Pemanfaatan Zeolit Alam Sarulla sebagai Penyerap Amonia dari Limbah Cair Peternakan di Simalingkar B Medan

(1)

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI

PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN

DI SIMALINGKAR B MEDAN

TESIS

Oleh

SERMAIDA HOTMARIA HARAHAP 117006030/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI

PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN

DI SIMALINGKAR B MEDAN

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh

SERMAIDA HOTMARIA HARAHAP 117006030/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

Judul Tesis : PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLAH SEBAGAI PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN DI SIMALINGKAR B MEDAN

Nama Mahasiswa : Sermaida Hotmaria Harahap

Nomor Pokok : 117006030

Program Studi : Magister Ilmu Kimia

Menyetujui, Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Harlem Marpaung Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc.,M.Phil

Ketua Anggota

Ketua Program Studi Dekan

Prof. Basuki Wirjosentono, MS.Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 27 April 2013

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Harlem Marpaung

Anggota : 1. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Jamahir Gultom, Ph.D

(5)

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN

DI SIMALINGKAR B MEDAN

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil

karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan

sumbernya dengan benar.

Medan, 27 April 2013

(6)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Sermaida Hotmaria Harahap, S.Pd

Tempat dan Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 17 Nopember 1970

Alamat Rumah : Jl. Pelita IV Gg. Pelita No. 1 Medan

Telepon / HP : (061) 6610757 / 082167772556

Email : sermaida.harahap@yahoo.co.id

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 1 Percut Sei Tuan

Alamat Kantor : Jln. Irian Barat No. 37 Sampali

Telepon / Faks / HP :

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Swasta HKBP Padangsidimpuan Tamat : 1983

SMP : SMP Negeri 6 Padangsidimpuan Tamat : 1986

SMA : SMA Negeri 2 Padangsidimpuan Tamat : 1989

D-3 : Pendidikan Kimia IKIP Negeri Medan Tamat : 1992

Strata-1 : Pendidikan Kimia IKIP Negeri Medan Tamat : 1999

(7)

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN

DI SIMALINGKAR B MEDAN

ABSTRAK

Pemanfaatan zeolit alam Sarulla yang telah diaktivasi pada suhu 3000C selama 3 jam untuk menyerap ammonia dari limbah cair peternakan babi, telah dilakukan dengan berbagai variasi massa zeolit. Massa zeolit yang digunakan 10 g (Z1), 20 g (Z2), 30 g (Z3), 40 g (Z4), 50 g (Z5), 60 g (Z6), 80 g (Z7) dan 100 g (Z8). Metode analisis terhadap daya adsorpsi zeolit dilakukan dengan metode impregnasi basa, zeolit direndam selama 3 jam dalam 100 ml sampel limbah cair peternakan babi. Analisis ammonia dalam filtrat hasil impregnasi zeolit menggunakan spektofotometer visibel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia dalam sampel limbah cair peternakan babi mula-mula sebesar 427,23 mg/L setelah penambahan zeolit didapat Z1 (281,6 mg/L), Z2 (224,73 mg/L), Z3 (175,1434 mg/L), Z4 (132,7595 mg/L), Z5 (96,244 mg/L), Z6 (92,9838 mg/L), Z7 (54,4256 mg/L) dan Z8 (8,203 mg/L). maka didapat kapasitas adsorpsi optimum pada penambahan 100 g zeolit alam Sarulla dengan daya serap 98,08%. Karakterisasi zeolit alam Sarulla hasil impregnasi menggunakan spektofotometer FTIR nampak puncak / spectra baru pada 1537 cm-1 merupakan ammonium yang terperangkap oleh zeolit alam Sarulla. Karakterisasi zeolit awal (Z0) dengan difraksi sinar – X menunjukkan bahwa deposit zeolit alam Sarulla yang digunakan adalah jenis anortit – monmorilonit.

Kata Kunci : Zeolit alam, Ammonia, limbah cair peternakan.

