5 2.1 Mangan
Mangan (Mn) Mangan merupakan salah satu logam yang banyak ditemukan bersama dengan unsur besi. Kandungan Mangan di bumi sekitar 1060 ppm dan sekitar 61-1010 ppm yang terdapat di tanah. Sehingga diduga tingginya kandungan Mn yang terdapat di setiap sampel disebabkan oleh faktor alami.
Tinggi rendahnya kadar Mangan dalam air tanah dipengaruhi oleh kandungan oksigen yang terdapat dalam air tersebut, sedikitnya kandungan oksigen yang terdapat di dalam air tanah sehingga membentuk oksida yang menyebabkan unsur Mangan semakin terendap dan merubah warna air, kandungan Mangan dalam air tanah pada semua sampel disebabkan oleh faktor alami yang berasal dari jenis batuan penyusunnya. Kandungan yang terdapat dalam batuan penyusun berupa sedimen tersebut salah satunya adalah Mangan yang dilepas dari batuan tersebut karena proses pelapukan dengan hasil mineral sekunder terutama pyrolusit (MnO2) dan manganit (MnO(OH)). (13,14)
Pengenalan mangan bisa membantu kita lebih memahami fungsi dan efek mineral mangan dalam tubuh manusia. Berbagai sumber mangan mudah ditemukan karena sekitar 85% jenis makanan yang dikenal manusia mengandung kadar mangan dalam kadar yang tergolong cukup tinggi. Ditambah fakta bahwa tubuh hanya membutuhkan sedikit saja kandungan mangan sehingga kasus-kasus gangguan kesehatan akibat kondisi kekurangan mangan sangat jarang ditemukan,
kecuali pada beberapa kondisi misalnya pasien yang baru saja mendapatkan tindakan pembedahan abdominal biasanya aka rentan kekurangan mangan atau kondisi dimana seseorang mengalami kelebihan zat besi atau magnesium, bisa menyebabkan menurunnya penyerapan mangan oleh tubuh. Beberapa kondisi bisa menyebabkan terjadinya defisiensi, namun jarang sekali bisa ditemukan gangguan yang khusus disebabkan oleh kekurangan mangan. Kekurangan asupan mangan juga bisa memicu berbagai masalah kesehatan diantaranya adalah obesitas, intoleransi glukosa, gangguan pembekuan darah, masalah kulit, gangguan rangka, perubahan warna rambut, mengakibatkan pertumbuhan terhambat serta terganggunya sistem saraf dan proses reproduksi.(13,14)
Mangan juga merupakan salah satu dari tiga elemen penting namun beracun, yang berarti bahwa unsur ini diperlukan bagi manusia untuk bertahan hidup, tetapi juga beracun ketika konsentrasi terlalu tinggi hadir dalam tubuh manusia. Pada sisi lain, mangan yang merupakan salah satu dari 3 mineral yang paling sedikit dan bisa bersifat toxic apabila kadarnya berlebih dalam tubuh. Beberapa gejala gangguan kesehatan bisa diakibatkan oleh berlebihnya kadar mangan bisa dicontohkan sebagai berikut : gangguan fungsi ginjal, gangguan mental, kejang, penyakit parkinson atau gejala-gejala yang menyerupai penurunan tingkat intelegensia.
