MAKALAH
KMT (Kuliah Mandiri Terpantau)
STUDI PENGGUNAAN FILTER KERAMIK BERBASIS CLAY SEBAGAI MEDIA PENGOLAHAN AIR
DISUSUN OLEH DIEN RIDAYANI
H12112037
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS TANJUNGPURA
PONTIANAK 2016
i DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ... i
KATA PENGANTAR ... ii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.Latar Belakang ... 1
2.Rumusan Masalah ... 2
3.Tujuan... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
1.Air... 3
1.1.Karakteristik Air ... 3
1.2.Air Bersih ... 4
1.3.Air Minum ... 4
1.4.Kontaminan Air ... 5
2.Keramik ... 5
2.1.Klasifikasi ... 5
2.2.Sifat Keramik ... 6
3.Tanah Liat (Clay) ... 6
4.Aditif ... 6
4.1.Sekam Padi ... 7
4.2.Karbon Aktif ... 7
4.3.Zeolit ... 7
4.4.Serbuk Besi ... 8
4.5.Koloid Perak ... 8
5.Pembuatan Filter Keramik ... 8
5.1.Filter Keramik Berbentuk Pot (Clay-Pot Ceramic Filter) ... 8
5.2.Membran Keramik ... 9
6.Teknik Filtrasi (Penyaringan)... 10
6.1.Clay-Pot Ceramic Filter ... 11
6.2.Membran Keramik ... 11
7.Penelitian Sebelumnya ... 12
BAB III PENUTUP ... 17
1.Kesimpulan... 17
2.Saran ... 17
DAFTAR PUSTAKA ... 18
ii
KATA PENGANTAR
Rasa syukur yang dalam saya sampaikan ke hadirat Tuhan Yang Maha Pemurah, karena berkat kemurahan-Nya makalah ini dapat diselesaikan sesuai yang diharapkan. Dalam makalah ini saya membahas “Studi Penggunaan Filter Keramik Berbasis Clay Sebagai Media Pengolahan Air”, yang mana masalah air bersih memang tetap menjadi permasalahan yang perlu untuk diperhatikan dikarenakan kebutuhan akan air bersih untuk daerah industri dan permukiman padat penduduk merupakan hal yang penting terkait masalah kesehatan dan kebersihannya.
Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman mengenai efisiensi dari material low-cost clay dan ketersediannya yang melimpah juga dapat dijadikan pilihan selain menggunakan bahan yang mahal dan teknologi yang dapat menghilangkan kontaminan berbahaya pada sumber air dimana secara global banyak diaplikasikan pada pengolahan air minum saat ini. Diharapkan dari studi literatur yang telah dilakukan dan dirangkum dalam bentuk makalah dapat menjadi referensi untuk melanjutkan penelitian mengenai penggunaan clay alam sebagai media pengolahan air dengan memberikan inovasi dalam peningkatan mutu dan kualitas filter keramik yang akan diaplikasikan.
Demikian makalah ini saya buat semoga bermanfaat,
Pontianak, 18 Januari 2016 Penyusun,
Dien Ridhayani H12112037
1
BAB I PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan pokok bagi seluruh makhluk hidup. Kebutuhan akan air bersih menjadi salah satu faktor penting bagi kesehatan manusia. Akan tetapi, perkembangan industri dan penggunaan bahan kimia dalam berbagai tujuan, telah meningkatkan pencemaran pada air terutama pada negara berkembang. Permasalahan mengenai kualitas air yang mengandung senyawa berbahaya, logam berat dan berbagai jenis pathogen menjadi penyebab utama timbulnya berbagai penyakit. Dikarenakan sangat kecil kemungkinan untuk mencegah bahan kimia mencemari air, maka langkah satu-satunya untuk memelihara kebersihan air yaitu dengan mengembangkan teknologi penjernihan air yang efisien. Salah satu cara yang banyak dikembangkan yaitu penjernihan air yaitu penggunaan adsorben alami dan yang termodifikasi. Beberapa jenis adsorben alami telah digunakan dalam pengolahan air minum yang terkontaminasi. Jika dilihat dari jenis-jenis adsorban yang murah (low-cost), clay (lempung/tanah liat) yang dimodifikasi dalam bentuk komposit telah diketahui memiliki performa yang lebih baik dalam menyerap kontaminan di air. Mineral clay secara umum dikategorikan dalam beberapa jenis: montmorillonite, smectite, kaolinite, illite, dan chlorite.
Montmorillonite, kaolinite dan illite adalah jenis yang paling luas digunakan dikarenakan memiliki area permukaan yang luas, sifat kimia dan mekanik yang stabil, struktur dan permukaan yang bervariasi, murah dan mudah didapatkan.
Clay merupakan alumina silikat basah (hydrous aluminosilicate) yang mana secara luas dikenal sebagai mineral yang membentuk koloid pada tanah, endapan, batuan dan air, selain itu juga dapat tersusun dari campuran butiran halus mineral clay dan yang berbentuk kristal dari mineral lainnya seperti kuarsa, karbon, dan oksida logam. Clay memegang peran yang penting bagi lingkungan yaitu sebagai pembasmi alami polutan dengan mengikat kation dan anion melalui pertukaran ion maupun adsorpsi atau secara bersamaan. Jadi, di permukaan clay selalu terjadi pertukaran kation dan anion. Jenis kation dan anion yang sering ditemukan pada permukaan clay yaitu Ca2+, Mg2+, H+ ,K+ ,NH4+, Na+, SO42−, Cl−, PO43−,dan NO3−. Ion- ion ini dengan mudah melakukan pertukaran dengan ion lain tanpa mempengaruhi struktur mineral dari clay. Area permukaan yang luas, sifat kimia dan mekanik yang stabil, struktur berlapis, kapasitas pertukaran kation yang tinggi (Cation Exchange Capacity/CEC), dan lain sebagainya telah menjadikan clay sebagai bahan adsorban yang baik. Clay alam dan clay yang termodifikasi juga memiliki kemampuan dalam mengadsorpsi berbagai logam berat.
Clay telah menarik perhatian sebagai adsorban untuk As, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, dan Zn dalam bentuk ionik pada madium cair. Kapasitas adsorpsi berbeda dari logam ke logam dan juga bergantung dari jenis clay yang digunakan (Bhattacharyya, 2008).
Komposit dapat diartikan sebagai material alami maupun hasil sintesis yang terdiri dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dimana sifat masing-masing bahan berbeda baik itu sifat kimia maupun fisisnya yang berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Komposit disintesis dengan maksud mengkombinasikan sifat-sifat yang diinginkan dari berbagai jenis material pada suatu komposit. Dalam nanokomposit, nanopartikel (clay, logam, carbon nanotube, dsb) berperan sebagai filler dalam matriks.
2
Nanopartikel adalah partikel yang berdiameter kurang dari 100 nm. Komposit clay maupun nanokomposit merupakan komposit yang material dasarnya adalah clay yang dikombinasikan dengan material lain seperti logam, polimer, dan lainnya. Dewasa ini, pengembangan dan karakterisasi dari nanokomposit clay-polimer telah menarik banyak perhatian dikarenakan lebih unggul dibandingkan komposit polimer konvensional. Dengan sedikit penambahan dari nanoclay maka dapat meningkatkan sifat mekanik, termal, dan dimensinya dikarenakan area kontak yang luas diantara polimer dan clay dalam ukuran nano (Pandey,2011).
