BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Pembangunan bidang pendidikan di Indonesia saat ini merupakan upaya untuk mencerdaskan bangsa dan meningkatkan taraf hidup manusia dengan jalan memanfaatkan sumber daya manusia dan sumber daya alam. Keberadaan Sekolah Menengah Kejuruan selanjutnya disebut SMK pada suatu lokasi tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan secara ekonomi, social dan lingkungan, disamping itu dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Hal ini karena SMK mampu mendidik dan menyediakan tenaga kerja dalam jumlah yang banyak dan mendorong tumbuhnya sektor informal di sekitar sekolah. Meskipun demikian pada sisi lainnya sekolah mempunyai potensi menyebabkan tekanan terhadap mutu lingkungan hidup terutama SMK yang berbasis Teknologi, Rekayasa dan Kesehatan.
Sesuai dengan program pemerintah di bidang pendidikan melalui Menteri Pendidikan untuk mempercepat pembangunan melalui kebijakan membuka SMK seluas-luasnya sehingga banyak SMK bermunculan akhir-akhir ini. Peningkatan jumlah sekolah SMK ini selain membawa dampak positif juga membawa dampak negatif yang berupa peningkatan dalam segi jumlah dan tipe limbah yang dihasilkan terutama SMK dengan program studi Teknologi,Rekayasa dan Kesehatan, apalagi yang menggunakan bahan kimia sebagai bagian dari proses pembelajarannya.
Bahan-bahan pencemar yang masuk ke perairan (air tanah atau air permukaan) dapat mempengaruhi parameter lingkungan perairan. Logam berat merupakan salah satu bahan pencemar berbahaya karena toksik dan sifatnya yang tak terdegradasi di alam (Zhao et al., 2011; Suprihatin dan Indrastuti,2010 dalam Pranoto et al., 2013; Al-Jill dan Alsewailem, 2009; Alhawas et al., 2013). Kegiatan praktikum di SMK Santo Paulus ini mendukung mata pelajaran yang disampaikan secara teori dengan program studi Kimia Industri dan Analis Kesehatan yang berkembang di Kota Surakarta saat ini akan menghasilkan tamatan yang kompeten sehingga akan dapat bekerja dibidangnya dan mempunyai dampak peningkatan ekonomi keluarga, sedangkan hasil samping yang
tidak bernilai ekonomi adalah limbah. Limbah yang dihasilkan ada dua macam yaitu limbah padat dan limbah cair.
Sarana laboratorium di SMK Santo Paulus ada 8 (delapan) buah yang dipakai untuk dua jurusan yaitu Kimia Industri dan Analis Kesehatan seperti terlampir pada lampiran 1, perkiraan jumlah limbah cair yang dibuang ke perairan sekitar 400 lt per minggu apabila praktikum berjalan semua dan mengandung bahan kimia yang bersifat asam, basa, garam atau logam berat. Sedangkan limbah padat yang berupa sampah dibuang ke tong sampah dan dikumpulkan , untuk selanjutnya diangkut bersama-sama sampah tersebut oleh petugas pengumpul sampah tingkat kelurahan, untuk limbah padat laboratorium dikumpulkan pada tempat tertentu dan dikelola oleh pihak ke tiga yang khusus menangani tentang limbah yang perlu pengelolaan lebih lanjut.
Penyumbang limbah cair dari jurusan Kimia Industri yang paling banyak menggunakan bahan kimia adalah mata pelajaran analisis kimia kualitatif dan kuantitatif diikuti mata pelajaran yang lain pada kelompok mata pelajaran produktif atau C3. Mata
pelajaran kimia analisis banyak sekali materi yang di praktikkan mulai dari acidi-alkalimetri sampai kompleksometri ditambah kromatografi seperti terlampir pada lampiran 2, sedangkan dari jurusan Analis Kesehatan yang paling banyak limbah cairnya pada mata pelajaran kimia air, makanan dan minuman, yang berisi materi dari analisis besi pada air, identifikasi karbohidrat sampai pada analisis formalin seperti terlampir pada lampiran 3. Untuk laboratorium kesehatan sebenarnya banyak limbah yang mengandung sampah dari mata pelajaran hematologi, kimia klinik, parasitologi, immunoserologi, bakteriologi atau mikrobiologi, akan tetapi limbah padat sudah dikumpulkan dan dikelola oleh pihak ketiga, sedang limbah cairnya dimasukkan ke bak peresapan.
