Effectivity of activated charcoal as adsorbent for wastewater treatment

EFEKTIVITAS ARANG AKTIF

SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Bnn PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Efektivitas Arang aktif sebagai Adsorben Pada Pengolahan Air Limbah adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, September 2006

Alfi Rumidatul

ABSTRAK

ALFI RUMIDATUL. Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah. Dibimbing oleh KURNIA SOFYAN sebagai ketua dan GUSTAN PARI sebagai anggota.

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mencari kondisi yang optimum dalam pembuatan arang aktif dengan retort kapasitas 100 kg dan mengaplikasikan arang aktif yang mempunyai kualitas terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk gergaji, kayu Mangium (Acacia mangium) dan tempurung kelapa (Coconus nucifera). Kondisi proses aktivasi arang adalah suhu aktivasi 700 ºC, waktu steam 1, 2 dan 3 jam serta tanpa steam sebagai kontrol. Peningkatan mutu arang aktif dilakukan dengan menggunakan larutan H3PO4 5 %. Pengkajian perubahan pola struktur dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer infra merah, difraksi sinar –X dan mikroskop elektron.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas arang aktif terbaik diperoleh dari kayu Mangium (Acacia mangium) yang direndam dengan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan uap H2O yang menghasilkan rendemen 40,54 %; kadar air 5,25 %; kadar abu 2,31 %; kadar zat terbang 7,01 %; dan kadar karbon terikat 90,69 %.

Sifat lainnya yaitu daya serap iod 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % dan benzene 7,13 %. Derajat kristalinitas 58,23 %; tinggi lapisan aromatik (Lc) 4,02 nm; lebar lapisan aromatik (La) 4,22 nm; jumlah lapisan aromatik (N) 10,84 dan jarak lapisan aromatik (d) 0,21 nm serta diameter pori 0,14 – 0,35 µm.

Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga adalah 1 % karena dapat menurunkan Kebutuhan Oksigen Biologis sebesar 98,03 %; zat padat total 97,66 %; minyak dan lemak 76,92 %. Sedangkan nilai pH terjadi peningkatan sebesar 6,15 %. Untuk pengolahan air limbah rumah sakit dengan konsentrasi arang aktif 2 % karena dapat menurunkan nilai pH 17,50 %; zat padat total 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % dan bakteri koli 90 %. Sedangkan Kebutuhan Oksigen Biologis dan Kebutuhan Oksigen Kimia mengalami peningkatan masing- masing sebesar 330,79 % dan 135,91 %. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah industri pelapisan nikel adalah 2 %, karena mampu menurunkan kadar zat padat total 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % dan Cd 71,43 %. Nilai pH mengalami peningkatan 242,84 % dan kadar Pb tetap.

ABSTRACT

ALFI RUMIDATUL. Effectivity Of Activated Charcoal As Adsorbent For Wastewater Treatment. Under the Guidance of KURNIA SOFYAN as the Committee Chairman, and GUSTAN PARI as the Committee Member.

The main purpose of this research was to study the optimum condition for production activated charcoal in a retort with 100 kg capacity and to apply the best activated charcoal as adsorbent for wastewater treatment. The raw materials used in this research were wood sawdust, mangium wood (Acacia mangium) and coconut shell. The charcoal was activated using the condition : activating temperature at 700 ºC continued by steaming with H2O for 1, 2, 3 hours and without steaming as a control. In Order to improve the qualities of the activated charcoal, further activation was conducted using H3PO4 solution at 5 % concentration. The possible changes in structure were evaluated using Infrared Spectrophotometry, X-ray Difraction and Scanning Electron Microscope.

The results showed that the best quality of activated charcoal was achieved by Acacia mangium by soaking in H3PO4 5 % solution without steaming. The yield of activated charcoal was 40,54 %; moisture content 5,25 %; ash content 2,31 %; volatile matter 7,01 %; fixed carbon 90,69 %. Adsorptive capacity of iodine was 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % and benzene 7,13 %. Degree of crystalinity 58,23 %; height of aromatic layers (Lc) 4,02 nm; width of aromatic layers (La) 4,22 nm; number of aromatic layers (N) 10,84 and distance of aromatic layers (d) 0,21 nm with pore diameter of 0,14 – 0,35 µm.

The best concentration of activated charcoal as adsorbent for domestic wastewater treatment was 1 % concentration. It decreased Biological Oxygen Demand (BOD) 98,03 %; Total Suspended Solid 97,66 %; oil and grease 76,92 % and pH value increased 6,15 %. For hospital wastewater treatment, the best condition was achieved using activated charcoal at 2 % concentration. It could decreased pH value 17,50 %; Total Suspended Solid 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % and coliform bacteri 90 %. BOD and Chemical Oxygen Demand (COD) increased 330,79 % and 135,91 %. The best concentration of activated charcoal as adsorbent for nicel coated industry wastewater treatment was 1 % concentration. It decrease Total Suspended Solid 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % and Cd 71,43 %. pH value increase 242,84 %, but Pb value was not changed.

©

Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006 Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya

EFEKTIVITAS ARANG AKTIF

SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Departemen Teknologi Hasil Hutan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Judul Tesis : Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah

Nama : Alfi Rumidatul NIM : E051030261

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Kurnia Sofyan Dr. Gustan Pari, MS, APU

Ketua Anggota

Diketahui,

Plh. Ketua Program Studi Ilmu Dekan Sekolah Pascasarjana Pengetahuan Kehutanan

Dr.Ir. Imam Wahyudi, MS Prof. Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

PRAKATA

Dengan memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

Penelitian ya ng berjudul “Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah” ini dapat diselesaikan antara lain berkat bantuan dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi- tingginya, khususnya kepada Prof. Dr. Ir. Kurnia Sofyan, selaku ketua komisi pembimbing dan Dr. Gustan Pari, MS, APU selaku anggota komisi pembimbing, serta teknisi Laboratorium Pengolahan Kimia Hasil Hutan dan Energi Biomassa. Ungkapan terimakasih juga disampaikan kepada suami, anak-anakku, ibu serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga semua yang disajikan ini dapat bermanfaat bagi perkembangan keilmuan khususnya di bidang Teknologi Hasil Hutan.

Bogor, September 2006

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lamongan tanggal 21 november 1974 sebagai anak pertama dari 2 (dua) bersaudara dari pasangan M. Afandi (almarhum) dan Hj. Arumiyati.

Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Alun-alun II Lamongan tahun 1987, pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 di Lamongan tahun 1990 dan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 2 di Lamongan tahun 1993. Pada tahun 1993 penulis melanjutkan pendidikan tinggi Strata-1 (S1) di Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung dan lulus tahun 1998.

