Karakteristik dan Aktivasi Campuran Tanah Andisol/Lempung Bayat

perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Masalah
Pembangunan merupakan upaya untuk meningkatkan taraf hidup manusia dengan
jalan memanfaatkan sumber daya alam dan sumber daya manusia. Pemanfatan sumber
daya alam untuk kepentingan industri sebagai upaya pemenuhan kebutuhan manusia
saat ini semakin berkembang. Adanya industri pada suatu lokasi tertentu akan
menyebabkan terjadinya perubahan lingkungan. Suatu industri dapat meningkatkan
kesejahteraan masyarakat, hal ini karena mampu menyerap tenaga kerja dalam jumlah
yang banyak dan mendorong tumbuhnya sektor informal di sekitar perusahaan.
Meskipun demikian pada sisi lainnya hasil samping industri mempunyai potensi
menyebabkan tekanan terhadap mutu lingkungan hidup.
Peningkatan industri membawa dampak negatif berupa peningkatan dalam
segi jumlah dan tipe limbah yang dihasilkan. 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 industri tekstil yang berkembang di Kabupaten Sukoharjo saat ini akan
menghasilkan produk utama yang bernilai ekonomi yaitu tekstil dan hasil sampingan
tidak bernilai ekonomi yang berupa limbah. Limbah ini apabila tidak dikelola dengan
baik dapat menyebabkan terjadinya pencemaran air, tanah dan udara. Untuk
menurunkan tingkat pencemaran limbah cair sebelum dibuang ke lingkungannya, harus
diolah dalam instalasi pengolahan air limbah (IPAL), setelah kualitas air limbah di
bawah baku mutu lingkungan yang ditetapkan baru kemudian dibuang ke badan
perairan umum atau sungai.
Salah satu parameter dalam limbah cair industri tekstil adalah adanya kandungan
logam berat kromium (Cr). 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
commit to user
1
garam
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2
logam berat dapat larut dalam air dan membentuk larutan sehingga tidak dapat
dipisahkan dengan pemisahan fisik yang sudah biasa (Hussein, 2004).
Tercemarnya lingkungan perairan akibat limbah logam berat kromium (Cr) 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. Kromium 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).
Kromium (III) umumnya hanya toksik terhadap tumbuh-tumbuhan pada
konsentrasi yang tinggi, kurang toksik bahkan non toksik terhadap binatang.
Walaupun Cr(III) kurang toksik dibandingkan
Cr(VI), jika tubuh terpapar oleh
Cr(III) dalam jangka waktu yangpanjang dapat menyebabkan reaksi alergi kulit
dan kanker (Sengupta and Clifford, 1986; Anderson, 1997).
Pemerintah telah berupaya melakukan pencegahan dan pengendalian pencemaran
logam berat dari limbah industri melalui penerbitan UndangUndang 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.
Adapun nilai ambang batas logam kromium yang masih diperbolehkan dalam air
minum berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor
492/MENKES/PER/IV/2010 adalah sebesar 0,05 mg/l.
Berbagai metode telah dikembangkan oleh para peneliti untuk meningkatkan
kualitas air, misalnya pertukaran ion, pengendapan, ultrafiltrasi, elektro dialisis, reverse
osmosis, ekstraksi pelarut, evaporasi dan penjerapan (Alhawas et al., 2013; Sajidu et
al.,2006; Arpa et al., 2000). Metode penjerapan banyak dikembangkan sebagai
metode pengurangan logam berat karena lebih efektif, sederhana dan murah
dibandingkan metode-metode lainnya (Alhawas, 2013; Prakash, 2013). Menurut
Manohar et al.,(2006) dalam Muhdarina et al., (2010), metode penjerapan sangat
efektif untuk limbah dengan konsentrasi polutan yang rendah sampai sedang.