Pengelolaan limbah cair dari laboratorium kesehatan sebagian dimasukkan bak peresapan agar mengendap dan air limbah yang sudah mengendap dibuang ke perairan sekitar sekolah, demikian juga laboratorium kimia meskipun setelah bercampur dengan air pencuci konsentrasinya menjadi rendah tetapi alangkah baiknya kalau dilakukan pengolahan limbah. Sarana instalasi pengolahan limbah (IPAL) belum ada di sekolah ini karena terbatasnya lahan dan juga kepedulian terhadap pengendalian pencemaran lingkungan. Oleh karena itu dibutuhkan kebijaksanaan, kepedulian dan kerjasama yang baik antara yayasan, dan semua warga sekolah untuk menjaga lingkungan serta
sumberdaya alam yang ada dilingkungan sekolah dan sekitarnya. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan teknologi tepat guna untuk mengolah limbah cair tersebut dan sebaiknya disesuaikan dengan lahan dan teknologi yang tersedia.
Limbah dari laboratorium biasanya dibuang langsung ke sungai dibelakang sekolah, hal ini dapat menyebabkan terjadinya pencemaran logam berat ke lingkungan. Limbah yang mengandung logam berat dapat mengancam pelestarian sumberdaya alam yang terdiri dari biotic, abiotik and culture. Oleh karena itu diperlukan penelitian untuk menurunkan tingkat pencemaran logam berat dalam limbah cair sebelum dibuang ke lingkungannya menggunakan instalasi pengolahan air limbah (IPAL) yang sederhana tetapi tepat guna hasil dari penelitian ini, dan hasil dari penelitian ini dapat digunakan atau disosialisasikan pada sekolah lain yang sejenis yang mempunyai keterbatasan lahan atau teknologi sehingga belum mampu mengolah limbah secara baik
Beberapa parameter dalam limbah cair dari laboratorium SMK Santo Paulus adalah kandungan logam berat misalnya besi (Fe), timbale (Pb) dan tembaga (Cu). Logam berat dalam lingkungan perairan telah diketahui dapat menyebabkan beberapa kerusakan pada kehidupan air, di samping itu terdapat fakta bahwa logam tersebut membunuh mikroorganisme selama perlakuan biologis pada limbah sebagai akibat kelambatan proses pemurnian air. Hampir semua garam – garam logam berat dapat larut dalam air dan membentuk larutan sehingga tidak dapat dipisahkan dengan pemisahan fisik yang sudah biasa.
Tercemarnya lingkungan perairan akibat limbah logam berat Fe, Pb dan Cu dapat mempengaruhi kualitas air permukaan maupun air tanah. Pada konsentrasi tinggi dan jangka waktu yang lama, logam berat dapat menyebabkan resiko kesehatan bagi manusia dan ekosistem. Logam berat tersebut dapat masuk ke dalam tubuh melalui makanan, minuman dan pernapasan. Akibat yang ditimbulkan dari banyaknya logam berat dalam tubuh yaitu kelainan syaraf seperti gangguan motorik serta penyakit parkinson (WHO, 2012;Ariffeni, 2011). Oleh karena itu diperlukan usaha untuk mengurangi beban pencemar masuk ke lingkungan perairan.
Pemerintah telah berupaya melakukan pencegahan dan pengendalian pencemaran logam berat dari limbah industri melalui penerbitan Undang-Undang Nomor 32 Tahun
2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup serta Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 5 tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah (terlampir). Adapun nilai ambang batas logam tembaga yang masih diperbolehkan dalam air baku berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 untuk kelas I sampai III adalah 0,02 mg/L sedangkan untuk kelas IV adalah 0,2 mg/L.