Penulis mulai bekerja sebagai staf pengajar di Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung pada tahun 1998 sampai sekarang. Pada tahun 2003, penulis memasuki pendidikan tinggi Strata-2 (S2) pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 2

Perumusan dan Pemecahan Masalah ... 3

Tujuan Penelitian ... 5

Hipotesis Penelitian ... 6

Manfaat Penelitian ... 6

Kerangka Pemikiran ... 6

TINJAUAN PUSTAKA ... 8

Pengertian Arang dan Arang Aktif ... 8

Pembuatan Arang Aktif ... 9

Sifat dan Struktur Arang Aktif ... 12

Adsorpsi ... 16

Kegunaan Arang Aktif ... 19

Pencemaran Air ... 21

Limbah ... 26

BAHAN DAN METOD E ... 29

Waktu dan Tempat Penelitian ... 29

Bahan dan Alat ... 29

Metode Penelitian ... 30

Pembuatan Arang ... 30

Pembuatan Arang Aktif ... 32

Karakterisasi Pola struktur Arang ... 33

Karakterisasi Struktur Arang Aktif ... 35

Peningkatan Mutu Arang Aktif ... 35

Aplikasi Arang Aktif ... 35

Diagram Alir Penelitian ... 36

Prosedur Penetapan Mutu Arang Aktif ... 38

Analisis Kualitas Air ... 46

EFEKTIVITAS ARANG AKTIF

SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Bnn PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Efektivitas Arang aktif sebagai Adsorben Pada Pengolahan Air Limbah adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, September 2006

Alfi Rumidatul

ABSTRAK

ALFI RUMIDATUL. Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah. Dibimbing oleh KURNIA SOFYAN sebagai ketua dan GUSTAN PARI sebagai anggota.

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mencari kondisi yang optimum dalam pembuatan arang aktif dengan retort kapasitas 100 kg dan mengaplikasikan arang aktif yang mempunyai kualitas terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk gergaji, kayu Mangium (Acacia mangium) dan tempurung kelapa (Coconus nucifera). Kondisi proses aktivasi arang adalah suhu aktivasi 700 ºC, waktu steam 1, 2 dan 3 jam serta tanpa steam sebagai kontrol. Peningkatan mutu arang aktif dilakukan dengan menggunakan larutan H3PO4 5 %. Pengkajian perubahan pola struktur dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer infra merah, difraksi sinar –X dan mikroskop elektron.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas arang aktif terbaik diperoleh dari kayu Mangium (Acacia mangium) yang direndam dengan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan uap H2O yang menghasilkan rendemen 40,54 %; kadar air 5,25 %; kadar abu 2,31 %; kadar zat terbang 7,01 %; dan kadar karbon terikat 90,69 %.

Sifat lainnya yaitu daya serap iod 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % dan benzene 7,13 %. Derajat kristalinitas 58,23 %; tinggi lapisan aromatik (Lc) 4,02 nm; lebar lapisan aromatik (La) 4,22 nm; jumlah lapisan aromatik (N) 10,84 dan jarak lapisan aromatik (d) 0,21 nm serta diameter pori 0,14 – 0,35 µm.

Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga adalah 1 % karena dapat menurunkan Kebutuhan Oksigen Biologis sebesar 98,03 %; zat padat total 97,66 %; minyak dan lemak 76,92 %. Sedangkan nilai pH terjadi peningkatan sebesar 6,15 %. Untuk pengolahan air limbah rumah sakit dengan konsentrasi arang aktif 2 % karena dapat menurunkan nilai pH 17,50 %; zat padat total 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % dan bakteri koli 90 %. Sedangkan Kebutuhan Oksigen Biologis dan Kebutuhan Oksigen Kimia mengalami peningkatan masing- masing sebesar 330,79 % dan 135,91 %. Konsentrasi arang aktif terbaik sebagai adsorben pada pengolahan air limbah industri pelapisan nikel adalah 2 %, karena mampu menurunkan kadar zat padat total 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % dan Cd 71,43 %. Nilai pH mengalami peningkatan 242,84 % dan kadar Pb tetap.

ABSTRACT

ALFI RUMIDATUL. Effectivity Of Activated Charcoal As Adsorbent For Wastewater Treatment. Under the Guidance of KURNIA SOFYAN as the Committee Chairman, and GUSTAN PARI as the Committee Member.

The main purpose of this research was to study the optimum condition for production activated charcoal in a retort with 100 kg capacity and to apply the best activated charcoal as adsorbent for wastewater treatment. The raw materials used in this research were wood sawdust, mangium wood (Acacia mangium) and coconut shell. The charcoal was activated using the condition : activating temperature at 700 ºC continued by steaming with H2O for 1, 2, 3 hours and without steaming as a control. In Order to improve the qualities of the activated charcoal, further activation was conducted using H3PO4 solution at 5 % concentration. The possible changes in structure were evaluated using Infrared Spectrophotometry, X-ray Difraction and Scanning Electron Microscope.

The results showed that the best quality of activated charcoal was achieved by Acacia mangium by soaking in H3PO4 5 % solution without steaming. The yield of activated charcoal was 40,54 %; moisture content 5,25 %; ash content 2,31 %; volatile matter 7,01 %; fixed carbon 90,69 %. Adsorptive capacity of iodine was 657,20 mg/g; metanol 7,13 %; CCl4 8,39 %; CHCl3 13,24 %; formaldehida 6,57 % and benzene 7,13 %. Degree of crystalinity 58,23 %; height of aromatic layers (Lc) 4,02 nm; width of aromatic layers (La) 4,22 nm; number of aromatic layers (N) 10,84 and distance of aromatic layers (d) 0,21 nm with pore diameter of 0,14 – 0,35 µm.

The best concentration of activated charcoal as adsorbent for domestic wastewater treatment was 1 % concentration. It decreased Biological Oxygen Demand (BOD) 98,03 %; Total Suspended Solid 97,66 %; oil and grease 76,92 % and pH value increased 6,15 %. For hospital wastewater treatment, the best condition was achieved using activated charcoal at 2 % concentration. It could decreased pH value 17,50 %; Total Suspended Solid 93,06 %; ammonia 76,09 %, phosphat 33,06 % and coliform bacteri 90 %. BOD and Chemical Oxygen Demand (COD) increased 330,79 % and 135,91 %. The best concentration of activated charcoal as adsorbent for nicel coated industry wastewater treatment was 1 % concentration. It decrease Total Suspended Solid 84,72 %; Cr 39,50 %; Cu 66,67 %; Zn 91,50 %; Ni 73,75 % and Cd 71,43 %. pH value increase 242,84 %, but Pb value was not changed.

©

Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006 Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya

EFEKTIVITAS ARANG AKTIF

SEBAGAI ADSORBEN PADA PENGOLAHAN

AIR LIMBAH

ALFI RUMIDATUL

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Departemen Teknologi Hasil Hutan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Judul Tesis : Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah

Nama : Alfi Rumidatul NIM : E051030261

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Kurnia Sofyan Dr. Gustan Pari, MS, APU

Ketua Anggota

Diketahui,

Plh. Ketua Program Studi Ilmu Dekan Sekolah Pascasarjana Pengetahuan Kehutanan

Dr.Ir. Imam Wahyudi, MS Prof. Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

PRAKATA

Dengan memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

Penelitian ya ng berjudul “Efektivitas Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Pengolahan Air Limbah” ini dapat diselesaikan antara lain berkat bantuan dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi- tingginya, khususnya kepada Prof. Dr. Ir. Kurnia Sofyan, selaku ketua komisi pembimbing dan Dr. Gustan Pari, MS, APU selaku anggota komisi pembimbing, serta teknisi Laboratorium Pengolahan Kimia Hasil Hutan dan Energi Biomassa. Ungkapan terimakasih juga disampaikan kepada suami, anak-anakku, ibu serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga semua yang disajikan ini dapat bermanfaat bagi perkembangan keilmuan khususnya di bidang Teknologi Hasil Hutan.