(8)

UTILIZATION OF NATURAL ZEOLITE SARULLA AS AMMONIA ADSORB FROM FARM WASTE WATER AT SIMALINGKAR B MEDAN

ABSTRACT

Utilization of natural zeolite Sarulla which has been activated at a temperature of 3000C for 3 hours to absorb ammonia in pig farm waste water has performed with a variety of zeolite mass. The zeolit mass which used are 10 g (Z1), 20 g (Z2), 30 g (Z3), 40 g (Z4), 50 g (Z5), 60 g (Z6), 80 g (Z7) dan 100 g (Z8). Methods of analysis of the zeolite adsorption performed with alkaline impregnation method, zeolite soaked for 3 hours in a 100 ml sample of pig farm wastewater. Analysis of ammonia in the filtrate of zeolite impregnation results is using visible spectrophotometer. The results showed that the initial concentration of ammonia in the effluent pig farm samples is 427.23 mg / L after the addition of zeolite obtained Z1 (281.6 mg / L), Z2 (224.73 mg / L), Z3 (175, 1434 mg / L), Z4 (132.7595 mg / L), Z5 (96.244 mg / L), Z6 (92.9838 mg / L), Z7 (54.4256 mg / L) and Z8 (8.203 mg / L ). It is then obtained the optimum adsorption capacity of addition 100 g of natural zeolite Sarulla with absorption of 98.08%. Characterization of natural zeolite Sarulla impregnation result using FTIR spectrophotometer visible peak / new spectra at 1537 cm-1 represents ammonium trapped by natural zeolite Sarulla. Initial zeolite (Z0) characterization with diffraction - X ray indicates that the natural zeolite Sarulla deposits used is the anortit – montmorillonite type.

(9)

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kepada Allah Bapa Yang

Maha Kuasa Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “Pemanfaatan Zeolit Alam Sarulla Sebagai Penyerap Ammonia Dari Limbah Cair Peternakan di Simalingkar B Medan” ini dapat diselesaikan.

Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril

Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada

penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Dr.

Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki

Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr.

Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada

Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya ditujukan

kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Harlem Marpaung selaku Pembimbing Utama dan Bapak Prof. Dr.

Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah

memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran

menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.

2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Jamahir Gultom, Ph.D, dan

Bapak Dr. Darwin Yunus Nasution, MS, selaku penguji yang telah banyak

memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.

3. Ir. P. Pakpahan suami tercinta serta anak-anak saya yang tersayang Porman

Pakpahan, Daniel Pakpahan, Johannes Pakpahan, dan Jonatan Pakpahan, yang

telah memberi doa restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis

(10)

4. Bella dan Indah, serta teman-temannya selaku Asisten Laboratorium Analitik

FMIPA USU.

5. Rekan-rekan angkatan 2011, Kakak Susilawati, Boston Pasaribu, Pantas Silaban,

Ria Nasution, Nelly Sihombing, Puji Purworini, Kakak Rislima Sihombing, Kakak

Terkelin Ginting, dan kawan-kawan lain yang tidak bisa kusebutkan satu persatu

atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama

penelitian, dan rekan-rekan guru SMA Negeri 1 Percut Sei Tuan yang telah banyak

memberikan motivasi, dorongan, dan doa.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis

mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini.

Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan

(11)

DAFTAR ISI

2.4 Proses Pembentukan ammonia dan hidrogen sulfida 8

2.4.1 Proses Pembentukan ammonia dalam peternakan babi 8

2.4.2 Proses pembentukan hidrogen sulfida dalam peternakan babi 9

2.5 Dampak negatif ammonia dan hidrogen sulfida terhadap kesehatan 9

2.6 Zeolit 11

2.7 Aktivasi Zeolit Alam 13

2.8 Sifat-sifat zeolit 14

(12)

2.8.1.1 Luas Permukaan Zeolit 17

3.3.1.6 Pembuatan Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar

Amm7nia 21

3.3.2 Pengambilan Sampel Zeolit 22

3.3.3 Pengambilan sampel limbah cair peternakan babi 22

3.3.4 Preparasi Zeolit alam Sarulla dan aktivasi 22

3.3.5 Preparasi sampel limbah cair peternakan babi 23

3.3.6 Penentuan ammonia yang diserap oleh zeolit aktif 23

3.3.7 Karakterisasi zeolit 23

3.4 Bagan Penelitian 24

3.4.1 Pengolahan zeolit 24

(13)