Penjerapan adalah proses pemusatan molekul atau ion terjerap pada lapisan
permukaan penjerap, baik secara fisika atau kimia. Dengan demikian penjerap harus
mempunyai sifat-sifat permukaan yang khas sesuai dengan jenis terjerap yang terjerap.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3
Karbon aktif dan resin merupakan penjerap yang
cukup
efektif
tetapi
biaya
operasionalnya 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, seperti alofan alam dan abu
sekam (Alhawas et al., 2013; Pranoto et al., 2013; Muhdarina et al., 2010; Sallstrom,
2008 ).
Tanah andisol adalah tanah yang terjadi dari pelapukan batu-batuan vulkanis, baik
dari batu yang telah membeku, maupun dari abu gunung api. Aktivitas gunung
api menghasilkan bahan piroklastik yang merupakan sumber bahan induk tanah
vulkanis, yang dalam Sistem Taksonomi Tanah diklasifikasikan sebagai andisol.
Andisol keberadaannya merata di wilayah Indonesia sesuai dengan persebaran
gunung api, seperti di Jawa dan Sumatera (Devnita, et al., 2005). Keberadaan tanah
andisol di pulau Jawa, khususnya Jawa Tengah dapat dijumpai di Gunung Lawu,
Pegunungan Dieng, Gunung Merapi, Gunung Merbabu dan Gunung Wilis (Munir,
1996). Sifat dan ciri fisika, kimia dan morfologi andisol ini berkaitan erat dengan
mineral liat nonkristalin seperti alofan, ferihidrit, serta mineral liat parakristalin
imogolit (Devnita, et al., 2005).
Tanah yang berkomposisi andesit merupakan tanah andisol, sedangkan
alofan merupakan aluminosilikat yang terdapat dalam tanah andisol. Alofan
mempunyai karakteristik sebagai penjerap yang baik, seperti porositas, daya serap
dan pertukaran kation yang tinggi. Heraldy, et al., (2004) memanfaatkan alofan alam
dari gunung Lawu sebagai penjerap ion logam seng (Zn2+) pada limbah elektroplating.
Sulistyarini (2012) melakukan uji perbandingan alofan alam dari gunung Arjuna dengan
dan tanpa aktivasi secara kimia untuk jerapan ion logam tembaga (Cu2+) dengan metode
batch. Pranoto et al., (2013) memanfaatkan alofan alam dari berbagai gunung di pulau
Jawa (Papandayan, Arjuna dan Wilis) untuk jerapan logam berat (Cr, Fe, Cd, Cu,
Pb dan Mn) dengan metode batch. Kombinasi antara alofan alam dan lempung
alam dari daerah Sokka, Kebumen, Jawa Tengah sebagai penjerap ion logam
tembaga (Cu2+) dilakukan oleh Sistha (2014). Pengaruh aktivasi secara kimia terhadap
luas permukaan dan keasaman alofan alam daerah Tawangmangu telah diselidiki
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4
oleh Widjonarko, et al., (2003), dan disimpulkan bahwa aktivator basa (NaOH) lebih
baik daripada aktivator asam (H2SO4) dalam meningkatkan luas permukaan spesifik
dan keasaman total alofan.
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 pertukaran kation yang tinggi.
Gambar 1.
Pengembangan
alofan
Sebaran Gunung Vulkanik di Indonesia
alam
sebagai penjerap perlu
dilakukan
untuk
meningkatkan kapasitas jerapannya. Bahan-bahan alam dipilih untuk memodifikasi
alofan alam sebagai penjerap logam berat. Lempung Bayat dan Abu sekam dipilih
sebagai campuran alofan sebagai penjerap ion logam dalam larutan.