Bogor, September 2006

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lamongan tanggal 21 november 1974 sebagai anak pertama dari 2 (dua) bersaudara dari pasangan M. Afandi (almarhum) dan Hj. Arumiyati.

Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Alun-alun II Lamongan tahun 1987, pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 di Lamongan tahun 1990 dan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 2 di Lamongan tahun 1993. Pada tahun 1993 penulis melanjutkan pendidikan tinggi Strata-1 (S1) di Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung dan lulus tahun 1998.

Penulis mulai bekerja sebagai staf pengajar di Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Winaya Mukti Bandung pada tahun 1998 sampai sekarang. Pada tahun 2003, penulis memasuki pendidikan tinggi Strata-2 (S2) pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 2

Perumusan dan Pemecahan Masalah ... 3

Tujuan Penelitian ... 5

Hipotesis Penelitian ... 6

Manfaat Penelitian ... 6

Kerangka Pemikiran ... 6

TINJAUAN PUSTAKA ... 8

Pengertian Arang dan Arang Aktif ... 8

Pembuatan Arang Aktif ... 9

Sifat dan Struktur Arang Aktif ... 12

Adsorpsi ... 16

Kegunaan Arang Aktif ... 19

Pencemaran Air ... 21

Limbah ... 26

BAHAN DAN METOD E ... 29

Waktu dan Tempat Penelitian ... 29

Bahan dan Alat ... 29

Metode Penelitian ... 30

Pembuatan Arang ... 30

Pembuatan Arang Aktif ... 32

Karakterisasi Pola struktur Arang ... 33

Karakterisasi Struktur Arang Aktif ... 35

Peningkatan Mutu Arang Aktif ... 35

Aplikasi Arang Aktif ... 35

Diagram Alir Penelitian ... 36

Prosedur Penetapan Mutu Arang Aktif ... 38

Analisis Kualitas Air ... 46

Halaman

HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 48

Analisis Struktur ……… 48

Identifikasi Gugus Fungsi pada Serbuk Gergaji …………. 48

Identifikasi Gugus Fungsi pada Kayu Mangium ... 49

Identifikasi Gugus Fungsi pada Tempurung Kelapa ... 50

Identifikasi Pola Struktur Kristalit Serbuk Gergaji ... 52

Identifikasi Pola Struktur Kristalit Tempurung Kelapa ... 58

Identifikasi Pola Struktur Kristalit Kayu Mangium ... 59

Pengaruh Lama Aktivasi Terhadap Mutu Arang Aktif ... 61

Rendemen ... 61

Kadar Air ... 62

Kadar Zat Terbang ... 64

Kadar Abu ... 67

Kadar Karbon Terikat ... 69

Daya Serap Iodium ... 72

Daya Serap Metanol ... 75

Daya Serap CCl4 ... 77

Daya Serap CHCl3 ... 78

Daya Serap Formaldehida ... 80

Daya Serap Benzena ... 82

Peningkatan Mutu Arang Aktif ... 84

Identifikasi Gugus Fungsi Arang Aktif ... 85

Identifikasi Pola Struktur Kristalit Arang Aktif ... 86

Identifikasi Topografi Permukaan Pori Arang Aktif ... 87

Mutu Arang Aktif ... 87

Aplikasi Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Air Limbah ... 90

Limbah Rumah Tangga ... 90

Limbah Rumah Sakit ... 93

Limbah Industri Pelapisan Nikel ... 96

SIMPULAN DAN SARAN ... 100

Simpulan ... 100

Saran ... 101

DAFTAR PUSTAKA ... 102

DAFTAR TABEL

Halaman 1. Penggunaan Arang Aktif dalam Industri

2. Beberapa Jenis Pencemar dan Sumbernya

3. Bilangan Gelombang Serapan IR Serbuk Gergaji 4. Bilangan Gelombang Serapan IR Kayu Mangium 5. Bilangan Gelombang Serapan IR Te mpurung Kelapa

6. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak antar Lapisan (d), tinggi (Lc) dan lebar (La) antar lapisan serta jumlah (N) lapisan aromatik serbuk gergaji

7. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak antar Lapisan (d), tinggi (Lc) dan lebar (La) antar lapisan serta jumlah (N) lapisan aromatik kayu Mangium

8. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak antar Lapisan (d), tinggi (Lc) dan lebar (La) antar lapisan serta jumlah (N) lapisan aromatik tempurung kelapa

9. Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori Serbuk Gergaji 10. Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori tempurung kelapa 11. Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori Kayu Mangium 12. Rendemen Arang aktif Serbuk Gergaji, Acacia mangium dan Tempurung Kelapa pada Suhu 700 °C dengan Waktu Aktivasi 3 jam

13. Hasil Analisa Kadar Air (%) Arang Aktif

14. Hasil Analisa Kadar Zat Terbang (%) Arang Aktif 15. Hasil Analisa Kadar Abu (%) Arang Aktif

16. Hasil Analisa Kadar Karbon Terikat (%) Arang Aktif 17. Hasil Analisa Daya Serap Iodium (mg/g) Arang Aktif

Halaman

18. Perbandingan Mutu Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H2O dan H3PO4 5 %

19. Perubahan Kualitas Limbah Rumah Tangga Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif

20. Perubahan Kualitas Limbah Rumah Sakit Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif

21. Perubahan Kualitas Limbah Industri Pelapisan Nikel Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1. Kerangka Pemikiran

2. Pengaruh Ukuran Pori pada Penyerapan Fasa Cair 3. Kiln Drum Hasil Modifikasi

4. Kiln Semi Kontinyu Type P3THH

5. Retort untuk Aktivasi Arang Kapasitas 100 Kg (0,6 m3) 6. Skema Tinggi Lapisan (Lc), Jumlah Lapisan (N) dan Lebar Lapisan (La) Aromatik

7. Diagram Alir Penelitian

8. Spektrum Serapan IR Serbuk Gergaji Kayu Campuran (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif

9. Spektrum Serapan IR Kayu Mangium (Acacia mangium) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif

10. Spektrum Serapan IR Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif

11. Difraktogram XRD Serbuk Gergaji Kayu Campuran 12. Difraktogram XRD Kayu Mangium (Acacia mangium) 13. Difraktogram XRD Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) 14. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Serbuk Gergaji Kayu Campuran Dengan Pembesaran 2000 Kali

15. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Kayu Mangium (Acacia mangium) Dengan Pembesaran 2000 Kali

Halaman 16. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan

(c) Arang Aktif Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Dengan Pembesaran 2000 Kali

17. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Air Arang Aktif 18. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Zat Terbang Arang Aktif

19. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Abu Arang Aktif 20. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Karbon Terikat Arang Aktif

21. Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Iodium Arang Aktif

22. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Metanol

23. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap CCl4 24. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap CHCl3

25. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Formaldehida

26. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Benzen

27. Spektrum Serapan IR Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 %

28. Difraktogram XRD Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 %

29. Topografi Permukaan Arang Aktif yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 %

30. Perubahan Warna Air Limbah Rumah Tangga (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %

Halaman

31. Perubahan Warna Air Limbah Rumah Sakit (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %

32. Perubahan Warna Air Limbah Pelapisan nikel (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Rekapitulasi Data Mutu Arang dan Arang Aktif 2. Daya Serap Arang dan Arang Aktif terhadap Metanol 3. Daya Serap Arang dan Arang Aktif terhadap CCl4 4. Daya Serap Arang dan Arang Aktif terhadap CHCl3