3.4.1.2 Aktivasi Zeolit 24

3.4.1.3 Pembuatan kurva kalibrasi larutan seri standar ammonia 25

3.4.1.4 Penentuan ammonia yang diserap oleh zeolit aktif 26

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 27

4.1 Hasil Penelitian 27

4.1.1 Penentuan persamaan garis regresi dengan metode kurva

kalibrasi 27

4.1.1.1 Penurunan Persamaan garis regresi 27

4.1.1.2 Perhitungan Koefisien Korelasi 28

4.1.2 Hasil data pengukuran kapasitas adsorpsi zeolit alam Sarulla 28

4.1.3 Perhitungan 30

4.1.3.1 Penentuan kadar Ammonia di dalam sampel limbah cair peternakan babi sebelum penambahan zeolit

alam Sarulla 30

4.1.3.2 Penentuan Kadar Amonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 10g zeolit

alam Sarulla 30

4.1.3.3 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 20 g zeolit

alam Sarulla 30

alam Sarulla 31

4.1.3.5 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi penembahan 40 g zeolit alam

Sarulla 31

alam Sarulla 32

4.1.3.7 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah Cair peternakan babi penambahan 60 g zeolit alam

Sarulla 32

(14)

4.1.3.9 Penentuan Kadar ammonia dalam sampel limbah cair peternakan babi setelah penambahan 100 g zeolit

alam Sarulla 33

4.1.4 Penentuan Persen Penyerapan ammonia 34

4.1.4.1 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan

10 g zeolit alam Sarulla 34

cair peternakan babi setelah penambahan 100 g zeolit

alam Sarulla 34

40 g eolit alam Sarulla 34

100% zeolit alam Sarulla 35

4.2 Pembahasan 35

4.2.1 Preparasi Zeolit 35

4.2.2 Preparasi Sampel limbah cair peternakan 36

4.2.3 Uji Adsorpsi 37

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 40

5.1 Kesimpulan 40

5.2 Saran 40

(15)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul

Halaman

Tabel 2.1 Jumlah Manur yang Dihasilkan Oleh Seekor Ternak Babi 8

Tabel 2.2 Kandungan Zat Makanan di Dalam Manur Ternak Babi 8

Tabel 2.3 Dampak Terpaparnya Gas Ammonia pada Manusia 10

Tabel 2.4 Dampak Terpaparnya Gas Hidrogen Sulfida pada Manusia 11

Tabel 2.5 Baku Mutu Ambien dan Emisi Ammonia dan H2S 11

Tabel 2.6 Komposisi Kimia Zeolit Alam Sarulla 17

Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Persamaan Garis Regresi Untuk Larutan

Standar Ammonia 27

Tabel 4.2 Konsentrasi Ammonia Dalam Sampel Limbah Cair Peternakan

Babi Sebelum Penambahan Zeolit 29

Tabel 4.3 Konsentrasi Ammonia Dalam Sampel Limbah Cair Peternakan

(16)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1 Struktur Kerangka Zeolit 12

Gambar 2.2 Proses adsorpsi – desorpsi berbagai kation dalam zeolit 15

Gambar 2.3 Bagan Spektofotometer UV/Vis 19

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Lampiran1. Hasil Pengukuran Larutan Standar Ammonia Secara

Spektofotometri Visibel 49

Lampiran 2. Kurva Kalibrasi Larutan Standar Ammonia Hasil Penukuran 49

Lampiran 3 Pengukuran Konsentrasi Ammonia (mg/L) dengan Penambahan Zeolit Alam Sarulla pada Waktu Kontak

Selama 3 Jam 50

Lampiran 4. Kurva Daya Serap Zeolit Alam Sarulla Dengan Variasi

Massa 50

Lampiran 5. Grafik Kapasitas Adsorpsi Zeolit Alam Sarulla 51

Lampiran 6. Specta – FTIR Zeolit Alam Sarulla Setelah diimpregnasi 52

Lampiran 7. Komposisi Zeolit Alam Sarulla Hasil Pengujian Teknologi