Limbah cair SMK yang mengandung bahan kimia ada yang melebihi parameter baku mutu oleh karena itu perlu dilakukan proses pengolahan limbah hasil samping praktikum agar kelestarian sumberdaya alam yang berupa biotic, abiotic and culture harus tetap terjaga. Masyarakat sekitar yang harus menjaga agar sungai tetap bersih, maka sebaiknya limbah laboratorium diolah disetiap sekolah disesuaikan dengan kondisi lingkungan sekolah tersebut terutama lahan dan didukung teknologi tepat guna menggunakan bahan yang tersedia di alam yaitu alofan dan arang aktif yang selama ini masih banyak digunakan sebagai bahan bakar.
Tawas atau alum adalah suatu senyawa Alumunium Sulfat dengan rumus kimia Al2(SO4)3.18H2O. Pembuatan tawas dapat di laksanakan dengan melarutkan material
yang mengandung Al2O3 dalam larutan asam sulfat. Salah satu sumber Al2O3 di alam
terdapat dalam tanah kaolin. Reaksi antara kaolin dengan larutan asam sulfat akan menghasilkan larutan alumunium sulfat. Tawas padat di peroleh dari proses kristalisasi larutan jenuh alumunium sufat (Jalaluddin & Jamaluddin, 2005).Alumunium sulfat membentuk garam-garam rangkap dengan sulfat dari kation-kation monovalen dengan bentuk kristal yang menarik, yang disebut tawas (alum, aluin) (Vogel, 1985). Tawas berfungsi untuk membentuk flok-flok kotoran yang melayang-layang yang tidak mudah mengendap atau lolos dari saringan. Kemampuan tawas, arang aktif dan alofan dalam mengurangi kandungan logam berat dikembangkan dalam bentuk teknologi tepat guna untuk mengatasi kontaminasi logam berat tembaga (Cu) pada air permukaan.
Alofan merupakan senyawa mineral yang banyak terdapat di alam bebas, terletak di alam di wilayah datar sampai bergunung dengan ketinggian 0 – 3000 m dpl serta terbentuk di bawah pengaruh iklim tropika basah. Menurut Munir (1991), alofan terutama ditemukan pada tanah - tanah abu vulkanik dan di Indonesia banyak di jumpai di Jawa, Sumatra, Bali dan NTB, Kitagawa (1971) dalam Munir (1991) juga
menyebutkan bahwa alofan mempunyai prioritas dan permeabilitas tinggi, memiliki daya serap dan kapasitas pertukaran kation yang tinggi. Sebaran alofan terdapat pada gunung-gunung di Indonesia seperti pada gambar 1.
Gambar 1. Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia
Arang aktif dan resin merupakan penjerap yang cukup efektif tetapi harganya cukup tinggi serta kesulitan dalam regenerasinya ( Muhdarina, 2010; Alhawas, 2013 ), sehingga perlu dicari penjerap alternatif dengan biaya yang lebih murah, misalnya abu sekam , zeolit, abu layang, peat, siderite, sampah pertanian dan arang kayu. Secara umum, penjerap dapat disebut murah apabila sederhana dalam proses preparasinya, jumlahnya melimpah di alam dan merupakan hasil akhir atau limbah industri, seperti alofan alam dan abu sekam alam (Alhawas et al., 2013; Pranoto et al., 2013; Muhdarina et al., 2010; Sallstrom, 2008;).
Arang tempurung kelapa merupakan sumber karbon aktif yang digunakan sebagai adsorban. Karbon ini dapat menjerap substansi terlarut ke dalam porinya. Ada banyak material yang dapat digunakan sebagai adsorban tetapi karbon adalah pilihan yang sangat tepat untuk pengolahan air karena dapat menghilangkan zat pencemar dengan kisaran yang cukup luas (Droste, 1997). Karbon aktif mempunyai banyak kapiler dalam partikel
karbon dan permukaannya tersedia untuk adsorpsi termasuk permukaan dari pori-pori di dalam penambahan permukaan luar. Area permukaan pori melebihi area permukaan dari partikel dan adsorpsi paling banyak terjadi pada permukaan pori. Untuk karbon aktif, rasio total area permukaan sangat luas. Pada adsorpsi kimia, reaksi kimia terjadi terjadi antara padatan dan solute yang diserap, dan reaksi selalu tidak berbalik. Adsorpsi kimia jarang digunakan di dalam environmental engineering.