5. Daya Serap Arang dan Arang Aktif terhadap Formaldehida

6. Daya Serap Arang dan Arang Aktif terhadap Benzen 7. Hasil Analisis Statistik untuk Kadar Air Arang Aktif 8. Hasil Analisis Statistik untuk Kadar Zat Terbang Arang Aktif

9. Hasil Analisis Statistik untuk Kadar AbuArang Aktif 10.Hasil Analisis Statistik untuk Kadar Karbon Terikat Arang Aktif

11.Hasil Analisis Statistik untuk Daya Serap Iodium Arang Aktif

12.Hasil Analisis Statistik untuk Daya Serap Arang Aktif terhadap Gas

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pada era industrialisasi di Indonesia, kebutuhan arang aktif semakin meningkat. Peningkatan tersebut disebabkan karena banyak industri yang dibangun, baik industri pangan maupun non pangan yang menggunakan arang aktif dalam proses produksinya. Sebagian besar kebutuhan arang aktif di Indonesia masih diimpor, karena mutu arang aktif domestik masih rendah. Salah satu permasalahan yang dihadapi dalam pembangunan industri arang aktif di Indonesia adalah proses pembuatan yang dapat menghasilkan arang aktif berkualitas tinggi.

Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon baik bahan organik maupun anorganik. Beberapa bahan baku yang digunakan antara lain kayu, tempurung kelapa, limbah batubara dan limbah pengolahan kayu maupun limbah pertanian seperti kulit buah kopi, sabut buah coklat, sekam padi, jerami, tongkol dan pelepah jagung. Bahkan dari bahan polimer seperti poliakrilonitril, rayon dan resin fenol (Asano et al. 1999).

Industri arang aktif di Indonesia mulai berkembang sejak tahun 1980 dengan bahan baku utamanya tempurung kelapa. Beberapa sifat arang aktif dari tempurung kelapa antara lain adalah strukturnya sebagian besar mikropori, kekerasannya tinggi, mudah diregenerasi dan daya serap iodinnya tinggi sebesar 1100mg/g (Actech, 2002 dalam Pari, 2004). Di pihak lain arang aktif dari tempurung kelapa ini mempunyai keterbatasan dalam penerapannya, yaitu kurang

2

efektif bila digunakan untuk menyerap senyawa yang berdiameter makropori, sehingga perlu dicari alternatif bahan baku lain seperti kayu.

Menurut Pari dan Hendra (2000), sekitar 300 industri penggergajian kayu dan 2.505 industri kecil membutuhkan log 15,6 juta m3 dan limbah yang dihasilkan sebanyak 7,8 juta m3 termasuk serbuk gergajian kayu 0,78 juta m3, belum lagi ditambah limbah pengolahan industri kayu hasil illegal logging. Dengan demikian akan terjadi penumpukan beribu-ribu meter kubik limbah yang jika tidak dimanfaatkan dengan baik, merupakan pemborosan terhadap kayu. Oleh karena itu mengingat potensi limbah penggergajian kayu cukup besar, maka salah satu alternatif adalah mengolah limbah tersebut menjadi arang aktif.

Perkembangan teknologi dan industri juga mendorong peluang yang cukup besar terhadap arang aktif karena arang aktif merupakan suatu produk yang dihasilkan dari modifikasi karbonisasi yang sudah lama dikenal sejak perang dunia kedua dan mempunyai banyak kegunaan. Diantaranya adalah untuk menyerap gas pada masker, filter pada rokok, penjernih air, industri makanan, industri kimia dan industri lainnya. Penggunaan arang aktif terus berkembang hingga digunakan untuk menyerap gas-gas organik dari polutan gas pada bahan bangunan seperti gas aldehida dan heksan yang dikeluarkan dari cat dan perekat, karena gas- gas tersebut dapat menyebabkan penyakit alergi, paru-paru dan gangguan pada pernafasan (Asano et al. 1999).

Permasalahan lingkungan untuk saat ini perlu mendapat perhatian, karena berbagai kegiatan pada sektor pemukiman, pertanian, pertambangan dan industri dapat menghasilkan air limbah yang dibuang ke lingkungan. Apabila air limbah

3

tersebut tidak dilakukan pengolahan maka akan menimbulkan pencemaran air yang menyebabkan penurunan kualitas air. Oleh karena itu maka air limbah tersebut harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan. Salah satu usaha untuk mengolah air limbah tersebut adalah menggunakan arang aktif yang dapat berfungsi sebagai adsorben bahan pencemar (polutan) yang terdapat pada air limbah.

Perumusan dan Pemecahan Masalah

Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan untuk hajat hidup orang banyak, bahkan oleh semua makhluk hidup. Oleh karena itu, sumber daya air harus dilindungi agar tetap dapat dimanfaatkan dengan baik oleh manusia serta makhluk hidup yang lain.

Saat ini, masalah utama yang dihadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun. Kegiatan industri, domestik dan kegiatan lain berdampak negatif terhadap sumber daya air, antara lain menyebabkan penurunan kualitas air akibat pencemaran oleh air limbah. Air limbah yang mengandung zat organik akan menimbulkan bau yang tidak sedap dan gas. Selain itu air limbah juga mengandung bakteri patogen dan bahan beracun, yang menyebabkan penyakit atau kematian. Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan dan bahaya bagi semua makhluk hidup yang bergantung pada sumber daya air. Penurunan kualitas air akan menurunkan daya guna, hasil guna, produktivitas, daya dukung dan tampung dari sumber daya air yang pada akhirnya akan menurunkan kekayaan sumber daya alam.

4

Berdasarkan pertimbangan di atas, maka perlu dilakukan penelitian mengenai kemampuan arang aktif untuk mengadsorpsi bahan pencemar (polutan) air limbah dengan menggunakan bahan baku kayu mangium (Acacia mangium

Willd) dengan pertimbangan antara lain di lapangan tersedia dalam jumlah yang banyak, pemanfaatannya belum maksimal dan untuk industri tertentu kebutuhan arang aktif dari kayu masih impor. Dalam penelitian ini juga digunakan serbuk gergaji kayu campuran karena harganya murah juga sekaligus dapat mengurangi dampak buruk ke lingkungan karena serbuk kayu gergajian merupakan limbah pada industri kayu. Disamping itu juga menggunakan bahan baku tempurung kelapa karena industri arang aktif di Indonesia bahan baku utamanya adalah tempurung kelapa.

Berbeda dengan pembuatan arang, pembuatan arang aktif belum dikenal baik oleh masyarakat. Salah satu penyebabnya adalah proses aktivasi pada suhu tinggi dengan tujuan untuk menghilangkan tar, cairan destilat atau deposit yang menutupi pori-pori arang. Dengan cara ini luas permukaan pori menjadi lebih besar, sehingga dapat meningkatkan daya serap pori tersebut.

Peningkatan pengolahan arang menjadi arang aktif sejalan dengan peningkatan daya guna dan harga jual. Ada 27 jenis industri yang menggunakan arang aktif untuk keperluan adsorben atau penyerapan polutan gas, padat dan cair antara lain industri air minum, minyak goreng, sirop, minyak atsiri, tambang emas dan tekstil. Harga jual arang per kg berkisar antara Rp 800,00 – 1.000,00 setelah menjadi arang aktif harganya lebih mahal, yaitu pada kisaran Rp 5.000,00 – 6.000,00 (Nurhayati dkk, 2002).

