PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF
KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA
SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI
TAMIANG MELALUI PROSES
ELEKTROKOAGULASI
T E S I S
Oleh
ZULKARNAIN PUTRA
117026010/FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF
KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA
SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI
TAMIANG MELALUI PROSES
ELEKTROKOAGULASI
T E S I S
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
ZULKARNAIN PUTRA
117026010/FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES
ELEKTROKOAGULASI
Nama Mahasiswa : ZULKARNAIN PUTRA Nomor Induk Mahasiswa : 117026010
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui, Komisi Pembimbing
Dr. Susilawati, M. Si Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M. Sc K e t u a Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc Dr. Sutarman, M. Sc NIP. 19550706 198102 1 002 NIP. 19631026 199103 1 001
PERNYATAAN ORISINILITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KARBON AKTIF
KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI
FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG
MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI
T E S I S
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 sumbernya dengan benar.
Medan, 24 Juli 2013
ZULKARNAIN PUTRA NIM. 117026010
PERNYATAAN PERSETUJAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
N a m a : ZULKARNAIN PUTRA
N I M : 117026010
Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : T e s i s
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER
PENJERNIH AIR SUNGAI TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 24 Juli 2013
ZULKARNAIN PUTRA NIM. 117026010
Telah diuji pada Tanggal : 24 Juli 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Susilawati, M. Si
Anggota : 1. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M. Sc 2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.S 4. Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap berikut gelar : Drs. ZULKARNAIN PUTRA Tempat dan Tanggal Lahir : Tebing Tinggi, 17 Maret 1966
Alamat Rumah : Dusun Karya Kampung Payabedi Kecamatan Rantau Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh
Telepon /Fax/HP : +6281361350098/+6285277395398 e-mail : zulkarnain_putra@ymail.com
Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 2 Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh
Alamat Kantor : Jalan Medan-Banda Aceh Desa Bukit Rata Kecamatan Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang Provinsi Aceh
Telepon : 0641-332343
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD Negeri 1 Kualasimpang
Tamat : 1980
SMP
: SMP Negeri Kualasimpang
Tamat : 1983
SMA
: SMA Negeri Kualasimpang
Tamat : 1986
Strata-1 : Unsyiah Banda Aceh
Tamat : 1992
KATA PENGANTAR
Segala puja dan puji hanya kepada Allah SWT, shalawat serta salam semoga terus-menerus dilimpahkan oleh Allah SWT kepada baginda Rasulullah Muhammad SAW, keluarga dan sahabat sekalian.
Dengan selesainya Tesis ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. dr. Syahrial Pasaribu, DTH&H., M. Sc., (CTM)., Sp. A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis dalam mengikuti dan menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Sutarman, M.Sc., atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc., serta Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika, Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S., beserta seluruh staf pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Terima kasih yang tak terhingga serta penghargaan yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Susilawati, M.Si., selaku Pembimbing Utama serta Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc., selaku Pembimbing I, atas semua sumbangan pikiran dan saran serta bimbingan dengan penuh kesabaran, dorongan, motivasi serta arahan-arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini tepat pada waktunya.
Terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan Penguji dan Penilai Tesis, yaitu Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S., Bapak Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc., serta Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc., atas kesediaannya untuk menguji dan menilai penulis.
Ucapan terima kasih khusus disertai tetesan air mata, penulis sampaikan kepada yang mulia Ayahanda dan Ibunda tersayang, Bapak Almarhum Makrufdin Madjid dan Ibu Almarhumah Lailiah yang telah bersusah payah membesarkan, menyekolahkan, membiayai serta mendidik penulis dengan penuh kasih sayang. Ayahanda dan Ibunda yang selama hayatnya senantiasa membelai penulis dengan penuh kelembutan dan tiada pernah berhenti berdoa untuk keselamatan serta keberhasilan penulis. Demikian juga kepada Ayahanda dan Ibunda Mertua, Bapak Ngatiman Sebi dan Ibu Tumirah, yang dengan tulus ikhlas senantiasa menyayangi kami sekeluarga.