Untuk negara berkembang, teknologi nanokomposit belum banyak diaplikasikan sebagai water filter. Namun, penerapan membran dari bahan keramik seperti clay tetap dapat dilakukan, sehingga diperlukan berbagai penelitian-penelitian yang berkaitan dengan teknologi water tratment yang murah dan sederhana namun tetap memiliki efisiensi yang tinggi terutama dalam hal penyerapan kontaminan berbahaya pada air. Dalam makalah ini, akan dibahas berbagai penelitian mengenai pemanfaatan clay alam dan kompositnya sebagai bahan dasar filter keramik dan sebagai adsorban yang efisien menghilangkan kontaminan organik, anorganik, dan patogen pada sumber air.
2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka dapat dirumuskan beberapa masalah yang akan dikaji:
1) Bagaimana karakteristik dan sifat fisis yang dimiliki membran keramik berbahan dasar clay dan berbagai kompositnya.
2) Bagaimana teknik fabrikasi yang sederhana namun dapat menghasilkan filter yang unggul, serta variasi komposisi terbaik dan optimal dalam komposisi campuran bahan dalam menurunkan kadar kontaminan dan turbiditas air.
3. Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini yaitu:
1) mendapatkan informasi luas dari berbagai literatur mengenai penggunaan clay untuk menghasilkan adsorban yang ramah lingkungan dan aplikasinya dalam penghilangan kontaminan air.
2) Mengetahui berbagai teknik fabrikasi dan modifikasi clay (komposisi material) untuk menghasilkan filter keramik clay yang memiliki keunggulan dalam menyerap kontaminan berbahaya di air serta mekanisme filtrasi yang efisien dan sederhana.
3) Mengetahui tingkat efektifitas filter keramik clay dalam menurunkan turbiditas dan kontaminan di air serta mempelajari pengaruh dari berbagai variabel seperti pH, temperatur, dan kondisi lainnya yang mana dapat membatasi atau bahkan meningkatkan efisiensi adsorban yang terbuat dari material clay.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1. Air
Air merupakan salah satu materi penting yang ada di bumi dan terdapat dalam fasa cair, uap air maupun es. Kebutuhan manusia dan makhluk hidup lainnya untuk bisa terus bertahan hidup tentu saja sangat tergantung pada ada atau tidak adanya ketersediaan air. Kebutuhan akan air ini bahkan dapat dikatakan yang utama setelah kebutuhan akan oksigen, mengalahkan kebutuhan penting lainnya seperti pakaian, tempat tinggal, energi, dan juga makanan sekalipun. Beberapa sumber data menyebutkan bahwa tubuh kita sendiri tersusun dari ± 70% cairan dan juga setiap harinya paling tidak memerlukan 2 hingga 3 liter air minum (Institute of Medicine, 2005). Begitu pentingnya peran air bagi kehidupan inilah juga yang menyebabkan mengapa beberapa peradaban kuno terdapat di sekitar sungai-sungai besar seperti Sungai Nil di Mesir dan juga Sungai Kuning (Hwang Ho) di Cina.
Namun tidak semua air yang tersedia tersebut dapat digunakan begitu saja terutama oleh manusia, melainkan hanya yang telah memenuhi kriteria tertentu dan air bersihlah yang benar-benar dapat langsung dimanfaatkan oleh manusia. Sesuai dengan Permenkes No.416 Tahun 1990 tentang air bersih, air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari adalah yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Sedangkan air minum sendiri yaitu air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Syarat kesehatan dari kualitas air tersebut meliputi persyaratan mikrobiologi, fisika kimia, dan radioaktif. Hal ini menjadikan air bersih terutama air minum sesuatu yang penting untuk selalu ada bagi manusia. Sejalan dengan peningkatan jumlah populasi manusia ditambah beberapa faktor seperti rusaknya daerah tangkapan air dan pencemaran lingkungan telah mengakibatkan terjadinya krisis air bersih baik secara global maupun di Indonesia sendiri. Potensi sebagai negara yang kaya air, ternyata tidak mampu menghindarkan Indonesia dari krisis air bersih. Setiap kali musim kemarau tiba berbagai daerah mengalami kekeringan air. Bahkan ketika musim penghujan pun krisis air bersih tetap mengintai lantaran surplus air yang kerap mengakibatkan banjir sehingga sumber air tidak dapat termanfaatkan. Krisis air bersih membuat sebagian besar penduduk Indonesia terutama di daerah-daerah sulit air mengkonsumsi air yang seharusnya tidak layak minum.
1.1.Karakteristik Air 1. Karakteristik fisik air:
a. Kekeruhan; dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan anorganik dan organik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan oleh buangan industri.
b. Temperatur; kenaikan temperatur air menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut.
Kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap akibat degradasi anaerobik yang mungkin saja terjadi.
c. Warna air; dapat ditimbulkan oleh kehadiran mikoorganisme, bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik serta tumbuh-tumbuhan.
d. Solid (zat padat); kandungan zat padat menimbulkan bau busuk, juga dapat meyebabkan turunnya kadar oksigen terlarut. Zat padat dapat menghalangi penetrasi sinar matahari kedalam air.
4
e. Bau dan rasa; dapat dihasilkan oleh adanya organisme dalam air seperti alga serta oleh adanya gas seperti H2S yang terbentuk dalam kondisi anaerobik, dan oleh adanya senyawa- senyawa organik tertentu.
2. Karakteristik kimia air:
a. pH; pembatasan pH dilakukan karena akan mempengaruhi rasa, korosivitas air dan efisiensi klorinasi. Beberapa senyawa asam dan basa lebih toksik dalam bentuk molekul, Disosiasi senyawa-senyawa tersebut dipengaruhi oleh pH. Tingkat keasaman suatu larutan yang diukur dengan skala 0 s/d 14 . Tinggi rendahnya pH air sangat dipengaruhi oleh kandungan mineral lain yang terdapat dalam air. pH air standar adalah 6,5 s/d 8,5. Air di bawah 6,5 disebut asam, sedangkan di atas 8,5 disebut basa.
b. DO (dissolved oxygen); jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari fotosintesis dan absorbsi atmosfer/udara. Semakin banyak jumlah DO maka kualitas air semakin baik. Satuan DO biasanya dinyatakan dalam persentase saturasi (Kristianto, 2014).
c. BOD (biological oxygen demand); banyaknya oksigen dalam ppm atau miligram/liter (mg/l) yang dibutuhkan oleh mikroorgasnisme untuk menguraikan bahan-bahan organik (zat pencerna) yang terdapat di dalam air buangan secara biologi. BOD dan COD digunakan untuk memantau kapasitas self purification badan air penerima (Kristianto, 2014).
d. COD (chemical oxygen demand); banyaknya oksigen dalam ppm atau miligram/liter (mg/l) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan organik secara kimia (Kristianto, 2014).
Reaksi: + 95% terurai
Zat Organik + O2 → CO2 + H2O
e. Kesadahan; kesadahan air yang tinggi akan mempengaruhi efektivitas pemakaian sabun, tetapi sebaliknya dapat memberikan rasa yang segar. Di dalam pemakaian untuk industri (air ketel, air pendingin, atau pemanas) adanya kesadahan dalam air tidaklah dikehendaki. Kesadahan yang tinggi bisa disebabkan oleh adanya kadar residu terlarut yang tinggi dalam air.
f. Senyawa-senyawa kimia yang beracun; kehadiran unsur arsen (As) pada dosis yang rendah sudah merupakan racun terhadap manusia sehingga perlu pembatasan yang agak ketat (± 0,05 mg/l). Kehadiran besi (Fe) dalam air bersih akan menyebabkan timbulnya rasa dan bau logam, menimbulkan warna koloid merah (karat) akibat oksidasi oleh oksigen terlarut yang dapat menjadi racun bagi manusia.