5

Penelitian pembuatan arang aktif skala laboratorium (retort kapasitas 500 gram) telah banyak dilakukan, diantaranya untuk mengetahui pengaruh penggunaan jenis bahan kimia, suhu aktivasi dan pengaruh penggunaan jenis kayu serta jenis lain. Sedangkan penelitian pembuatan arang aktif skala industri kecil (retort kapasitas 100 kg) belum pernah dilakukan, disamping itu juga belum diketahui komponen mana dari kayu yang berperan dalam pembentukan pori.

Berkaitan dengan hal tersebut di atas, maka perlu dilakukan penelitian secara lebih mendalam mengenai pembuatan arang aktif skala industri kecil (retort kapasitas 100 kg) dengan cara kombinasi fisika dan kimia yaitu menggunakan uap H2O dan H3PO4 5 %. Selanjutnya arang aktif yang diperoleh diuji kemampuannya sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pola struktur dan karakter arang aktif dari bahan biomasa yang berbeda.

2. Mencari kondisi pembuatan arang aktif skala industri kecil (retort kapasitas 100 kg) yang optimum sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.

3. Menguji tingkat efektivitas arang aktif yang dihasilkan sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.

4. Mendapatkan konsentrasi pemakaian arang aktif yang efektif sebagai bahan penyerap polutan air.

6

Hipotesis Penelitian Hipotesis dari penelitian ini adalah :

1. Pola struktur arang aktif berbeda untuk setiap jenis bahan baku.

2. Terdapat pengaruh waktu aktivasi terhadap struktur dan kualitas arang aktif. 3. Arang aktif yang dibuat dari serbuk gergaji kayu campuran, kayu Acacia

mangium dan tempurung kelapa memiliki kemampuan sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pengembangan arang aktif dalam skala industri kecil terutama dalam peningkatan mutu dan arang aktif yang dihasilkan dapat bermanfaat sebagai adsorben pada pengolahan air limbah.

Kerangka Pemikiran

Berdasarkan uraian di atas dapat dikemukakan kerangka pemikiran seperti tertera pada Gambar 1 berikut ini.

TINJAUAN PUSTAKA

Pengertian Arang dan Arang Aktif

Arang adalah suatu bahan padat yang berpori dan merupakan hasil pembakaran dari bahan yang mengandung karbon melalui proses pirolisis. Sebagian dari pori-porinya masih tertutup dengan hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain. Komponennya terdiri dari karbon terikat (fixed carbon), abu, air, nitrogen dan sulfur (Djatmiko dkk, 1985).

Proses pirolisis terdiri dari dua tingkat yaitu pirolisis primer dan pirolisis sekunder. Pirolisis primer adalah proses pirolisis yang terjadi pada suhu 150 - 300°C (proses lambat) dan pada suhu 300 - 400°C (proses cepat). Hasil dari proses primer lambat adalah arang, H2O, CO dan CO2. Sedangkan hasil pirolisis primer cepat adalah arang, gas, H2O dan uap. Pirolisis sekunder adalah proses pirolisis yang terjadi pada gas-gas hasil dan terjadi pada suhu lebih dari 600°C dan hasil prosesnya adalah CO, H2 dan hidrokarbon. Umumnya proses pirolisis sekunder ini digunakan untuk gasifikasi (Alvarez et al. 1998; Agustina, 2002 dalam Pari, 2004).

Arang yang merupakan residu dari peruraian bahan yang mengandung karbon sebagian besar komponennya adalah karbon dan terjadi akibat peruraian panas. Proses pemanasan ini dapat dilakukan dengan jalan memanasi bahan langsung atau tidak langsung di dalam timbunan, kiln, retort dan tanur (Djatmiko dkk, 1985).

9

Roy (1993) mendefinisikan arang aktif adalah arang yang telah mengalami proses aktivasi untuk meningkatkan luas permukaan melalui pembukaan pori-pori sehingga daya adsorpsi dapat ditingkatkan. Definisi lain mengatakan arang aktif adalah arang yang sudah diaktifkan, sehingga pori-porinya terbuka dan permukaannya bertambah luas sekitar 300 sampai 2000 m2/g. Permukaan arang aktif yang semakin meluas ini menyebabkan daya adsorpsinya terhadap gas atau cairan makin tinggi (Kirk dan Othmer, 1964). Daya adsorpsi arang aktif yang tinggi disebabkan jumlah pori-pori yang besar (Lenntech, 2004).

Sedangkan menurut Sudrajat dan Salim (1994), arang aktif adalah arang yang konfigurasi atom karbonnya dibebaskan dari ikatan dengan unsur lain, serta rongga atau pori dibersihkan dari senyawa lain atau kotoran sehingga permukaan dan pusat aktif menjadi luas atau daya adsorpsi terhadap cairan dan gas akan meningkat.

Pembuatan Arang Aktif

Arang aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon, baik organik maupun anorganik asal bahan tersebut memiliki struktur berpori (Sudrajat dan Salim, 1994). Arang aktif dapat dibuat dari arang biasa yang berasal dari tumbuhan, ataupun barang tambang. Bahan-bahan tersebut adalah berbagai jenis kayu, serbuk gergaji, sekam padi, dan batu bara (Pari, 1995).

Guerrero et al. (1970) menyatakan bahwa pembuatan arang aktif dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama adalah pembentukan arang bersifat amorf porous pada suhu rendah. Tahap kedua adalah proses pengaktifan arang untuk menghilangkan hidrokarbon yang melapisi permukaan arang sehingga

10

meningkatkan porositas arang. Menurut Cheremisinoff dan Ellerbusch (1978) dalam Pari (1995), pada kedua proses tersebut terjadi tahap-tahap sebagai berikut :

1. Dehidrasi yaitu proses menghilangkan air

2. Karbonisasi yaitu proses penguraian selulosa organik menjadi unsur karbon, serta mengeluarkan senyawa-senyawa non karbon

3. Aktivasi yaitu proses pembentukan dan penyusunan karbon sehingga pori-pori menjadi lebih besar

Pada prinsipnya arang aktif dapat dibuat dengan dua cara, yaitu cara kimia dan cara fisika. Pada pembuatan arang aktif, mutu yang dihasilkan sangat tergantung dari bahan baku yang digunakan, bahan pengaktif, suhu dan cara pengaktifannya (Hartoyo et al. 1990).

1. Pembuatan Arang Aktif secara Kimia

Prinsipnya yaitu perendaman arang dengan senyawa kimia sebelum dipanaskan. Pada proses pengaktifan secara kimia, arang direndam dalam larutan pengaktifasi selama 24 jam lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu 600 - 900°C selama 1 – 2 jam. Pada suhu tinggi ini bahan pengaktif akan masuk di antara sela-sela lapisan heksagonal dan sela-selanjutnya membuka permukaan yang tertutup. Bahan kimia yang dapat digunakan antara lain H3PO4, NH4Cl, AlCl3, HNO3, KOH, NaOH, KMnO4, SO3, H2SO4 dan K2S (Kienle, 1986).