Paling istimewa ucapan terima kasih diiringi dengan cinta yang paling dalam kepada Isteri tercinta Eni Mariani S. Pd.I., atas semua kepercayaan dan kerelaan yang
telah diberikan kepada penulis. Penghargaan yang setinggi-tingginya juga penulis haturkan kepada Isteri terkasih atas kesetiaan dan kesabarannya dalam mendampingi penulis menyelesaikan studi Magister ini. Kepada putera-puteriku yang kusayangi Athaillah Haykal Thaha, Salsabila Hayuma Al Mumthahanah dan Nabila Haifa An Nisa, jadilah anak yang pintar dan cerdas, anak yang berakhlakul karimah, wahai ketiga buah hatiku, kalian adalah nafas kehidupanku.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan mahasiswa-mahasiswi Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pasca Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Angkatan 2011 atas kebersamaan dan persahabatan yang telah terjalin selama ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sangat istimewa kepada adik-adikku Witri Mirza Yuhanan, Muhammad Ficky Afrianto, Masthura, Muliyadi, Winsyah Putra Ritonga, Warkum, Ucok Oka Rakasiwi Harahap, Ikhsan Parinduri yang selama ini tetap seiring jalan dalam suka maupun duka, semoga persahabatan dan persaudaraan ini tetap terjaga serta menjadi kenangan terindah hingga akhir hayat.
Sekali lagi penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada mereka yang telah penulis sebutkan satu persatu. Semoga kebaikkan mereka dibalas dengan limpahan pahala yang berlipat ganda, terjaga kesehatannya, tetap dalam rahmat dan hidayah serta perlindungan Tuhan Yang Maha Esa.
Penulis menyadari bahwa Tesis ini tidak mungkin terlepas dari kesalahan. Oleh sebab itu dengan senang hati penulis menerima kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaannya.
Medan, 24 Juli 2013
Penulis,
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF KAYU BAKAU DENGAN AKTIVASI FISIKA SEBAGAI FILTER PENJERNIH AIR SUNGAI
TAMIANG MELALUI PROSES ELEKTROKOAGULASI
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan karbon aktif kayu bakau dengan aktivasi fisika
dengan variasi suhu aktivasi 500 oC, 600 oC, 700 oC, 800 oC, dan 900 oC, waktu
penahanan selama 1 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui suhu aktivasi terbaik karbon aktif kayu bakau untuk digunakan sebagai filter pada penjernihan air sungai. Berdasarkan SNI No. 06-3730-1995 hasil pengujian karbon aktif kayu bakau yang terbaik (optimum) dengan kadar air 4,25 %, kadar ZMM 9,88 %, kadar abu 2,44
% dan kadar karbon 87,68 %, diperoleh pada suhu aktivasi 500 oC. Karbon aktif kayu
bakau optimum digunakan sebagai filter dalam penjernihan air sungai. Penjernihan air sungai selain dilakukan dengan filter karbon aktif kayu bakau optimum juga dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian difilter dengan filter karbon aktif kayu bakau optimum. Hasil pengujian beberapa parameter, parameter fisika (suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa), parameter kimia (pH, logam Fe, logam Al) menunjukkan bahwa semua parameter air yang diuji sudah memenuhi standar Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 416 Tahun 1990 Tentang Air Bersih dan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesi Nomor 410 Tahun 2010 Tentang Air Minum.
Kata kunci : Karbon aktif kayu bakau, aktivasi fisika, penjernihan air sungai, elektrokoagulasi.
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF MANGROVE WOOD ACTIVATED CARBON WITH PHYSICS ACTIVATION AS WATER
PURIFICATIONFILTER OF TAMIANG RIVER WITH ELECTROCOAGULATION PROCESS
ABSTRACT
The manufacture of Mangrove wood activated carbon with physical activation with
temperature variation in 500 oC, 600 oC, 700 oC, 800 oC, and 900 oC for 1 hour
detention time. This study aims to determine the best activation temperature of mangrove wood activated carbon used as a filter for the purification of river water. Based on SNI No. 06-3730-1995 thetesting results of mangrove wood activated carbon is best (optimum) with a water content of 4.25%, 9.88% volatile matter, ash content 2.44% and 87.68% carbon content, obtained at the activation temperature of
500 oC. Optimum mangrove wood activated carbon used as a filter in the purification
of river water. Purification of river water than is done with mangrove wood activated carbon filters are also made with optimum electrocoagulation process which is then filtered with activated carbon filters optimum mangrove wood. Testing result of some parameter, physical parameters (temperature, TDS, turbidity, color, odor, taste), chemical parameters (pH, Fe metal, metal Al) suggests that all water parameters are test fulfilled the standard Regulation of the Minister of Health of the Republic of Indonesia No. 416 Years 1990 about freshwater and the Minister of Health of the Republic of Indonesia No. 410 of 2010 Concerning Drinking Water.