Umumnya air di alam mengandung mangan yang disebabkan adanya kontak langsung antara air tersebut dengan lapisan tanah yang mengandung mangan (Mn). Adanya mangan (Mn) dalam jumlah yang berlebih dalam air dapat menimbulkan berbagai masalah diantaranya adalah tidak enaknya rasa air minum,
dapat menimbulkan endapan dan menambah kekeruhan terutama setelah air disimpan dalam waktu yang lebih dari 24 jam. Konsentrasi Mangan pada air tanah dapat menimbulkan rasa atau bau logam pada air tersebut, oleh karena itu untuk air minum kadar mangan yang diperbolehkan yakni ≤ 0,4 mg/L.(4)
2.2 Serbuk Gergaji Kayu
Serbuk gergaji berbentuk butiran-butiran halus yang terbuang saat kayu dipotong dengan gergaji. Balai Penelitian Hasil Hutan (BPHH) pada kilang penggergajian di Sumatera dan Kalimantan serta Perum Perhutani di Jawa menunjukkan bahwa rendemen rata-rata penggergajian adalah sebesar 45%, sisanya 55% berupa limbah. Sebanyak 10% dari limbah penggergajian tersebut merupakan serbuk gergaji, sejauh ini limbah biomassa dari industri tersebut telah dimanfaatkan kembali dalam proses pengolahannya sebagai bahan bakar, tapi saat ini masih ada limbah penggergajian kayu yang ditimbun dan sebagian dibuang ke aliran sungai atau dibakar secara langsung. Produksi total kayu gergajian Indonesia mencapai 2,6 juta meter kubik dalam 1 tahun, dengan asumsi bahwa jumlah limbah yang terbentuk 54,24 % dari produksi total. Oleh karena itu, maka dihasilkan limbah penggergajian kayu sebanyak 1,4 juta meter kubik pertahun dan angka ini cukup besar karena mencapai sekitar separuh dari produksi kayu gergajian.(13) Komponen kimia didalam kayu mempunyai arti yang penting, karena dapat menentukan kegunaan jenis kayu. Komponen kimia kayu sangat bervariasi, karena dipengaruhi oleh faktor tumbuh, iklim dan letaknya didalam batang atau cabang, dan serbuk gergaji kayu mempunyai nilai kalor 4.046 kal / gram.(15)
Tabel 2.1
Komposisi Arang Aktif Serbuk Kayu Gergaji (15)
No Parameter % Persentase
1 Karbon 50 %
2 Hidrogen 6 %
3 Abu 0,20 – 0,50 %,
4 Nitrogen 0,04 - 0,10 %
5 Oksigen Sisanya
Limbah serbuk gergaji yang dihasilkan dari industri penggergajian masih dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, diantaranya sebagai media tanam, bahan baku furnitur, bahan baku briket arang dan di buat arang aktif. Berdasarkan sifat dan besarnya daya serap terhadap biru metilena, maka arang aktif dari serbuk gergaji kayu ini dapat digunakan untuk penjernihan zat cair.(7)
2.3 Adsorben
Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses adsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. Ketika pelarut yang mengandung zat terlarut tersebut kontak dengan adsorben, terjadi perpindahan massa zat terlarut dari pelarut ke permukaan adsorben, sehingga konsentrasi zat terlarut di dalam cairan dan di dalam padatan akan berubah terhadap waktu dan posisinya dalam kolom adsorpsi. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan
cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Secara umum dan sederhana, proses pembuatan arang aktif terdiri dari 3 tahap, yaitu :
1. Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170°C.
2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170°C akan menghasilkan CO dan CO2. Pada suhu 275°C, dekomposisi menghasilkan “tar”, methanol dan hasil samping lainnya.
Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600°C.
3. Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktifator.
Daya serap karbon aktif akan semakin kuat bersamaan dengan meningkatnya konsentrasi dari aktivator yang ditambahkan. Hal ini memberikan pengaruh yang kuat untuk mengikat senyawa-senyawa tar keluar melewati mikro pori-pori dari karbon aktif sehingga permukaan dari karbon aktif tersebut akan semakin luas yang mengakibatkan semakin besar pula daya serap karbon aktif tersebut. (16,17)
2.4 Sifat Adsorben Serbuk Gergaji Kayu Nangka (Artocarpus heterophyllus) Kebanyakan adsorben adalah bahan-bahan yang sangat berpori dan adsorbsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikel itu. Ukuran pori adsorben dan luas permukaan merupakan karakteristik penting adsorben. Semakin kecil ukuran pori-pori adsorben, luas permukaan semakin tinggi sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi akan bertambah. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu : (1) Sifat Serapan, banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa.
Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan. (2) Temperatur/suhu, dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk menyelidiki suhu pada saat berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan mengenai suhu yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi suhu proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat- sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna mau dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada suhu kamar atau bila memungkinkan pada suhu yang lebih kecil.
(3) pH (Derajat Keasaman), untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik
tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. (4) Waktu singgung, bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama. (16,17)
2.5 Kegunaan Arang Aktif
Ada dua macam jenis arang aktif yang dibedakan menurut fungsinya : 1. Arang penyerap gas (gas adsorbent carbon), jenis arang ini digunakan untuk
menjerap kotoran berupa gas. Poripori yang terdapat pada arang jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa.