1.2.Air Bersih
Air bersih dan air layak minum atau air minum sehat adalah dua hal yang tidak sama tetapi sering dipertukarkan. Tidak semua air bersih layak minum, tetapi air layak minum biasanya berasal dari air bersih. Pengertian air bersih menurut Permenkes RI No 416/Menkes/PER/IX/1990 adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari dan dapat diminum setelah dimasak.
1.3.Air Minum
Syarat–syarat air minum adalah, tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Air minum juga seharusnya tidak mengandung kuman patogen yang dapat membahayakan kesehatan manusia. Tidak mengandung zat kimia yang dapat mengubah fungsi tubuh, tidak
5
dapat diterima secara estetis, dan dapat merugikan secara ekonomis. Pada hakekatnya, tujuan ini dibuat untuk mencegah terjadinya serta meluasnya penyakit bawaan air (Slamet, 2004).
1.4.Kontaminan Air
Terdapat empat tipe kontaminan pada air yang dapat dihilangkan dengan filter keramik berbahan dasar clay, antara lain:
1. Logam berat, meliputi Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Sn, Mn, Ni, Zn, Ar, Se, tungsten dan merkuri. Adapun efisiensi penyaringan sebagian besar dipengaruhi oleh pH, temperatur, dan dosis adsorban.
2. Kontaminan anorganik, meliputi fluoride dan nitrat. Efisiensi penyaringan dipengaruhi oleh faktor pH dan waktu pengadukan (stirring time).
3. Kontaminan organik, meliputi thrichloroacetic acid (TCAA), dicholoroacetic acid (DCAA), monocholoroacetic acid (MCAA), fenol, penghilangan alga (algae removal), alga biru hijau (blue green algae), salicylic acid, dan lain sebagainya.
4. Pathogen, yaitu microcystins (Srinivasan, 2011)
2. Keramik
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar seperti gerabah, genteng, tembikar, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat (Budiyanto, 2008).
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia keramik memiliki arti barang- barang yang terbuat dari tanah liat, dicampur dengan bahan-bahan lain dan kemudian dibakar barang tembikar (porselen). Pada umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah feldpar, ballclay, kuarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia, dan mineral bawaannya.
Oleh karena itu, sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi tempat bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas.
Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. selain itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku.
2.1.Klasifikasi
Pada prinsipnya keramik terbagi atas:
1. Keramik tradisional
Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, tanah liat (clay) dan lain sebagainya. Yang termasuk keramik adalah barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).
2. Keramik halus
6
Keramik halus adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida- oksida atau logam seperti oksida logam Al2O3, ZrO2, MgO, dan lain- lain. Keramik halus disebut juga dengan fine ceramics yakni keramik modern atau biasa disebut dengan keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, dan technical ceramic. Penggunaannya sebagai elemen panas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. (Refractron Technologies Corp. 2001)
2.2.Sifat Keramik
Sifat yang paling umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah brittle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah, tembikar dan sebagainya. Sifat lainnya adalah keramik tahan terhadap suhu yang tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint, dan feldspar tahan sampai dengan suhu 1200°C, keramik teknik seperti keramik oksida mampu tahan terhadap suhu tinggi hingga mencapai 2000°C. Barang tanah liat Jepang dikatakan memperlihatkan variasi teknik dan gaya terbanyak di dunia, dan peralatan makan masa kini yang kebanyakan adalah tembikar atau porselen mempunyai bentuk dan warna hiasan yang banyak.
3. Tanah Liat (Clay)
Lempung (clay) dikenali sebagai tanah liat, merupakan sejenis material halus, berbentuk kepingan, gentian atau hablur yang terbentuk dari batuan sedimen dengan ukuran butir
<1/256 mm (skala wentworth), clay tersusun atas grup alumina silikat (seperti Al, Fe, Mg, Si) bisa terbentuk di laut (marine clay) atau di darat (terestrial clay), dengan proses pembentukan dapat secara allogenic clay (dari luar cekuangan sedimentasi), atau secara authigenic clay (terbentuk didalam lingkaran sedimentasi), misalnya perubahan atau proses alterasi dari mineral feldspar menjadi clay mineral. Lempung (clay) membentuk gumpalan keras dan kaku apabila kering, bersifat plastis dan melekit apabila basah terkena air dan bersifat viterius bila dibakar pada suhu tinggi. Yang termasuk clay adalah: ball clay, fire clay, kaolin, dan brick clay. Ball clay biasanya digunakan untuk pembuatan keramik putih, memiliki plastisitas tinggi dan tegangan patah yang baik. Fire clay merupakan lempung yang terdiri dari mineral kaolinit yang bentuk kristalnya tidak sempurna, mengandung sedikit mika kuarsa dan mineral lempug yang bersifat lunak dan tidak mempunyai perlapisan, fire clay tahan terhadap suhu tinggi (> 1500o C). Fire clay terbentuk karena soil yang yang tertimbun oleh sedimen lain di daratan atau cekungan lakustrin ataupun delta yang umumnya mengandung batu bara. Fire clay digunakan untuk refraktori dan batu tahan panas.
4. Aditif
Dalam pembuatan filter keramik, hal yang perlu diperhatikan yaitu bahan-bahan aditif yang digunakan dalam komposit keramik, yang mana dari jenis aditif inilah performa dari clay filter yang dihasilkan dapat dioptimumkan. Baik itu dari segi porositas, permeabilitas, kuat tekan, hingga kemampuannya dalam menyaring kontaminan-kontaminan berbahaya pada sumber air seperti logam berat, coliform, serta pengaruh pada turbiditasnya.
Berikut bahan-bahan aditif yang sering digunakan dalam pembuatan filter keramik berbahan dasar clay :
7 4.1.Sekam Padi
Biomassa dari tumbuhan banyak mengandung selulosa, termasuk sekam padi yang mengandung 32,12% selulosa, 22,48% hemiselulosa, serta 22,34% lignin. Material yang mengandung selulosa dapat mengabsorpsi kation logam dari medium larutan. Kandungan selulosa dalam sekam padi inilah yang membuatnya berpotensi dimanfaatkan sebagai biosorben logam berat dari medium air (Kumar, P.S., 2010:2).
Sekam padi banyak didapat di daerah pertanian, jumlahnya melimpah dan harganya murah. Sekam padi yang dihaluskan dengan mesin penepung digunakan sebagai bahan pengisi yang nantinya akan terbakar habis sewaktu pembakaran dan meninggalkan alur-alur halus. Ukuran butiran sekam padi akan mempengaruhi kecepatan aliran dan juga kekuatan dari elemen filter. Filter keramik menggunakan tepung sekam padi yang telah disaring dengan ayakan berukuran mesh 60 dan mesh 30 atau yang setara. Bahan pengisi lainnya yang dapat digunakan adalah serbuk gergaji, kertas daur ulang dan bubuk kopi. Pemeriksaan terhadap efektifitas filter dengan menggunakan bermacam-macam bahan pengisi perlu dilakukan untuk mendapatkan bahan pengisi yang tepat. (Sukarma, 2011)
4.2.Karbon Aktif
Karbon aktif adalah bahan yang mengandung karbon yang telah ditingkatkan daya absorpsinya. Aktivasi merupakan suatu proses yang menyebabkan perubahan fisik pada permukaan karbon melalui penghilangan hidrokarbon, gas-gas dan air dari permukaan tersebut sehingga permukaan karbon semakin luas dan berpori. Sehingga akan lebih mudah menyerap zat-zat lain (Sudirjo, 2006). Karbon aktif atau karbon berpori digunakan secara luas sebagai adsorben dalam proses industri untuk menghilangkan sejumlah pengotor, terutama yang berhubungan dengan zat warna, pengolahan limbah, pemurnian air, obat- obatan, yang biasanya digunakan dalam bentuk bubuk. Untuk adsorben gas biasanaya dalam bentuk padatan (granular). Bahan baku utama dalam pembuatan karbon aktif adalah semua bahan anorganik yang memiliki kandungan karbon tinggi seperti tempurung kelapa, kayu, gambut, tulang, batubara, dan lain-lain. Secara umum faktor yang menyebabkan adanya daya serap karbon aktif antara lain adalah:
a. Dengan adanya pori-pori mikro yang sangat banyak jumlahnya pada karbon akti, akan menimbulkan gaya kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.
b. Luas permukaan yang dimiliki karbon aktif dapat menimbulkan daya serap yang tinggi.