Pemakaian bahan kimia sebagai bahan pengaktif sering mengakibatkan pengotoran pada arang aktif yang dihasilkan. Umumnya aktivator meninggalkan sisa-sisa berupa oksida yang tidak larut dalam air pada waktu pencucian, oleh karena itu dalam beberapa proses sering dilakukan pelarutan dengan HCl untuk

11

mengikat kembali sisa-sisa bahan kimia yang menempel pada permukaan arang dan kandungan abu yang terdapat dalam arang aktif. Hasil penelitian Botha (1992) dalam Pari (2004) yang membuat arang aktif dari batubara, lalu mengekstrak arang aktif tersebut dengan HCl 0,5 M menghasilkan arang aktif yang struktur mikroporinya lebih besar.

2. Pembuatan Arang Aktif secara Fisika

Prinsipnya adalah pemberian uap air atau gas CO2 kepada arang yang telah dipanaskan. Arang yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam tungku aktivasi lalu dipanaskan pada suhu 800 - 1000°C. Selama pemanasan ke dalamnya dialirkan uap air atau gas CO2. Pada suhu dibawah 800°C, aksi oksidasi uap air ataupun gas CO2 berlangsung sangat lambat, sedangkan pada suhu diatas 1000°C akan menyebabkan kerusakan susunan kisi-kisi heksagonal.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

C + H2O CO + H2 ?H = + 117 kJ C + 2H2O CO2 + 2H2 ?H = + 75 kJ C + CO2 2CO ?H = + 157 kJ

Reaksi yang terjadi adalah endoterm, sehingga aktivasi yang terjadi menjadi kurang efektif akibat panas yang terbentuk menjadi berkurang. Salah satu hal yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan membakar gas- gas yang terbentuk (Kienle, 1986).

CO + ½O2 CO2 ?H = -285 kJ H2 + ½O2 H2O ?H = -238 kJ

12

Selama pengaktifan dengan gas- gas pengoksidasi, lapisan- lapisan karbon kristalit yang tidak beratur akan mengalami pergeseran yang menyebabkan permukaan kristalit atau celah menjadi terbuka sehingga gas-gas pengaktif yang lembam dapat mendorong residu-residu hidrokarbon seperti senyawa ter, fenol, metanol dan senyawa lain yang menempel pada permukaan arang. Cara yang sangat efektif untuk mendesak residu-residu tersebut adalah dengan mengalirkan gas pengoksidasi pada permukaan materi karbon (Pari, 1996).

Sifat dan Struktur Arang Aktif

Arang aktif adalah padatan amorf yang mempunyai luas permukaan dan jumlah pori yang sangat banyak (Baker et al. 1997). Arang aktif berbentuk kristal mikro, karbon non grafit, yang pori-porinya telah mengalami proses pengembangan kemampuan untuk menjerap gas dan uap dari campuran gas dan zat-zat yang tidak terlarut atau terdispersi dalam cairan (Roy, 1985). Tiap-tiap kristal, biasanya terdiri dari 3 atau 4 lapisan atom karbon dengan sekitar 20 – 30 atom karbon heksagonal pada tiap lapisan (Jankowska et al. 1991).

Selanjutnya Hartoyo (1974) mengemukakan bahwa sifat fisik arang aktif dibagi dua macam :

1. Sifatnya keras dan bobot jenis tinggi, sesuai untuk bahan adsorpsi gas 2. Sifatnya lunak dan bobot jenis rendah, sesuai untuk bahan adsorpsi cairan Menurut Hassler (1974), arang aktif adalah arang halus yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak mempunyai rasa, higroskopis, tidak larut dalam air, basa, asam dan pelarut organik. Arang aktif tidak terdekomposisi atau bereaksi setelah

13

digunakan. Arang aktif berbentuk amorf, yang terdiri dari unsur karbon. Karbon ini terdiri dari pelat-pelat dasar yang atom karbonnya terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksago nal mirip dengan grafit. Pelat-pelat ini terkumpul satu sama lain membentuk kristal-kristal dengan susunan tidak beraturan dan jarak antar pelatnya acak.

Semua arang aktif memiliki struktur pori, biasanya dengan sejumlah hidrogen dan oksigen yang terikat secara kimia. Arang aktif biasanya mengandung ± 2 % mineral yang biasanya ditunjukkan oleh kadar abu atau residu pembakaran (Kienle dkk, 1996).

Penyelidikan dengan sinar-X menunjukkan bahwa arang aktif berbentuk kristal yang sangat kecil mirip dengan struktur grafit. Grafit terdiri dari sejumlah pelat yang tersusun secara paralel dan masing- masing pelat mempunyai sistem heksagonal dengan enam atom karbon. Daerah kristalin hanya pada ketebalan 0,7 sampai 1,1 nm, lebih kecil dibanding grafit yang teramati. Hal ini berarti bahwa tiap-tiap kristalin biasanya hanya tiga atau empat lapis atom dengan 20 sampai 30 karbon heksagon pada masing- masing lapisan (Kienle dkk, 1996).

Besar kecilnya ukuran pori dari kristalit-kristalit arang aktif selain tergantung pada suhu karbonisasi juga bahan baku yang digunakan. Ukuran porinya dapat berkisar antara 10 - > 250 A°. Beukens et al. (1985) membagi besarnya ukuran pori kedalam tiga katagori yaitu :

14

1. Makropori

Makropori didefinisikan sebagai ukuran pori arang aktif yang mempunyai diameter lebih besar dari 250 A° dengan volume sebanyak 0,8 mL/g dan permukaan spesifik antara 0,5 – 2 m2/g.

2. Mesopori

Pori-pori arang aktif yang diameternya berkisar antara 50 – 250 A° dengan volume 0,1 mL/g dan permukaan spesifik antara 20 – 70 m2/g.

3. Mikropori

Pori arang aktif dengan ukuran diameter lebih kecil dari 50 A° dan terbagi atas tiga bagian yaitu :

a. Maksi mikropori

Maksi mikropori merupakan pori dengan diameter pori antara 25 – 50 A°, dapat digunakan untuk menyerap pigmen tanaman dan sangat baik untuk adsorpsi molase.

b. Mesi mikropori

Diameter pori dari mesi mikropori adalah antara 15 – 25 A°, yang sangat baik untuk menyerap zat warna terutama metilen biru.

c. Mini mikropori

Diameter pori mini mikropori lebih kecil dari 15 A°, dan dapat digunakan dengan baik untuk penyerapan yodium dan fenol.

Distribusi ukuran pori merupakan parameter yang penting dalam hal kemampuan daya serap arang aktif terhadap molekul yang ukurannya bervariasi. Disamping distribusi pori, bentuk pori merupakan parameter yang khusus untuk

15

daya serap arang aktif yang terjadi. Pori-pori dengan bentuk silinder lebih mudah tertutup yang menyebabkan tidak aktifnya bagian permukaan dari arang aktif tersebut. Bila arang aktif digunakan untuk penjernihan air, lebih banyak dibutuhkan pori-pori yang terbuka karena air sebagian besar mengandung macam- macam partikel. Pengaruh dari ukuran pori untuk penyerapan fasa cair dapat dilihat pada Gambar 2 di bawah ini (Beukens et al. 1985).

Gambar 2. Pengaruh Ukuran Pori pada Penyerapan Fasa Cair

Keterangan : 1. Daerah yang memungkinkan pelarut dan bahan yang akan diserap dapat masuk.