2. Arang fasa cair (liquid-phase carbon), arang jenis ini digunakan untuk menjerap kotoran/zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batubara dan selulosa. Saat ini arang aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia, pangan dan farmasi.(9)
Umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan pemurni, dalam jumlah kecil juga digunakan sebagai katalis. Arang aktif dapat memurnikan produk yang dihasilkan industri dan juga berguna untuk mendapatkan kembali zat-zat berharga dari campurannya serta sebagai obat. (8,9,10,11)
2.6 Adsorbsi
2.6.1 Pengertian Adsorbsi
Adsorbsi adalah proses dimana molekul-molekul fluida menyentuh dan melekat pada permukaan padatan. Adsorbsi adalah fenomena fisik yang terjadi saat molekul-molekul gas atau cairan dikontakkan dengan suatu permukaan padatan tersebut. Molekul–molekul pada permukaan zat padat atau zat cair mempunyai gaya dalam keadaan tidak setimbang (unbalance) yang cenderung tertarik ke arah dalam (gaya kohesi > gaya adhesi). (16,17)
Walaupun adsorbsi biasanya dikaitkan dengan perpindahan dari suatu gas atau cairan kesuatu permukaan padatan, perpindahan dari suatu gas kesuatu permukaan cairan juga terjadi. Subtansi yang terkonsentrasi pada permukaan didefenisi sebagai adsorbat dan material dimana adsorbat terakumulasi didefenisi sebagai adsorben.
Adsorpsi atau penjerapan adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida, cairan maupun gas , terikat kepada suatu padatan atau cairan (zat penyerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terjerap, adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan.(18)
Proses adsorbsi dapat berlangsung jika suatu permukaan padatan dan molekul-molekul gas atau cair, dikontakkan dengan molekul-molekol tersebut,maka didalamnya terdapat gaya kohesif termasuk gaya hidrostatik dan gaya ikatan hidrogen yang bekerja diantara molekul seluruh material. Gaya-gaya yang tidak setimbang pada batas fasa tersebut menyebabkan perubahan-perubahan konsentrasi molekul pada interface solid/fluida. padatan berpori yang menghisap (adsorption) dan melepaskan (desorption) suatu fluida disebut adsorben. Molekul fluida yang dihisap tetapi tidak terakumulasi/ melekat disebut adsorptive,sedangkan yang terakumulasi/melekat disebut adsorbat.
Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika (disebabkan oleh gaya Van Der Waals (penyebab terjadinya kondensasi gas untuk membentuk cairan) yang ada pada permukaan adsorbens) dan adsorpsi kimia (terjadi reaksi antara zat yang diserap dengan adsorben, banyaknya zat yang teradsorbsi tergantung pada sifat khas zat padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu). Adsorben yang dapat mengadsorpsi secara fisika dan kimia seperti composite adsorbent. (16,17,18)
2.6.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Adsorbsi
Adsorbsi sangat dipengaruhi baik oleh perpindahan kalor maupun perpindahan massa. Sedangkan daya adsorpsi dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu :
1. Tekanan (P), Tekanan yang dimaksud adalah tekanan adsorbat. kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikan jumlah yang diadsorbsi.
2. Temperatur absolut (T), Temperatur yang dimaksud adalah temperatur adsorbat. Pada saat molekul-molekul gas atau adsorbat melekat pada
permukaan adsorben akan terjadi pembebasan sejumlah energi yang dinamakan peristiwa eksotermis. Berkurangnya temperatur akan menambah jumlah adsorbat yang akan teradsorbsi demikian juga untuk peristiwa sebaliknya.
3. Interaksi potensial (E), interaksi potensial antara adsorbat dengan dinding adsorben sangat bervariasi, tergantung dari sifat adsorbat-adsorben.