Luas permukaan disini lebih dimaksudkan luas permukaan internal yang diakibatkan pori-pori yang berukuran sangat kecil
4.3.Zeolit
Zeolit merupakan kelompok mineral aluminium silikat terhidrasi dari logam-logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca dan Na) denga n rumus umum LmAlxSiyOznHO, (l = loga m), di mana m, n, x, y, dan z adalah komposisi dalam fraksi mol (Rambo, 2006). Dalam struktur tiga dimensi zeolit mempunyai rongga-rongga yang berhubungan satu dengan yang lain dan merupakan saluran-saluran kosong ke segala arah dengan ukuran sangat tergantung dari garis tengah logam alkali atau alkali tanah yang ada pada struktur tersebut. Struktur tiga dimensi dari mineral zeolit ini terdiri dari kumpulan (SiO4) dan (AlO4) dengan perbandingan Si : Al sangat bervariasi dan tergantung pada jenis mineralnya. Penggunaan zeolit secara komersial adalah berdasarkan salah satu atau lebih dari kemampuan sifat-sifat fisik atau kimia
8
yang dimilikinya, antara lain (1) pertukaran ion, (2) adsorbsi dan sifat penyaring molekuler, (3) katalisis, (4) dehidrasi, dan rehidrasi (Wigayati, 1997).
4.4.Serbuk Besi
Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya.
Salah satu kelemahan yang dijumpai adalah sifat membran yang rapuh dan mudah patah (brittle) Untuk memperkuat struktur keramik yang dibuat Nasir et al (2011) menambahkan konsentrasi serbuk besi.
4.5.Koloid Perak
Larutan perak nitrat ditambahkan pada bagian dalam dan luar filter, yang akan meresap ke dalam dinding filter melalui pori-pori. Perak nitrat akan membentuk koloid didalam badan filter, dan berfungsi sebagai biosida, pembunuh bakteri dan virus. Sepanjang waktu kontak terpenuhi (kecepatan pengaliran filter tidak terlalu besar) bakteri pathogen yang akan berkontak dengan perak akan mati. Perak juga berfungsi untuk mencegah tumbuhnya kembali bakteri pada pemukaan filter dan dalam bahan keramik itu sendiri. Saat ini di beberapa Negara sedang dikembangkan filter keramik yang dikombinasikan dengan perak ke dalam filter, dimana perak berfungsi sebagai bactericide.
5. Pembuatan Filter Keramik
5.1.Filter Keramik Berbentuk Pot (Clay-Pot Ceramic Filter)
Filter keramik ini mengikuti rancangan filter keramik dari Resource Development International - Cambodia (RDIC), dimana elemen dari filter terbuat dari lempung halus, bahan pengisi dan air. Setelah dibakar filter dilapisi larutan perak nitrat. Cara kerja filter keramik terdiri dari beberapa tahap sebagai berikut:
1. Penyaringan kotoran dan bakteri secara fisik, dimana ukuran kotoran dan bakteri tersebut masih lebih besar dari pori-pori yang terbentuk dari bahan yang terbakar pada keramik.
2. Reaksi kimia dari larutan perak, yang berfungsi sebagai biosida penghilang bakteri.
3. Pengendapan yang terjadi secara tidak langsung dalam pori-pori filter.
Lempung merupakan bahan utama dalam filter, lempung dapat diperoleh dengan mudah di banyak tempat di Indonesia. Lempung dapat dibentuk dengan mudah dan apabila dibakar dalam tungku, susunan kimianya berubah menjadi kuat, sedikit berpori dan tidak larut dalam air.
Pot filter yang normal dapat menyaring air dalam jangka waktu yang sangat lama melalui pori-pori. Pori-pori ini dapat menyaring hampir semua bakteri, protozoa dan telur cacing, selain juga kotoran, endapan dan bahan organik. Bahan pengisi seperti sekam padi atau serbuk gergaji ditambahkan pada campuran lempung yang membentuk filter. Apabila dibakar pada suhu tinggi, bahan pengisi akan terbakar dan menyisakan alur-alur halus dalam lempung yang terbakar. Air akan mengalir dengan mudah melalui alur-alur tersebut dibandingkan dengan melalui pori-pori (Sukarma, 2011)
Berikut tahap-tahap proses pembuatan clay-pot ceramic filter:
1. Penyiapan bahan baku
Clay dikeringkan terlebih dahulu dengan cara diris tipis-tipis dan dijemur dibawah terik matahari untuk kemudian dihancurkan kedalam mesin penepung (crasher). Begitu juga
9
dengan sekam padi yang dijadikan tepung. Sebelum dicampur, clay halus dan tepung sekam diayak dulu dengan filter halus.
2. Proses pencampuran
Komposisi campuran lempung dan sekam tergantung dari jenis lempung dan tingkat kehalusan sekam. Untuk filter keramik TCM digunakan variasi komposisi 77:23 sampai 80:20 dalam berat (80% lempung dan 20% sekam padi). Untukmenghasilkan pot filter yang memenuhi syarat, komposisi campuran tergantung dari jenis lempungnya, apabila dengan komposisi ini hasilnya kurang baik (kecepatan aliran terlalu tinggi atau terlalu rendah), maka diperlukan beberapa kali percobaan dengan menggunakan komposisi campuran yang berbeda, misalnya 75:25 atau 85:15 atau dalam rentang ini. Semua bahan dicampur dengan menggunakan mixer dan dicampur dengan air secara bertahap agar keramik mudah dibentuk.
3. Pencetakan
Campuran clay dan sekam padi yang sudah ditimbang dengan berat tertentu kemudian dimasukkan kedalam ala pencetak yang sudah dirancang dengan ukuran tertentu. Pot yang telah dicetak kemudian dikeringkan dalam udara terbuka tetapi tidak dibawah matahari secara langsung selama 2 hari setelah itu baru dikeringkan dibawah sinar matahari selama 10 hari hingga pot cukup kering.
4. Pembakaran
Suhu pembakaran diatur sedemikain sehingga tercapai tahap dehidrasi (pengeringan) secara sempurna dan vitrifikasi (perubahan unsur kimia dari lempung menjadi keramik) yang membentuk filter keramik. Pada tahap awal suhu dipertahankan di bawah 100oC sampai sekitar dua jam. Untuk selanjutnya suhu diatur meningkat sampai tercapai sekitar 860oC sekitar satu jam, dan diusahakan tidak lebih dari 95oC. Lama pembakaran antara 8 sampai 12 jam, bisa juga lebih lama apabila suhu yang diinginkan belum tercapai.