2. Daerah yang memungkinkan pelarut dan bahan yang lebih kecil yang akan diserap dapat masuk.

16

Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu peristiwa fisik atau kimia pada permukaan yang dipengaruhi oleh suatu reaksi kimia antara adsorben dan adsorbat. Adsorben adalah padatan atau cairan yang mengadsorpsi sedang adsorbat adalah padatan, cairan atau gas yang diadsorpsi. Jadi proses adsorpsi dapat terjadi antara padatan dengan padatan, gas dengan padatan, gas dengan cairan dan cairan dengan padatan (Ketaren, 1986).

Sedangkan menurut Setyaningsih (1995), adsorpsi adalah proses terjadinya perpindahan massa adsorbat dari fasa gerak (fluida pembawa adsorbat) ke permukaan adsorben. Adsorpsi terjadi karena adanya gaya tarik menarik antara molekul adsorbat dengan tempat-tempat aktif di permukaan adsorben. Adsorpsi merupakan peristiwa terjadinya perubahan kepekatan dari molekul, ion atau atom antara permukaan dua fase.

Walstra (2003) mendefinisikan adsorpsi sebagai proses difusi suatu komponen pada suatu permukaan atau antar partikel. Komponen yang terserap disebut adsorbat dan bahan yang dapat menyerap disebut adsorben. Adsorben dapat berupa padatan atau cairan. Adsorbat terlarut dalam cairan atau berada dalam gas.

Dalam proses adsorpsi terjadi proses pengikatan oleh permukaan adsorben padatan atau cairan terhadap adsorbat atom-tom, ion-ion atau molekul- molekul gas atau cairan lainnya (Microsoft, 2000), yang melibatkan ikatan intramolekuler diantara keduanya (Osmonics, 2000). Melalui proses pengikatan tersebut, maka

17

proses adsorpsi dapat menghilangkan warna (Kadirvelu et al. 2003) dan logam (Rossi et al. 2003).

Cheremisinoff dan Ellerbusch (1978) dalam Pari (1995) mengatakan bahwa ada dua metode adsorpsi yaitu adsorpsi secara fisik (physisorption) dan adsorpsi secara kimia (chemisorption). Adsorpsi secara fisik terjadi karena perbedaan energi atau gaya tarik menarik elektrik (gaya Van der Waals) sehingga molekul-molekul adsorbat secara fisik terikat pada molekul-molekul adsorben. Jenis adsorpsi ini umumnya adalah lapisan ganda (multi layer) dalam hal ini tiap lapisan molekul terbentuk di atas lapisan- lapisan yang proporsional dengan konsentrasi kontaminan. Makin besar konsentrasi kontaminan dalam suatu larutan maka makin banyak lapisan molekul yang terbentuk pada adsorben. Adsorpsi fisik ini bersifat dapat balik (reversible) yang berarti atom-atom atau ion- ion yang terikat dapat dilepaskan kembali dengan bantuan pelarut tertentu yang sesuai dengan sifat ion yang diikat. Sedangkan adsorpsi secara kimia, ikatan yang terjadi adalah ikatan kimia yang kuat dan bersifat tidak dapat balik (irreversible) karena pada pembentukannya diperlukan energi pengaktifan sehingga untuk melepaskannya diperlukan pula energi yang besarnya relatif sama dengan energi pembentukan.

Menurut Setyaningsih (1995), mekanisme adsorpsi dapat diterangkan sebagai berikut : molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (disebut difusi eksternal); sebagian ada yang teradsorpsi di permukaan luar, sebagian besar berdifusi lanjut di dalam pori-pori adsorben (disebut difusi internal). Proses adsorpsi pada arang aktif terjadi melalui tiga tahap

18

dasar, yaitu : zat terjerap pada bagian luar, zat bergerak menuju pori-pori arang dan zat terjerap ke dinding bagian dalam dari arang.

Menurut Azah dan Rudyanto (1984) daya serap arang aktif dapat terjadi karena (1) adanya pori-pori mikro yang sangat banyak yang dapat menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan timbulnya daya serap (2) permukaan yang luas dari arang aktif (3) pada kondisi bervariasi hanya sebagian permukaan yang mempunyai daya serap, hal ini karena permukaan arang aktif bersifat heterogen, penyerapannya hanya terjadi peda permukaan yang aktif saja.

Suatu zat dapat digunakan sebagai adsorben untuk tujuan pemisahan bila mempunyai daya adsorpsi selektif, berpori (mempunyai luas permukaan per satuan massa yang besar) dan mempunyai daya ikat yang kuat terhadap zat yang hendak dipisahkan secara fisik maupun kimia (Setyaningsih, 1995).

Kirk dan Othmer (1957) dalam Pari (1995) menyebutkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi arang aktif antara lain adalah :

1. Karakteristik fisis dan kimia adsorben, seperti luas permukaan, ukuran pori dan komposisi kimia permukaan arang aktif.

2. Karakteristik fisis dan kimia adsorbat, seperti ukuran molekul, kepolaran molekul dan komposisi kimianya.

3. Konsentrasi adsorbat dalam fasa cair.

4. Karakteristik fasa cair, yaitu pH dan temperatur. 5. Lamanya proses adsorpsi berlangsung.

Menurut Kadirvelu et al. (2001) mekanisme adsorpsi ion logam oleh arang aktif adalah pertukaran ion. Alfarra et al. (2004) menambahkan bahwa pada

19

aplikasi penghilangan satu jenis ion, arang aktif sering dipertanggungjawabkan mempunyai perilaku sebagai penukar kation. Dalam kasus ini, adsorpsi tergantung pada tekstur karbon, dan akan meningkat dengan meningkatnya pH, jumlah permukaan dan konsentrasi larutan.

Kegunaan Arang Aktif

Ada dua macam jenis arang aktif yang dibedakan menurut fungsinya (Setyaningsih, 1995) :

1. Arang penjerap gas (gas adsorbent carbon)

Jenis arang ini digunakan untuk menjerap kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada arang jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa.

2. Arang fasa cair (liquid-phase carbon)

Arang jenis ini digunakan untuk menjerap kotoran/zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batubara dan selulosa.

Saat ini arang aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia, pangan dan farmasi. Umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan penjerap dan pemurni, dalam jumlah kecil juga digunakan sebagai katalis.

20

Sudrajat dan Salim (1994) mengemukakan bahwa arang aktif dapat memurnikan produk yang dihasilkan industri dan juga berguna untuk mendapatkan kembali zat-zat berharga dari campurannya serta sebagai obat. Tabel 1. Penggunaan Arang Aktif dalam Industri

No. Tujuan Pemakaian

Untuk Gas

1. Pemurnian gas Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau

busuk dan asap

2. Pengolahan LNG Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan

mentah serta reaksi

3. Katalistaor Katalisator reaksi/pengangkut vinil klorida dan vinil asetat

4. Lain-lain Menghilangkan bau pada kamar pendingin

Untuk Cairan

1. Industri obat dan makanan Menyaring dan menghilangkan warna 2. Minuman ringan dan keras Menghilangkan warna dan bau

3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah, zat perantara

4. Pembersih air Menyaring/menghilangkan warna, bau zat pencemar dalam air, sebagai alat pelindung dan penukar resin dalam alat penyulingan air

5. Pembersih air buangan Mengatur dan membersihkan air buangan dari pencemar, warna, bau dan logam berat

6. Penambakan udang dan benur Pemurnian, penghilangan bau dan warna

7. Pelarut yang digunakan kembali Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa metanol, etil asetat dan lain-lain

Lain-lain

1. Pengolahan pulp Pemurnian dan penghilangan bau

2. Pengolahan pupuk Pemurnian

3. Pengolahan emas Pemurnian

4. Penyaringan minyak makan dan glukosa

Menghilangkan warna, bau dan rasa tidak enak (Sumber : PDII LIPI, 2004)

Kemampuan arang aktif sebagai bahan penyerap tidak sama antara satu dengan yang lainnya, karena suatu penyerapan belum tentu baik untuk proses penyerapan lainnya. Perbedaan ukuran partikel pori dan tingkat aktivasi dapat mempengaruhi optimalisasi penggunaan arang aktif (Bikerman, 1958 dalam Pari, 2004).