Key words : Mangrove wood activated carbon, physics activation, river water purification, electrocoagulation.
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR i ABSTRAK iii ABSTRACT iv DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah 1
1.2 Perumusan Masalah 4
1.3 Batasan Masalah 5
1.4 Tujuan Penelitian 5
1.5 Manfaat Penelitian 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air 7
2.2 Sungai Tamiang 10
2.2.1 Karakteristik Air Sungai Tamiang 10
2.2.2 Pencemaran Air Sungai Tamiang 11
2.2.3 Pengolahan Air Sungai Tamiang 12
2.3 Hutan Bakau (Mangrove) 13
2.4 Karbon Aktif 15
2.4.1 Pembuatan Karbon Aktif 16
2.4.2 Standar Kualitas Karbon Aktif 22
2.4.4 Analisis dengan SEM 26
2.5 Proses Elektrokoagulasi 26
2.5.1 Kelebihan Elektrokoagulasi 27
2.5.2 Kelemahan Elektrokoagulasi 28
2.5.3 Mekanisme Elektrokoagulasi 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian 31
3.2 Bahan dan Peralatan 32
3.2.1 Bahan 32
3.2.2 Peralatan 32
3.3 Pengambilan Sampel Air 34
3.4 Diagram Alir Penelitian 35
3.5 Prosedur Penelitian 37
3.6 Skema Pengolahan Air Sungai Tamiang 38
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Karakteristik Karbon Aktif Kayu Bakau Aktivasi Fisika 40
4.2 Pengujian Karbon Aktif 41
4.2.1 Kadar air 41
4.2.2 Kadar Zat Mudah Menguap 43
4.2.3 Kadar Abu 45
4.2.4 Kadar Karbon 46
4.2.5 Daya Serap Air 48
4.3 Hasil Analisis SEM 50
4.4 Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang 53
4.5 Proses Penjernihan air Sungai Tamiang dengan Menggunakan
Filter Karbon Aktif Kayu Bakau 54
4.6 Proses Penjernihan air Sungai Tamiang dengan Filter Karbon
BAB V METODOLOGI PENELITIAN 5.1 Kesimpulan 58 5.2 Saran 59 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Nomor Tabel J u d u l Halaman 2.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9
Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI No. 06-3730-1995
Data Hasil Proses Aktivasi Fisika Data Hasil Pengujian Kadar Air
Data Hasil Pengujian Kadar Zat Mudah Menguap Data Hasil Pengujian Kadar Abu
Data Hasil Pengujian Kadar Karbon Data Hasil Pengujian Daya Serap Air
Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang Sebelum Dijernihkan
Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang Setelah
Dijernihkan Dengan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau
Hasil Pengujian Air Sungai Setelah Proses
Elektrokoagulasi dan Filter Karbon Aktif Kayu Bakau.
23 40 41 43 45 47 48 54 55 56
DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar J u d u l Halaman 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9
Mekanisme dalam Elektrokoagulasi Bagan Alir Penelitian Tahap I Bagan Alir Penelitian Tahap II
Proses penjernihan air dengan filter karbon aktif kayu bakau
Proses penjernihan air dengan filter karbon aktif kayu bakau melalui proses elektrokoagulasi
Grafik Kadar Air Terhadap Suhu Aktivasi
Grafik Kadar Zat Mudah Menguap Terhadap Suhu Aktivasi
Grafik kadar abu terhadap suhu aktivasi Grafik kadar karbon terhadap suhu aktivasi Grafik daya serap terhadap suhu aktivasi
Hasil pengujian SEM arang kayu bakau
Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau
suhu aktivasi 500 oC
Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau
suhu aktivasi 700 oC
Hasil pengujian SEM karbon aktif kayu bakau
suhu aktivasi 900 oC 29 35 36 39 39 42 44 45 47 49 51 51 52 52
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran J u d u l Halaman A B C D E F G
Data Hasil Pengujian Karbon Aktif Kayu Bakau Dokumentasi Alat dan Bahan Penelitian
Prosedur Pengujian Karbon Aktif Kayu Bakau
Surat Keterangan Pengujian SEM dari Kepala Laboratorium Fisika Universitas Negeri Medan
Data Hasil Pengujian Air Sungai Tamiang
Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 416 Tahun 1990.
Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492 Tahun 2010. L-1 L-6 L-10 L-12 L-18 L-20 L-22