Lempung Bayat dipilih sebagai penjerap karena keberadaannya yang melimpah di
Kecamatan Bayat Kabupaten Klaten, serta saat ini baru dimanfaatkan sebagian besar
masyarakat Bayat untuk produksi gerabah. Lempung merupakan agregat mineral yang
berupa tanah yang terutama terdiri dari hydrous aluminium silicates, memiliki situs aktif
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5
pada permukaannya, keras dan kaku bila kering, stabil pada suhu tinggi dan bersifat
plastis bila dihaluskan dan dibasahi (Sulastri dan Kristianingrum, 2007; Auliah,
2009; Tan, 1982). Lempung merupakan konstituen utama dalam tanah dan
berperan sebagai perangkap alami polutan-polutan yang mengalir bersama air di
permukaan atau di dalam tanah melalui proses penjerapan atau pertukaran ion. Selain
itu, lempung memilki luas permukaan spesifik dan porositas yang
tinggi,
keberadaannya melimpah serta kapasitas pertukaran ion yang tinggi (Suarya,
2012). Berbagai keunggulan lempung di atas menyebabkan lempung banyak
digunakan sebagai penjerap.
Indonesia mempunyai potensi cadangan lempung yang sangat besar dan tersebar
terutama di Pulau Jawa, Sumatera dan Kalimantan, tetapi pemanfaatannya belum
optimal. Lempung banyak dimanfaatkan secara individu maupun industri sebagai bahan
baku pembuatan batu bata, genteng, marmer, keramik, gerabah atau keperluan
rumah
tangga lainnya. Di
Kecamatan Bayat,
Kabupaten
Klaten
mempunyai
cadangan lempung yang cukup besar, namun hingga sekarang pemanfaataannya
masih sebatas untuk pertanian dan untuk memasok kebutuhan bahan pembuatan
gerabah.
Lempung dengan karakteristiknya dapat dimanfaatkan sebagai penjerap logam
berat. Mineral lempung mempunyai kemampuan sorpsi dan pertukaran ion, luas
permukaan yang besar, murah, keberadaannya melimpah sehingga lempung dapat
dikembangkan sebagai penjerap logam berat pada limbah cair (Zhao et al., 2011 dan
Grasi et al., 2012). Beberapa penelitian terdahulu menunjukkan bahwa lempung
efektif sebagai penjerap logam berat. Muhdarina (2010) melakukan kajian kinetika
jerapan lempung alam dari daerah Cengar Provinsi Riau sebagai penjerap kation Co2+
dalam larutan buatan. Wahba et al., (2012) menggunakan mineral lempung
monmorilonit, kaolinit dan campurannya sebagai penjerap logam
timbal
(Pb),
kadmium (Cd) dan seng (Zn) dengan metode Electrical Stirred Flow Unit (ESFU).
Alhawas (2013) melakukan uji perbandingan kapasitas jerapan logam nikel (Ni)
oleh lempung dari dua daerah berbeda, yaitu lempung dari pegunungan AlMhawes, Al-Kharg dan Khulais, Jeddah secara kolom. Talaat et al., (2011)
menggunakan lempung untuk menjerap logam Cr3+, Ni2+, Cd2+, Cu2+, Zn2+ dan Pb2+
baik dengan perlakuan awal maupun tanpa perlakuan awal secara batch.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
6
Sistha (2014) menggunakan perpaduan lempung dan tanah andisol dengan
perbandingan tertentu untuk mengadsorbsi logam tembaga (Cu) secara batch. Lempung
tidak dilakukan aktivasi secara kimia sedangkan tanah andisol diaktivasi menggunakan
larutan NaOH 3N. Bijang dan Telussa (2008) melakukan aktivasi lempung yang
berasal dari desa Ouw-Saparua Maluku dengan H2SO4 10% dan digunakan untuk
menjerap logam timbal dan tembaga.
Kemampuan tanah lempung dan tanah andisol dalam mengurangi kandungan
logam berat dikembangkan dalam bentuk teknologi tepat guna untuk mengatasi
kontaminasi logam berat Mn pada air permukaan. Salah satu pengembangan yang sudah
dilakukan adalah pembuatan filter keramik. Filter keramik berbahan utama tanah
lempung telah terbukti mampu menurunkan kandungan logam berat dan mikroba
(Agmalini, et al., 2013; Dewi, 2011; Haryati, et al., 2011; Hariyadi, et al., 2013; Henry
et al., 2013; Sunaryo dan Widyawidura, 2010).