(Yayasan Tirta Indonesia Mandiri, 2011) 5.2.Membran Keramik
Teknologi membran mulai digunakan sebagai alat penjernihan air pada tahun 1960 an melalui perkembangan dengan membran sintetik perrformansi tinggi. Penerapan membran untuk pengolahan air dengan menggunakan material baru dan berbagai konfigurasi. Selanjutnya penggunaan membran digunakan untuk pengolahan air laut pada tahun 1970. Dengan keberhasilan penggunaan membran untuk pengolahan air bersih mapun air laut, maka teknologi membran terus berlajut sebagai alternative pengolahan dan diterima oleh pasar. Seiring dengan peraturan tentang air bersih yang lebih banyak dan ketat, maka teknolgi membran bisa sebagai pilihan teknologi yang memungkinkan mempunyai efektifitas dan efisiensi yang tinggi (Amjad, 1993).
(a) (b)
Gambar 1. Membran keramik (a) tipe disk (b) tipe silinder
10
Pada membran keramik susunan, bentuk, dan ukuran pori menjadi kunci karakterisasi membran karena membran keramik tersebut dibuat dari material yang berupa butiran-butiran partikel melalui proses penyiapan serbuk material keramik, pengadonan, pencetakan, pengeringan dan sintering, dimana setiap proses sangat mempengaruhi kualitas membran yang dihasilkan. Membran keramik yang digunakan sebagai water filter dapat berbentuk cakram (disk) dan silinder yang difabrikasi dengan metode cetak tangan maupun menggunakan tekan mekanik seperti hydroulic press (kompaktor hidrolik) dan hot press.
Berikut tahap-tahap pembuatan membran yang digunakan untuk proses utama adalah:
1. Tanah liat diiris tipis-tipis, lalu dijemur untuk menguapkan kandungan airnya selama dua hari, lalu ditumbuk dan diayak menjadi tepung dengan ukuran 500 μm.
2. Bahan aditif yang masih berukuran kasar dihaluskan hingga menjadi tepung atau serbuk halus lalu diayak dengan ukuran 500 μm.
4. Campurkan sampai rata tanah liat dan bahan aditif dengan perbandingan tertentu.
5. Tambahkan sedikit air ke dalam adonan membran dan sambil diaduk rata.
6. Adonan membran dicetak dengan cetakan membran.
7. Adonan dikeluarkan dari cetakan membran, kemudian dikeringkan pada temperatur kamar selama 7 hari.
8. Membran dibakar pada suhu 900oC selama 9 jam.
(Nasir, 2104)
6. Teknik Filtrasi (Penyaringan)
Proses filtrasi merupakan proses pengolahan dengan cara mengalirkan air melewati suatu media filtrasi yang disusun dari bahan-bahan butiran dengan diameter dan tebal tertentu. Proses ini ditujukan untuk menghilangkan bahan-bahan terlarut dan tidak terlarut dengan cara absorbsi. Adsorpsi adalah proses penyerapan atau penggumpalan pada benda yang berlangsung hanya pada permukaan benda tersebut.
Prinsip dasar filter atau filter keramik sama dengan proses filtrasi di dalam pengolahan air konvensional menggunakan filter pasir lambat pada saat proses filtrasi berlangsung, maka kotoran akan tersaring dari airnya. Bahan media filter biasanya bervariasi pada pengolahan air konvensional contohnya pasir, batu, antrasit, arang, plastik, gelas dll. Pada filter keramik bahan campurannya untuk membentuk porositas dapat digunakan berbagai macam media seperti arang, sekam dan kayu. Pada proses filtrasi sendiri mekanisme yang terjadi adalah proses adsorpsi, filter keramik sendiri juga terjadi aktivitas kimiawi dan proses bilogis. Angka porositas untuk filter ini adalah sekitar 20 µm (Buku Petunjuk Instalasi Pengolahan Air Bersih, Kemen PU 1995).
11 6.1.Clay-Pot Ceramic Filter
Gambar 1. Proses Filtrasi Filter Keramik Tipe Pot
Air mentah, dimasukan kedalam filter keramik, maka sedikit demi sedikit air akan meresap kedalam pori-pori dinding filter yang sudah dilapisi oleh bahan pembunuh kuman, lama peresapan antara 1,4 liter per jam dan 2,0 liter per jam. Air yang sudah meresap selanjutnya akan tertampung dalam Ember yang khusus dan aman untuk bahan makanan dan minuman, supaya air yang dihasilkan dari proses ini layak untuk diminum dan tidak terkontaminasi dengan bahan kimia. Filter keramik ini mampu menyaring 98-99,88% parasit dan bakteri yang berbahaya dari air minum.
6.2.Membran Keramik
Gambar 2. Rangkaian alat percobaan membran keramik
Berikut langkah-langkah proses penyaringan menggunakan membran keramik berbentuk disk untuk skala eksperimen:
1. Pasang clay filter 1, 2, dan 3 dengan pipa ukuran 100 cm pada alat penyangga sesuai dengan gambar rancangan alat penelitian
2. Masukkan sampel air pada bak penampung atas
3. Hidupkan pompa yang berfungsi menahan ketinggian air dalam over flow
4. Lakukan pengambilan sampel setiap 3 jam selama 12 jam. Sampel yang diambil yaitu sesudah melalui clay filter.
(Widodo, 2012)
12 7. Penelitian Sebelumnya
Berikut berbagai penelitian mengenai filter keramik berbahan dasar clay yang telah dilakukan, antara lain:
Plapally pada tahun 2009 telah melakukan eksperimen mengenai filter keramik berpori berbasis komposit clay yang dianalisis permeabilitas dan porositasnya.
Adapun menggunakan tiga variasi komposisi dari kombinasi dari clay dan serbuk gergaji (75:25, 65:35, dan 50:50) untuk diuji. Filter yang telah dicetak kemudian dikeringkan selama seminggu setelah itu dilakukan pemanasan awal pada suhu 450- 550oC selama 3 jam dalam tungku untuk menghilangkan serbuk gergaji. Setelah itu filter dipanaskan kembali pada suhu 955oC di dalam furnace. Suhu dinaikkan pada 50oC kemudian 100oC hingga 200oC tiap jam. Filter disintering selama 5 jam dengan suhu puncak 955oC, setelah itu filter di didinginkan pada temperatur ruang. Hasil analisis yang dihasilkan dari eksperiman memperlihatkan adanya pengaruh dari kuantitas material aditif yang digunakan terhadap porositas, yang mana kenaikan linear pada variasi porositas seiring dengan perubahan rasio volume dari bahan yang digunakan.
Nasir pada tahun 2011 mengaplikasikan filter keramik berbasis clay dan zeolit pada pengolahan air limbah laundry. Variabel yang digunakan dalam penelitian yaitu waktu operasi dan komposisi filter. Parameter yang dianalisis yaitu TDS (Total Dissolved Solid), COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biological Oxygen Demand) dan konsentrasi LAS (Linear Alkylbenzene Sulphonate). Ukuran zeolit dan serbuk besi adalah 250µm dan 500µm. Campuran tanah liat, zeolit dan serbuk besi diaduk dan dihomogenkan dengan penambahan air lalu dicetak menggunakan cetakan gipsum dan dikeringkan pada suhu kamat selama 7 hari. Campuran disintering pada suhu 900oC selama 12 jam. Filter keramik yang dibuat berbentuk silinder dengan dimensi filter: diameter dalam 4 cm, diameter luar 5 cm, ketebalan 1 cm, panjang 25 cm. Dari hasil eksperimen dan penyaringan maka filter keramik dengan campuran 77,5% clay, 20% zeolit, dan 2,5% serbuk besi dapat menurunkan kadar TDS, COD, BOD, dan LAS dengan fluks permeat tertinggi. Peningkatan jumlah zeolit dalam komposisi filter clay dapat mengakibatkan meningkatnya daya adsorpsi filter.
