BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Sumber polusi air sebagian berasal dari kontaminasi komponen nitrogen seperti nitrat, nitrit dan
ammonium yang menyebabkan masalah kesehatan dan lingkungan termasuk eutrofikasi (Rajeswari et
al. 2015). Eutrofikasi merupakan masalah lingkungan yang cukup serius karena penyebab
pertumbuhan vegetasi tanaman air yang pesat, pertumbuhan alga dan penipisan larutan oksigen dalam
air serta mengganggu keseimbangan ekologis organisme perairan. Konsentrasi nitrat yang tinggi pada
air minum dapat menyebabkan masalah kesehatan seperti sindrom blue-baby dan kanker perut
(L.Paripurnanda et al. 2013). Dampak nitrat yang merugikan, maka ditetapkan batas maksimum
kontaminasi nitrat pada air minum menurut World Healt Organization (WHO) adalah 50 mg NO3
/L
(11,3 mg N/L) (Nur et al. 2013). Dan berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik
Indonesia Nomor 5 Tahun 2014 menetapkan kadar maksimum nitrat (sebagai N) 20 mg/l dan nitrit 1
mg/l.
Sehingga diperlukan teknologi yang mampu menyisihkan kontaminasi komponen nitrogen dalam air.
Teknologi penyisihan nitrat dapat dilakukan dengan proses biologi (denitrikasi, nitrifikasi), proses
kimia seperti klorinasi, reverse osmosis, elektrodialisis, pertukaran ion, teknologi elektrokimia dan
reduksi katalis (L.Paripurnanda et al. 2013). Dalam memilih teknologi harus mempertimbangkan
faktor biaya, keefektifan teknologi serta proses.
Nitrat merupakan ion yang stabil dan memiliki kelarutan tinggi, hal ini membuat nitrat sulit disisihkan
menggunakan metode pengolahan air yang konvensional (Nur et al. 2013). Dalam hal ini, teknologi
penukaran ion merupakan pilihan yang terbaik karena biaya operasional murah, mudah diterapkan dan
buangan produksi sedikit (Kalaruban et al. 2015). Menggunakan resin pertukaran ion untuk
menyisihkan anion termasuk ion nitrat telah diteliti dan diterapkan (li et al. 2015). Metode Pertukaran
ion/adsorpsi mampu untuk mengatasi shocks loading dan mampu beroperasi pada rentang suhu tinggi
(Nur et al.2013).
Beberapa adsorben yang telah diterapkan dalam penyisihan ion nitrat seperti resin alami menggunakan
batang gandum (Xu et all, 2013), resin alami zeolit yang dimodifikasi (Shaikh et al. 2016) serta resin
pertukaran ion Dowex 21K XLT dengan modifikasi logam besi (Kalaruban et al. 2015). Pada proses
penyisihan nitrat ada beberapa jenis resin penukar anion yang digunakan oleh penelitian terdahulu,
antara lain: Purolite A520 (Nur et al.2013;Song et al.2012), Purolite FerrIX A33E (Nur et al atl.2013),
Dowex 21K (Kalaruban, et al 2016), Amberlite IRA 400 (Chabani et al, 2007), AMX membrane
I-2 Purolite A400 merupakan tipe resin anion basa kuat dengan grup fungsional quarternary ammonium,
yang digunakan dalam penyisihan nitrat & nitrit (Purolite.2016). Song et al (2012) menggunakan 3
pilihan resin yaitu Purolite A300 dan Purolite A520E dan D201 yang dipengaruhi zat organik terlarut
dan hasil menunjukkan bahwa resin A520E mempunyai kapasitas adsorpsi yang paling tinggi, dimana
resin A520E efektif untuk menyisihkan kontaminan nitrogen-nitrat selama proses pengolahan air
limbah terkhusus untuk sumber limbah kompleks.
Chabani, et al (2007) pada penelitiannya menganalisis kinetika adsorpsi nitrat dengan menggunakan
Amberlite IRA 400, dengan parameter laju pengadukan, temperatur dan pH. Didapatkan bahwa resin
tersebut dalam penyisihan nitrat sangat tinggi, dengan laju pengadukan optimal 1000 rpm, dan
berdasarkan model kinetik yang telah diterapkan, pemodelan pseudo second order yang paling cocok
digunakan pada resin Amberlite IRA 400. Proses difusi adsorpsi dikontrol oleh adanya indikasi
aktivitas dari penurunan energi.
Hannachi, et al (2014) pada penelitiannya menganalisis pengaruh temperatur pada resin AMX
membran pada penyisihan fluoride, nitrat, dan sulfat dengan pemodelan adsorpsi. Didapatkan bahwa
adsorpsi fluorida, nitrat dan sulfat dengan resin AMX pada temperatur yang berbeda menunjukkan
model yang cocok digunkan yaitu Langmuir isotherm. Suhu yang optimal dalam penyisihan yaitu pada
suhu 283K dan 298K dengan afinitas penyisihan SO4
>NO3
>F- , dan pada suhu 313K, F- > SO4
2->NO3.
Deghani, et al. (2010) pada penelitiannya ingin mengetahui penyisihan nitrat dengan adanya kehadiran
anion kompetitif seperti sulfat dan klorida pada air minum Shiraz dengan menggunakan resin
Amberjet 4200. Dan didapatkan bahwa efisiensi resin anion exchange Amberjet CL- 4200 dalam
penyisihan nitrat lebih selektif ketika larutan hanya terdapat nitrat saja.
