhu Sintering
49
4.4 Grafik Hubungan Antara Porositas Dengan Komposisi Arang
Aktif : Tanah Lempung Dari Berbagai Perlakuan Suhu Sintering
51
4.5 Grafik Hubungan Antara Kuat Tekan Dengan Suhu Sintering
Pada Variasi Komposisi Arang Aktif : Tanah Lempung 65%:35%
52
4.6 Bentuk Morfologi Material Filter 85%:15% Pada Suhu
Sintering 200oC
54
4.7 Bentuk Morfologi Material Filter 80%:20% Pada Suhu
Sintering 260oC
54
4.8 Bentuk Morfologi Material Filter 65%:35% Pada Suhu
Sintering 320oC
55
4.9 Grafik Hubungan Debit Alir Dengan Jumlah Proses Air Yang
Difilter Pada Volume 1500 mL
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran Judul Halaman
Lampiran A Perhitungan Hasil Uji Sifat Fisis 65
Lampiran B Perhitungan Hasil Uji Sifat Mekanik 70
Lampiran C Hasil Uji Air 76
Lampiran D DokumentasiPenelitian 78