4. Jenis adsorbat :
a. Ukuran molekul adsorbat
Ukuran molekul yang sesuai merupakan hal penting agar proses adsorbsi dapat terjadi, karena molekul-molekul yang dapat diadsorbsi adalah molekul- molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameterpori adsorben.
b. Kepolaran zat
Apabila berdiameter sama, molekul-molekul polar lebih kuat diadsopsi daripada molekul-molekul tidak polar. Molekul-molekul yang lebih polar dapat menggantikan molekul-molekul yang kurang polar yang terlebih dahulu teradsorpsi. (16,17,18)
2.7 Kualitas Air (19)
Peraturan Pemerintah No.20 tahun 1990 mengelompokkan kualitas air menjadi beberapa golongan menurut peruntukannya: 1. Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu, 2. Golongan B, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku
air minum, 3. Golongan C, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan, dan 4. Golongan D, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, usaha di perkotaan, industri, dan PLTA.
Semua organisme selalu membutuhkan air untuk kelangsungan hidupnya.
Hal ini disebabkan semua reaksi biologis yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup berlangsung dalam medium air. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa tidak mungkin ada kehidupan tanpa adanya air. Pencemaran air didefenisikan sebagai perubahan langsung atau tidak langsung terhadap keadaan air yang berbahaya atau berpotensi menyebabkan penyakit atau gangguan bagi kehidupan makhluk hidup.Perubahan langsung dan tidak langsung ini dapat berupa perubahan fisik, kimia, termal, biologi, atau radioaktif. Kualitas air merupakan salah satu faktor dalam menentukan kesejahteraan manusia. Kehadiran bahan pencemar di dalam air dalam jumlah tidak normal mengakibatkan air dinyatakan sebagai terpolusi. Beberapa indikator terhadap pencemaran air dapat diamati dengan melihat perubahan keadaan air dari keadaan yang normal, diantaranya adalah adanya perubahan suhu air, adanya perubahan tingkat keasaman, basa dan garam(salinitas ) air, adanya perubahan warna, bau dan rasa pada air, terbentuknya endapan, koloid dari bahan terlarut, dan terdapat mikroorganisme di dalam air. Oleh karena itu air dapat menjadi sumber atau perantara berbagai penyakit. Kelayakan air dapat diukur secara kualitas dan kuantitas. Kualitas air adalah sifat air dan kandungan makhluk hidup, zat, energi, atau komponen lain dalam air yang mencakup kualitas fisik, kimia, dan biologis.
Maka syarat-syarat air berdasarkan Permenkes Nomor 492/Menkes/Per/IV/2010, persyaratan adalah sebagai berikut :
Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Air Minum(4)
No Jenis Parameter Satuan
Kadar Maksimum yang
diperbolehkan Parameter Fisik
1. Bau Tidak berbau
2. Warna TCU 15
3. Total Zat Padat Terlarut (TDS) mg/L 500
4. Kekeruhan NTU 5
5. Rasa Tidak berasa
6. Suhu °C Suhu ± 3
Parameter Kimia
1. Alumunium mg/L 0,2
2. Besi mg/L 0,3
3. Mangan mg/L ≤ 0,4
4. Amonia mg/L 1,5
5. Tembaga mg/L 2
6. Seng mg/L 3
7. Sulfat mg/L 250
8. Khlorida mg/L 250
9. Kesadahan mg/L 500
10. pH 6,5 – 8,5
2.7 Kerangka Konsep
Gambar 2.1 Bagan kerangka konsep Lama kontak adsorben
arang aktif serbuk gergaji kayu nangka
(Artocarpus heterophyllus)
(Menit )
Konsentrasi adsorben arang aktif
serbuk gergaji kayu nangka (Artocarpus
heterophyllus)
Penurunan kadar Mangan (Mn) dalam
air tanah
2.8 Definisi Operasional
Tabel 2.4 Definisi Operasional
Variabel Definisi Cara
Ukur Alat Ukur Hasil Ukur
Skala Ukur Lama
kontak
Waktu yang diperlukan adsorben arang aktif serbuk gergaji kayu nangka (Artocarpus heterophyllus) kontak
dengan sampel air tanah.
Visual Stopwatch Menit Rasio
Konsentrasi adsorben
Konsentrasi adsorben arang aktif serbuk gergaji kayu nangka (Artocarpus heterophyllus) yang
ditambahkan dalam sampel air tanah.
Spektrofoto- metri
Spektro- fotometer
Kadar Mangan (Mn) mg/L
Rasio