Kalaruban et al (2016) menganalisis penyisihan nitrat menggunakan resin modifikasi besi dengan resin
Dowex 21K XLT dalam sistem Batch dan Fluidised-bed dengan parameter yang diteliti adalah dosis
resin, waktu kontak, pH dan ion pelengkap. Dan didapatkan bahwa kapasitas adsorpsi maksimum
yaitu dengan metode impregnasi Fe dengan Dowex sebesar 75,3 mg N/g pada pH 6,5. Dan pada pH >
7,5 efisiensi penyisihan nitrat menjadi 75% dengan menggunakan resin Dowex-Fe. Efisiensi
penyisihan nitrat resin Dowex-Fe diuji dengan ion pelengkap yaitu fosfat, klorida dan sulfat, akan
tetapi fosfat dan klorida tidak cocok sebagai ion pelengkap.
Kapasitas adsorpsi resin pertukaran anion dapat ditingkatkan dengan metode impregnasi logam,
seperti pada penelitian Kalaruban et al (2016) diatas, dimana penyisihan nitrat dengan modifikasi Fe
I-3 dikarenakan dengan impregnasi dapat meningkatan muatan positif permukaan resin dengan
penambahan ion logam.
Purolite A520E memang didesain untuk penyisihan nitrat dan nitrit, namun resin tersebut tidak
diperjualbelikan dalam bentuk 1 sak (25 kg) di Indonesia, sehingga alternatif lain didapatkan Purolite
A400 yang mempunyai sifat yang sama yaitu mempunyai daya adsorsi yang tinggi terhadap nitrat dan
nitrit dan tersedia di Indonesia.
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan diatas maka dalam studi penelitian ini, penulis ingin
menganalisis tentang resin penukar ion yang digunakan untuk efisiensi penyisihan nitrat dan nitrit
yaitu Purolite A400 yang akan dimodifikasi dengan CuCl2.2H2O (Purolite-Cu) dengan metode
impregnasi pada sistem batch. Tujuan dilakukan impregnasi dengan logam Cu yaitu untuk
meningkatkan kapasitas adsorpsi adsorben, logam Cu merupakan logam berat essensial yang
dibutuhkan oleh mikroorganisme di perairan pada konsentrasi tertentu sehingga aman dibuang ke
badan air pada konsentrasi tertentu juga.
Objek penelitian yang akan dilakukan antara lain: studi efisiensi penyisihan nitrat dan nitrit dari air
limbah sintetik menggunakan resin Purolite A400 dan modifikasi Cu-Purolite A400 dengan metode
impregnasi dan penggunaan model kesetimbangan adsorbsi (model langmuir, freundlich) dan model
kinetik adsorbsi (model Pseudo-first order dan Pseudo-second order) pada penyisihan nitrat & nitrit
dalam sistem batch.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang permasalahan diatas, maka dapat diperoleh rumusan masalah
sebagai berikut :
1. Bagaimana perbandingan efisiensi penyisihan kandungan nitrat dan nitrit menggunakan resin
Purolite A400 dan modifikasi Cu-Purolite A400 dengan metode impregnasi ?
2. Bagaimana pengaruh efektifitas terhadap waktu kontak (retensi) & dosis resin (adsorbent)
menggunakan resin anion Purolite A400 & modifikasi Cu-Purolite A400 dalam sistem batch
terhadap penurunan kandungan nitrat dan nitrit ?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah:
1. Mengkaji efektivitas penyisihan nitrat dan nitrit resin purolite A400 murni dan resin Purolite A400
yang diimpregnasi dengan Cu pada sistem batch.
2. Mengetahui pengaruh waktu kontak dan dosis adsorben terhadap adsorpsi nitrat dan nitrit.
I-4 1.4 Ruang Lingkup
Adapun ruang lingkup penelitian ini akan dibatasi pada masalah sebagai berikut :
1. Limbah yang digunakan dalam penelitian ini adalah air limbah yang berasal dari air limbah sintetik
dengan melarutkan beberapa jumlah garam nitrat NaNO3 dan garam nitrit NaNO2 dalam air suling;
2. Parameter yang akan diteliti adalah kandungan nitrat dan nitrit;
3. Proses pengolahan limbah cair dilakukan dengan menggunakan filter pertukaran ion (ion exchange)
dengan bahan resin anion yang berbeda;
4. Percobaan ini dilakukan dengan berbagai variasi variabel bebas sebagai berikut :
a. Waktu kontak (menit) : 10 , 20 , 40 , 80 , 160 dan 320
b. Dosis resin anion (gram) : 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 dan 1,2
5. Standar baku mutu limbah cair yang digunakan sebagai acuan dan uji kualitas proses adalah
Lampiran XLVII Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2014
tentang Baku Mutu Air Limbah.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian dari tugas akhir ini antara lain sebagai berikut :
1. Dapat diketahuinya presentase penyisihan konsentrasi nitrat dan nitrit dengan menggunakan filter
pertukaran ion pada sistem batch dan membandingkan hasil efisiensi penyisihan dengan
penggunaan resin Purolite A400 dan modifikasi Cu-A400 yang berdasarkan pada prinsip adsorpsi;
2. Memberikan salah satu alternatif teknologi pengolahan air limbah yang lebih efektif, efisien dan
ramah lingkungan;
3. Sebagai referensi dan bahan kajian terhadap penelitian berikutnya agar mencoba berbagai variasi
percobaan sehingga diperoleh data yang lebih lengkap mengenai kemampuan resin penukar anion