Pengembangan filter keramik
berbahan utama tanah liat ini diharapkan mampu menghasilkan pengurangan bahan
pencemar fisik, biologi dan kimia yang lebih efektif sehingga diperoleh air bersih
yang dapat ditoleransi untuk air minum; sederhana karena pengoperasiannya tidak
memerlukan keahlian khusus; bahan-bahan yang digunakan tersedia dilokasi dan
mudah diperoleh serta murah, dan efektif dalam memurnikan air (Dewi, 2011).
Sekam padi merupakan limbah pertanian yang melimpah di Indonesia. Selama
ini sekam padi biasanya hanya digunakan sebagai bahan bakar atau bahkan hanya
dibakar begitu saja. Dengan menjadikannya sebagai adsorben diharapkan dapat
memberi nilai tambah pada limbah ini. Beberapa peneliti
(Proctor et al., 1995;
Chang, et al., 2001) telah menggunakan abu sekam padi sebagai pemucat minyak
goreng dan memberikan hasil yang cukup memuaskan. Hal ini membuka
kemungkinan penggunaan abu sekam padi sebagai adsorben untuk keperluan yang
lebih luas.
Berdasarkan berbagai penelitian dengan memanfaatkan tanah andisol, lempung
alam dan abu sekam, maka pada penelitian ini dilakukan pengembangan penjerap
berupa campuran tanah andisol, lempung bayat dan abu sekam untuk meningkatkan
efektifitas penjerapan terhadap logam berat kromium (Cr3+) serta pengembangannya
sebagai filter keramik dan pipa penjernih untuk menurunkan kandungan logam berat
kromium (Cr) pada air tanah.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
7
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka rumusan masalah dalam
penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana pengaruh komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam, suhu
aktivasi dan waktu kontak terhadap kapasitas jerapan ion logam berat kromium
(Cr) dalam larutan model?
2.
Bagaimana kondisi optimum penjerap campuran tanah andisol / lempung bayat /
abu sekam sebagai penjerap ion logam berat kromium (Cr) dalam larutan model?
3.
Bagaimana efektivitas filter keramik dan pipa penjernih dalam mengurangi
kandungan ion logam berat kromium (Cr) dalam air?
C. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Untuk mengetahui pengaruh komposisi tanah andisol / lempung bayat / abu sekam,
suhu
aktivasi
dan waktu kontak terhadap kapasitas jerapan ion logam berat
kromium (Cr) dalam larutan model.
2.
Untuk mengetahui kondisi optimum penjerap campuran tanah andisol / lempung
bayat / abu sekam sebagai penjerap ion logam berat kromium (Cr) dalam larutan
model.
3.
Untuk mengetahui efektivitas filter keramik dan pipa penjernih dalam mengurangi
kandungan ion logam berat kromium (Cr) dalam air.
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1.
Manfaat bagi peneliti : Penelitian ini diharapkan dapat menambah sumbangan
pemikiran dalam pengembangan bahan alam (tanah andisol, lempung bayat, abu
sekam dan modifikasi andisol-lempung-abu sekam) sebagai penjerap yang efektif
dalam menurunkan kadar logam berat kromium di perairan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
8
2.
Manfaat bagi masyarakat : Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan alternatif
dalam memanfaatkan tanah andisol, lempung bayat dan abu sekam
sebagai
penjerap logam berat kromium di perairan serta pengembangan filter keramik
dan pipa penjernih untuk meningkatkan kualitas air.
3.
Manfaat bagi pemerintah : Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan bahan
pertimbangan dalam mengelola potensi daerah, yaitu tanah lempung dan
andisol agar lebih bermanfaat bagi masyarakat luas terutama dalam penjernihan air
minum
4.
Manfaat Terapan : Adanya alternatif model penjernihan air dengan pemanfaatan
campuran tanah andisol, abu sekam dan lempung
commit to user