Pada tahun 2012, Nasir juga melakukan penelitian mengenai membran keramik berbahan clay, tepung jagung, dan serbuk besi untuk mengetahui kualitas air asam tambang setelah diolah menggunakan filter keramik. Membran keramik dibuat dengan berbagai rasio komposisi. Adapun parameter yang diukur antara lain pH, TDS, Fe, Mn, dan sulfat yang mana akan dianalisis pengaruhnya berdasarkan proses filtrasi yang dilakukan seperti variasi tekanan yang diberikan (28, 30, dan 32 psi) dan variabel waktu variasi yang digunakan (15, 30, 45, dan 60 menit). Tepung jagung dan serbuk besi diayak dengan ayakan 500 µm mesh yang kemudian dicampurkan dengan clay yang disertai dengan berbagai macam rasio volume dari ketiga bahan tersebut.
Membran keramik disintering pada suhu 900oC selama 9 jam. Berdasarkan hasil eksperimen, didapatkan perbandingan komposisi terbaikmembran untuk parameter fluks, TDS, pH, kadar Mn, kadar Fe dan kadar sulfat yaitu komposisi clay 85% :
13
tepung jagung 12,5% : serbuk besi 2,5%. Dengan fluks permeat 509,55 mg/L, TDS 1060 ppm, pH 5,93 , Mn 4,1 mg/L, Fe 0,04 mg/L, dan kadar sulfat 52,51 mg/L.
Karina, pada tahun 2014 telah melakukan penelitian mengenai membran keramik berpori berbasis zeolit alam, tanah lempung, arang batok kelapa, dan polyvinyl alcohol dengan komposisi (dalam %wt). Preparasi bahan dilakukan dengan cara giling menggunakan ball mill, sehingga diperoleh serbuk yang lolos ayakan.
Serbuk-serbuk tersebut dicampur dengan komposisi zeolit 75%wt, tanah lempung 15%wt, arang batok kelapa 55%wt, dan polyvinyl alcohol 5%wt serta menambahkan air dengan perbandingan 2:3, kemudian dicampur hingga rata agar menjadi adonan yang homogen. Proses pengeringan dilakukan menggunakan kompor selama 2 jam dan dicetak menggunakan cetakan (die) berdiameter 2,5 cm dan kompaktor hidrolik. Proses sintering menggunakan furnance dengan temperatur 300°C, 400°C, dan 500°C dengan lama penahanan 2 jam pada masing-masing temperatur. Dari data hasil pembuatan membran keramik berpori dapat diketahui bahwa pemakaian aditif dengan suhu sintering tinggi dapat terjadi penurunan densitas sebesar 0,853 gr/cm³ hingga 0,752 gr/cm³ dan penambahan porositas sebesar 21.186% hingga 23,287%. Banyaknya aditif dan suhu sintering yang digunakan dapat mempengaruhi banyaknya pori yang dihasilkan oleh membran.
Suhu sintering optimal pada membran keramik berpori untuk absorpsi logam berat Fe yaitu pada suhu 400°C yang dapat menurunkan kandungan logam berat pada air tanah dari konsentrasi 3,8014 ppm hingga 0,2802 ppm.
Pada tahun 2012, Jevita Andini membuat membran keramik dengan bahan pembentuk dasar berupa zeolit, lempung (clay), karbon aktif sebagai aditif dalam proses filtrasi. Penelitian ini difokuskan pada proses filtrasi membran.
Berdasarkan hasil AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) terhadap air tanah yang dilewati membran, dapat disimpulkan bahwa membran berbasis zeolit dan clay dengan karbon aktif sebagai aditif mampu menurunkan kadar Fe dan Mn pada air tanah yang diambil dari daerah Bekasi. Penurunan kadar Fe paling tinggi sebesar 49,59% dan penurunan kadar Mn paling tinggi sebesar 56,21 %. Penurunan tertinggi kadar Fe dan Mn terdapat pada membran keramik dengan komposisi zeolit 70%, clay 10% dan karbon aktif 20%. Dimana semakin banyak aditif yang ditambahkan pada membran, maka akan semakin efektif penuurunan kadar Fe dan Mn pada air tanah.
Masturi, pada tahun 2012 telah melakukan penelitian mengenai permeabilitas, kekuatan dan performa filtrasi dai filter clay yang dilapisi titania maupun yang tidak dilapisi titania. Filter keramik difabrikasi dari bahan clay menggunakan metode simple mixing dan metode sol-gel dengan hot pressing dan kalsinasi. PEG (Polietilen Glikol) digunakan sebagai aditif pembentuk pori-pori pada filter clay. Dengan variasi rasio komposisi antara clay:PEG yang diaplikasikan pada dua jenis metode fabrikasi didapatkan bahwa permeabilitas tertinggi terdapat pada membran hasil proses simple- mixing yaitu antara 1,38x10-16 dan 8,72x10-13 m2. Metode sol-gel menghasilkan
14
membran dengan kuat tekan yang lebih tinggi daripada metode simple mixing, yaitu pada rentang 0,28 MPa – 1,71 MPa. Untuk menguji performa filtrasi, digunakan larutan metilen biru (MB) yang mana konsentrasi metilen biru hasil penyaringan dengan nilai yang paling kecil adalah hasil filtrasi membran keramik dari proses sol- gel dengan konsentrasi yang tersisa dilarutan berkisar 0,98-1,44%.
Pada tahun 2014, Laila Febrina melakukan studi penurunan kandungan zat besi dan mangan dengan menggunakan filter keramik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa air yang dihasilkan dengan menggunakan filter keramik mampu mereduksi kandungan besi hingga 95,20% dan mangan sebesar 94,63%. Filter dibuat dari tanah lempung (clay) dengan campuran sekam padi yang telah dilakukan proses pembakaran, dan filter dibuat dalam bentuk pot keramik (frustum-shaped). Dilakukan 5 penyaringan dengan sumber air yang berbeda-beda pada sumber air pada tingkat kedalaman yang berbeda-beda. Air tanah yang dilewati melalui filter keramik telah memenuhi parameter yang ditetapkan oleh Permenkes Nomor : 492/Menkes/Per/IV/2010. Namun filter keramik dianggap kurang efisien dalam segi penggunaannya karena membutuhkan waktu yang sangat lama untuk menyaringnya, keadaan ini dinilai sebagai kekurangan dari filter keramik.
Widodo, pada tahun 2012 melakukan studi mengenai penurunan total coliform mata air menggunakan clay filter yang mana terbuat dari campuran clay dan serbuk gergaji untuk menghasilkan filter yang dapat membunuh 98% kontaminan. Serbuk gergaji yang dibakar dapat menghasilkan pori-pori yang dapat menyaring organisme berbahaya. Clay filter dibuat dengan variasi ukuran serbuk gergaji (50 mesh dan 30 mesh), proses produksi (cetakan tangan dan tekan mekanik) dan proses pembakaran clay filter (pembakaran tertutup dan terbuka). Komposisi campuran antara clay dan serbuk gergaji yaitu pada rasio 50:50 (rasio volume pada kondisi kering), berbentuk disk dengan diameter 10 cm dan ketebalan 1,5 cm.. Pada proses filtrasi, waktu pengambilan sampel setiap 3 jam dan pelaksanaan percobaan selama 12 jam serta tinggi optimum air terhadap clay filter yaitu 100 cm. Dari hasil eksperimen, diketahui bahwa semua clay filter dengan variasi ukkuran bahan, cara pencetakan, dan pembakaran dapat mencapai efisiensi 100% setelah jam ke-6 pengambilan sampling.