Karbon aktif banyak terbuat dari material seperti kayu, serbuk gergaji, biji buah dan batok kelapa, batu bara, lignite, dan residu minyak tanah. Pembentukan karbon aktif ini terdiri dari karbonisasi dari padatan diikuti aktivasi menggunakan uap panas.(Reynold dan Paul, 1995) Di kalangan kimiawan dan pakar lingkungan hidup, kelapa juga dapat didayagunakan sebagai adsorben/penyerap.
Berdasarkan kondisi sekolah dalam pengelolaan limbah laboratorium kimianya yang mengandung logam berat dan berbagai penelitian dengan memanfaatkan alofan dari alam dan arang aktif dari tempurung kelapa serta tawas yang mempunyai kemampuan sebagai koagulan maka pada penelitian ini perlu dilakukan untuk mengembangkan penjerap berupa campuran alofan , arang aktif dan tawas untuk mengurangi kekeruhan air, meningkatkan efektifitas penjerapan terhadap logam berat tembaga (Cu) serta dapat mengembangkan alofan dan arang aktif sebagai filter untuk menurunkan kandungan logam-logam berat yang lain misalnya Cr, Fe, Pb pada limbah cair laboratorium kimia Sekolah Menengah Kejuruan, sehingga pencemaran lingkungan dapat dikurangi atau dicegah
B.Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi tawas terhadap pengendapan kotoran yang berbentuk flok dalam limbah laboratorium ?
2. Bagaimana pengaruh waktu kontak.komposisi alofan dengan arang aktif pada suhu aktivasi terhadap persentase penurunan ion logam berat tembaga (Cu) dalam limbah laboratorium ?
3. Bagaimana bentuk persamaan adsorpsi isotherm pada kondisi optimum penjerap alam alofan sebagai penjerap ion logam berat tembaga (Cu) dalam limbah laboratorium ?
C. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah disampaikan diatas maka tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi tawas terhadap banyaknya pengendapan kotoran yang berbentuk flok dalam limbah laboratorium.
2. Untuk mengetahui pengaruh waktu kontak ,komposisi alofan dengan arang aktif pada suhu aktivasi terhadap persentase penurunan ion logam berat tembaga (Cu) dalam limbah laboratorium.
3. Untuk mengetahui bentuk adsorpsi isotherm pada kondisi optimum penjerap alam alofan sebagai penjerap ion logam berat tembaga (Cu) dalam limbah laboratorium.
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian yang telah dilakukan sesuai dengan tujuan diatas adalah :
1. Manfaat bagi peneliti : Penelitian ini diharapkan dapat menambah sumbangan pemikiran dalam pengembangan bahan alam ( alofan , arang aktif, tawas dan modifikasi alofan-arang aktif -tawas) sebagai penjerap yang efektif dalam menurunkan kadar logam berat tembaga (Cu) di perairan.
2. Manfaat bagi masyarakat : Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan alternatif dalam memanfaatkan alofan, arang aktif dan tawas sebagai penjerap logam berat tembaga di perairan
3. Manfaat bagi pemerintah : Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan bahan pertimbangan dalam mengelola potensi daerah, yaitu alofan, arang aktif dan tawas agar lebih bermanfaat bagi masyarakat luas terutama dalam penjernihan air limbah atau bahkan air minum.
4. Manfaat Terapan : Adanya model penjernihan air dengan pemanfaatan campuran alofan, arang aktif dan tawas untuk mengurangi pencemaran lingkungan akibat limbah laboratorium kimia SMK yang belum mempunyai sarana Instalasi Pengolah Air Limbah (IPAL) yang memadai.
5. Manfaat secara ekonomi : alat penjernihan air limbah yang sederhana hasil penelitian ini bisa dijadikan lahan bisnis yang menjajikan dan bisa dicatatkan hak patennya.