Clay filter optimum merupakan clay filter yang dibuat dengan ukuran bahan 30 mesh, dicetak dengan cara dipress dan pembakaran terbuka.
Pada tahun 2013, Masturi melakukan fabrikasi dan karakterisasi keramik berpori untuk aplikasi filter air limbah menggunakan clay sebagai matriks filter, polietilen glikol (PEG) sebagai pembentuk pori, dan pasir kuarsa sebagai penguat permeabilitas filter dengan pelapisan Titania untuk memanfaatkan sifat fotokatalisnya. Tahapan pabrikasi yaitu pencampuran bahan clay, PEG dan pasir menggunakan metode simple mixing, pencetakan dan pembakaran pada furnace.
Bentuk filter disk (cakram) dan dibuat dengan variasi filter yang dilapis titania dan tidak dilapis titania. Sampel yang telah dibuat kemudian diuji kemampuan transport terhadap cair (metilen biru) untuk mengetahui permeabilitas filter air.
15
Permabilitas tertinggi mencapai nilai k sebesar 13,9 x10-12. Selanjutnya dilakukan karakterisasi menggunakan spektrofotometer visibel untuk mengetahui kualitas zat cair. Filter mampu menyaring larutan metilen biru hingga 89,71%. Karakterisasi SEM-EDS dilakukan untuk mengetahui morfologi filter dan porositas filter serta komposisi senyawa penyusun utama filter. Fraksi porositas filter sebesar 58,5%.
Senyawa utama filter terdiri dari TiO2, Al2O3, dan SiO2. Filter dengan komposisi clay:PEG:pasir (8:2:1) yang dilapis titania memiliki nilai permeabilitas yang paling tinggi.
Pada tahun 2011, Amri.K melakukan studi mengenai penurunan Fe dan Mn dalam air tanah menggunakan clay filter. Pada penelitian ini menggunakan tiga jenis air tanah sebagai sampel dengan kadar Fe dan Mn yang berbeda-beda. Clay filter dibuat dengan campuran clay dan serbuk gergaji dengan rasio 50:50 dengan bentuk disk (cakram).
Variasi tinggi dari sistem filter (dilihat dari pengaruh ketinggiannya) yaitu 50 cm, 100 cm, 150 cm dan dioperasikan selama 12 jam dimana hasil filtrasi diambil tiap 2 jam sekali. Berdasarkan hasil eksperimen, diketahui bahwa waktu operasi dapat menurunkan konsentrasi dari Fe dan Mn secara optimal dari ketiga level ketinggian pada semua jenis sampel air dan mencapai optimal 100% pada jam ke-4.
Kasam, pada tahun 2009 melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui kinerja membran keramik dalam menurunkan E.Coli dan TSS pada air permukan. Metode penelitian dilakukan dengan menggunakan membran keramik ukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm yang terbuat dari tanah lempung, pasir kwarsa dan serbuk gergaji dengan komposisi 7,5% (membran 1) dan 10%
(membran 2) bertujuan untuk membuat porositas dan pembakaran pada temperatur 900 – 1200 oC. Selanjutnya air permukaan dialirkan pada membran keramik secara kontinyu. Pengujian E.Coli dan TSS dilakukan pada menit ke 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 dari waktu pengaliran. Dari hasil pengujian E.
Coli dan TSS, diketahui bahwa membran keramik dapat menurunkan parameter E.Coli dan TSS pada air permukaan. E. Coli menurun hingga 98% untuk membran keramik dengan komposisi serbuk gergaji 7,5% dan 10%. Sedangkan TSS menurun hingga 72,55% pada membran 1 dan 65,22% pada membran 2. Waktu yang efektif dalam menurunkan konsentrasi E.Coli dan TSS pada permukaan air yaitu pada menit ke 180.
Pada tahun 2009, Sebayang telah membuat bahan filter keramik berpori yang berbasis zeolit alam dan arang sekam padi. dengan berbagai variasi komposisi (dalam % massa). Preparasi zeolit dilakukan dengan cara giling menggunakan ball mill selama 24 jam, arang sekam padi dengan vibrating mill selama 1 jam, sehingga diperoleh serbuk yang lolos ayakan 100 mesh. Kedua serbuk tersebut sebanyak 2 gram dicampur dan ditambahkan perekat Polivinylalcohol (PVA) 50 ml, kemudian diaduk hingga rata. Pembentukan benda uji dengan cara cetak, tekanan sebesar 25 kgf/cm², dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C selama 24 jam. Proses sintering menggunakan tungku listrik (heating rate sebesar 10°C/menit)
16
hingga mencapai suhu 900 dan 1000 °C, pada masing-masing suhu tersebut ditahan selama 2 jam. Dari hasil pembuatan bahan filter keramik berpori, komposisi optimum (40% arang sekam padi + 60% Zeolit) dan suhu sintering 1000 °C. Pada kondisi ini diperoleh nilai densitas = 2,16 g/cm³, susut bakar = 35,94%, porositas = 66,05%, penyerapan air = 31,10%, kuat patah = 7,47 MPa, kuat tekan = 4,38 MPa dan koefisien ekspansi termal = 5 x 10 -6 °C-1. Sementara itu, foto SEM menunjukkan bahwa bentuk partikel pada keramik berpori dengan komposisi 60% zeolit dan 40%
arang sekam padi yang disintering pada suhu 1000oC berbentuk tidak beraturan berkisar antara 1–10 µm dan ukuran porinya bisa mencapai 20 µm.
Wongsakoonkan, pada tahun 2014 melakukan penelitian mengenai jenis dan rasio material yang sesuai dalam pembuatan filter keramik pot dan perfomanya dalam meningkatkan kualitas fisik dan biologis pada air minum. Filter keramik clay berbentuk pot terbuat dari campuran clay dengan pasir, arang sekam padi dan arang batok kelapa dengan berbagai variasi rasio. Dibuat tujuh tipe clay filter dengan kombinasi berbagai bahan dan rasio yang berbeda yang dproduksi dalam bentuk filter pot dengan dimensi: ketebalan 1 cm, tinggi 6 cm dan diameter dalam 10 cm. Tiap jenis clay dan rasio disintering pada suhu 600oC selama 5 jam. Setelah disintering, filter clay dikeringkan pada temperatur ruang selama 3 hari sebelum digunakan untuk proses filtrasi. Berdasarkan hasil eksperimen dapat diindikasikan bahwa semua jenis dan rasio material dapat menghilangkan 100% bakteri coliform dan E.Coli yang mana sudah layak digunakan sebagai air minum. Hanya saja kelemahannnya terletak pada lamanya waktu penyaringan sehingga menjadi salah satu kendala dalam aplikasinya secara luas. Clay dengan aditif arang batok kelapa yang dihasilkan memiliki kecepatan filtrasi maksimum 0,44±0,11 mL/cm2/jam. Rasio dengan kecepatan filtrasi yang maksimal yaitu pada 60:40 (0,38±0,28 mL/ cm2/jam) merupakan rasio yang paling cocok.
17
BAB III PENUTUP
1. Kesimpulan
Berdasarkan studi literatur yang dilakukan yaitu dengan mengkaji hasil penelitian, jurnal dan publikasi mengenai filter keramik berbahan dasar clay dan kompositnya telah diketahui bahwa banyak sekali aplikasi clay filter sebagai media pengolahan air. Terdapat dua jenis filter keramik yang luas digunakan yaitu clay-pot filter dan membran keramik.
Tingkat efektifitas filter sangat dipengaruhi oleh jenis bahan aditif yang digunakan, komposisi antara clay dan aditif serta suhu sintering pada saat fabrikasi filter keramik yang mana akan menentukan tingkat permeabilitas, porositas dan kemampuannya dalam menyaring kontaminan-kontaminan berbahaya pada sumber air. Dari hasil penelitian dewasa ini, penggunaan clay alam dan kompositnya menunjukkan sifat dari clay yang fleksibel dan ramah lingkungan. Clay filter mampu menghilangkan kontaminan organik dan anorganik dari air minum dengan tingkat removal yang sangat tinggi untuk logam berat dan coliform.
2. Saran
Diharapkan makalah ini dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai efisiensi dari material low-cost clay dan ketersediannya yang melimpah juga dapat dijadikan pilihan selain menggunakan bahan yang mahal dan teknologi yang dapat menghilangkan racun dimana secara global banyak diaplikasikan pada pengolahan air minum saat ini.
18
DAFTAR PUSTAKA
Auliah, Armi,. 2009. Lempung Aktif Sebagai Adsorben Ion Fosfat Dalam Air. Jurnal Chemica Vol. 10 No. 2, 14-23
Balai Teknis Air Minum. 1995. Buku Petunjuk Instalasi Pengolahan Air Bersih Skala Kecil.
Ditjen Cipta Karya, Kementerian PU
Dies, R. W., 2003. Development of a Ceramic Water Filter for Nepal. Thesis. Massachusetts Institute of Technology
F. Cadena, R. Rizvi, and R . W. Peters, 1990. Feasibility Studies for the Removal of Heavy Metal from Solution Using Tailored Bentonite, Hazardous and Industrial Wastes.
Proceedings of the 22nd Mid-Atlantic Industrial Waste Conference, pp. 77–94, Drexel University.
Hariyadi, Slamet. 2013. Uji Coba Filter Keramik Dengan Sekam, Bekatul, Serbuk Gergaji dan Koloid Perak Dalam Pengolahan Air. Gema Kesehatan Lingkungan.Vol. X, No. 1, ISSN: 1693-3761
K. G. Bhattacharyya and S. Sen Gupta, “Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and mont-morillonite: a review,” Advances in Colloid and Interface Science , vol. 140, no. 2, pp. 114–131, 2008.
Kasam, Siswoyo, E., 2009, Penggunaan Membran Keramik untuk Menurunkan Bakteri E.
Coli dan Total Suspended Solid (TSS) Pada Air Permukaan, Jurnal Sains dan teknologi Lingkungan, Vol. 1 No. 1, ISSN: 2085-1227
Masturi, S,. Lestari, W., 2013. Fabrikasi dan Karakterisasi Keramik Berpori Berbahan Clay, Polietilen Glikol (PEG) dan Pasir Kuarsa Dilapis Titania untuk Aplikasi Filter Air Limbah. Seminar Nasional Fisika IV 2013
Masturi, S,. Aji, M. P., 2012. Permeability, Strength and Filtration Performance for Uncoated and Titania-Coated Clay Wastewater Filters. American Journal of Environmental Sciences 8 (2): 79-94, ISSN 1553-345X
Mhamdi, M., Elaloui, E., 2013. Adsorption of Zinc by a Tunisian Smectite Through a Filtration Membrane. Elsevier, Industrial Crops and Products 47 (2013) 204-211
Nasir, S., Budi T., 2011, Pengolahan Air Limbah Hasil Proses Laundry Menggunakan Filter Keramik Berbahan Campuran Tanah Liat Alam dan Zeolit. Univ. Sriwijaya : Palembang
19
Nasir, S., Purba, M., 2014, Pengolahan Air Asam Tambang dengan Menggunakan Membran Keramik Berbahan Tanah Liat, Tepung Jagung dan Serbuk Besi. Universitas Sriwijaya: Palembang.
Norton, 1973, Element of Ceramics, Addison, Wesley Publishing Company
Pagana, A. E., Sklari, S. D., 2008, “Microporous Ceramic Membrane Technology for The Removal of Arsenic and Chromium Ions From Contaminated Water”, Microporous and Mesoporous Materials 110 (2008) 150-156
Plapally, A., Malatesta, K., 2010. A Field Study on the Use of Clay Ceramic Water Filters and Influences on the General Health of Eweje Village, Odeda, Ogun state, Nigeria, Africa. Princeton Institute of Science and Technology Materials (PRISM)
Priadi, C. R., Anita,. 2014. Adsorpsi Logam Seng dan Timbal pada Limbah Cair Industri Keramik oleh Limbah Tanah Liat. Reaktor, Vol. 15, No. 1
Rambo, C. R. 2006. Biomorphous Ceramics as Porous Support for Zeolit Coating. Exacta, Sao Paulo, Vol. 4, No. 2, pp: 297-308
Robbins, E. 2011. Development of an Iron-Oxide Coated Ceramic Filter for Removal of As(Iii) And As(V) in Developing Nations. Thesis. University of Kansas.
S.Pandey and S.B.Mishra, “Organic-inorganic hybrid of chitosan/organoclay bionanocomposites for hexavalent chromium uptake,” Journal of Colloid and Interface Science, vol. 361, no. 2, pp. 509–520, 2011.
Sandra, K. O., Budi, A. S., 2014. Pengaruh Suhu Sintering Terhadap Densitas dan Porositas pada Membran Keramik Berpori Berbasis Zeolit, Tanah Lempung, Arang Batok Kelapa dan Polyvinylalcohol (PVA). Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, ISSN: 0853-0823
Srinivasan, Rajani. 2011. Advances in Application of Natural Clay and Its Composites in Removal of Biological, Organic, and Inorganic Contaminants from Drinking Water.
Review Article. Hindawi Publishing Corporation.
Sudirjo, E. 2006. Penentuan Distribusi Benzena-Toluena pada Kolom Absorpsi Fixed-Bed Karbon Aktif. Fak. Teknik. UI
Sukarma, R. 2011. Buku Panduan Pembuatan Filter Keramik. Yayasan Tirta Indonesia Mandiri
T. J. Pinnavaia. 1983. Intercalated Clay Catalysts. Science Vol. 220, no. 4945, pp, 365-371
20
Tambunan, T. D., 2008, Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang dengan Aditif Karbon Aktif, Tesis, Univ, Sumatera Utara.
U. Septiani, dkk,. Pembuatan, Karakterisasi Struktur Mikro dan Pengujian Membran Keramik Al2O3 Tanpa Pendukung. Jurnal Kimia Andalas. ISSN 0853-5018, 2002
Unuabonah, E. I., Taubert, E. 2014. Clay–Polymer Nanocomposites (CPNs): Adsorbents of The Future for Water Treatment. Elsevier. Applied Clay Science. Review Article
Wangsakoonka, Watcharapan. 2014. Suitable Types and Constituent Ratios for Clay-Pot Water Filters to Improve the Physical and Bacteriological Quality of Dringking Water.
Environment Asia. 7(2)(2014)117-123
Widodo, Samudro, G., 2012. Studi Penurunan Coliform Mata Air Menggunakan Clay Filter.
Teknik Lingkungan FT, UNDIP : Semarang
Wigayati, Etty Marti dan P. Sebayang. 1997. Preparasi Keramik Berpori dari Zeolit Alam dan Karakterisasinya. Seminar Nasional Fisika Terapan, Serpong.
Vinka, A. Craver, O., and Smith, J. A., 2007. Sustainable Colloidal-Silver-Impregnated Ceramic Filter for Point-of-Use Water Treatment. Environmental Science Technology, University of Virginia, 42 927-933
__2001. Porous Ceramics. In Ceramic Application and Industries Served. Refractron Technologies Corp. Newark, New York.