Kegunaan arang aktif sebagai adsorben sangat luas. Arang aktif dapat digunakan untuk menyerap senyawa organik non polar seperti mineral minyak,

21

fenol poliaromatik hidrokarbon, menyerap substansi halogenasi, bau, rasa, produk-produk fermentasi dan substansi non polar yang tidak larut dalam air (Lenntech, 2004). Kemampuan arang aktif sebagai adsorben terhadap ion logam telah dibuktikan antara lain oleh Kadirvelu et al. (2001) serta Kadirvelu dan Namasivayam (2003).

Kadirvelu et al. (2001) telah membuktikan kemampuan arang aktif sebagai adsorben terhadap logam Hg, Pb, Cd, Ni, Cu dalam limbah cair industri radiator, pelapisan nikel dan pelapisan tembaga. Kemampuan arang aktif sebagai penghilang logam tersebut dipengaruhi oleh pH dan konsentrasi karbon. Kenaikan kadar karbon menaikkan persen adsorpsi ion logam. Sedangkan Kadirvelu dan Namasivayam (2003) mempelajari proses adsorpsi logam Cd(II) menggunakan arang aktif dari limbah padat pertanian.

Dalam proses penjernihan air, arang aktif selain mengadsorpsi logam- logam seperti besi, tembaga, nikel, juga dapat menghilangkan bau, warna dan rasa yang terdapat dalam larutan atau buangan air. Karena arang aktif lebih bersifat non polar, maka komponen non polar dengan berat molekul tinggi (4 sampai 20 atom karbon) yang terdapat dalam air buangan pabrik dapat diadsorpsi oleh arang aktif (Buekens et al. 1985).

Pencemaran Air

Pencemaran air adalah masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air tidak dapat

22

berfungsi sesuai dengan peruntukannya (Peraturan Pemerintah, 2001). Pencemaran air diakibatkan oleh masuknya bahan pencemar (polutan) yang dapat berupa gas, bahan-bahan terlarut dan partikulat. Pencemar memasuki badan air dengan berbagai cara, misalnya melalui atmosfer, tanah, limpasan (run off) pertanian, limbah domestik dan perkotaan, pembuangan limbah industri dan lain-lain (Effendi, 2003).

Parameter kualitas air dibagi menjadi empat kelompok, yaitu (1) sifat fisik, (2) sifat kimiawi, (3) sifat mikrobiologis dan (4) sifat radioaktif. Parameter fisik antara lain warna, bau dan rasa, padatan tersuspensi, daya hantar listrik dan kecerahan. Parameter kimiawi air dibagi menjadi dua yaitu (a) organik dan (b) anorganik. Parameter bakteriologis mencakup bakteri koliform total, koliform tinja, patogen dan virus. Parameter radioaktivitas mencakup zarah beta, 90Sr dan 226

Ra (Daryanto, 1995) Sumber Pencemar

Sumber pencemar (polutan) dapat berupa suatu lokasi tertentu (point source) atau tak tentu/tersebar (non-point/diffuse source). Sumber pencemar point source misalnya knalpot mobil, cerobong asap pabrik dan saluran limbah industri. Pencemar yang berasal dari point source bersifat lokal. Efek yang ditimbulkan dapat ditentukan berdasarkan karakteristik spasial kualitas air. Volume pencemar dari point source biasanya relatif tetap. Sedangkan sumber pencemar non-point source dapat berupa point source dalam jumlah yang banyak. Misalnya : limpasan dari daerah pertanian yang mengandung pestisida dan pupuk, limpasan dari daerah pemukiman (domestik) dan limpasan dari daerah perkotaan.

23

Davis dan Cornwell (1991) mengemukakan beberapa jenis pencemar dan sumbernya dalam Tabel 2.

Tabel 2. Beberapa Jenis Pencemar dan Sumbernya

Sumber Tertentu (Point Source)

Sumber Tak Tentu (Non Point Source)

Jenis Pencemar _Limbah

Domestik Limbah Industri Limpasan Daerah Pertanian Limpasan Daerah Perkotaan

1. Limbah yang dapat menurunkan kadar oksigen

2. Nutrien 3. Patogen 4. Sedimen 5. Garam-garam 6. Logam yang toksik 7. Bahan organik yang toksik 8. Pencemaran panas

X X X X - - - - X X X X X X X X X X X X X - X - X X X X X X - -

Sumber : Davis dan Cornwell, 1991

Bahan Pencemar (Polutan)

Bahan pencemar (polutan) adalah bahan-bahan yang bersifat asing bagi alam atau bahan yang berasal dari alam itu sendiri yang memasuki suatu tatanan ekosistem sehingga mengganggu peruntukan ekosistem tersebut. Berdasarkan cara masuknya ke dalam ke dalam lingkungan, polutan dikelompokkan menjadi dua, yaitu polutan alamiah dan polutan antropogenik. Polutan alamiah adalah polutan yang memasuki suatu lingkungan (misalnya badan air) secara alami, misalnya akibat letusan gunung berapi, tanah longsor, banjir dan fenomena alam yang lain. Polutan yang memasuki suatu ekosistem secara alamiah sukar dikendalikan.

Polutan antropogenik adalah polutan yang masuk ke badan air akibat aktivitas manusia, misalnya kegiatan domestik (rumah tangga), kegiatan urban (perkotaan), maupun kegiatan industri. Intensitas polutan antropogenik dapat dikendalikan dengan cara mengontrol aktivitas yang menyebabkan timbulnya polutan tersebut (Effendi, 2003).

24

Berdasarkan sifat toksiknya, polutan/pencemar dibedakan menjadi dua (Jeffries dan Mills, 1996) :

1. Polutan tak toksik

Polutan tak toksik biasanya telah berada pada ekosistem secara alami. Sifat destruktif pencemar ini muncul apabila berada dalam jumlah yang berlebihan sehingga dapat mengganggu kesetimbangan ekosistem melalui perubahan proses fisika kimia perairan. Polutan tak toksik terdiri atas bahan-bahan tersuspensi dan nutrien.

2. Polutan toksik

Polutan toksik dapat mengakibatkan kematian (lethal) maupun bukan kematian (sub-lethal), misalnya terganggunya pertumbuhan, tingkah laku dan karakteristik morfologi berbagai organisme akuatik. Polutan toksik ini biasanya berupa bukan bahan alami, misalnya pestisida, detergen dan bahan artifisial lainnya. Mason (1993) mengelompokkan pencemar toksik menjadi lima yaitu : a. Logam (metals), meliputi : timbal, nikel, kadmium, zinc, copper dan merkuri b. Senyawa organik, meliputi pestisida organoklorin, herbisida, PCB, hidrokarbon

alifatik berklor, pelarut, surfaktan, hidrokarbon petroleum, aromatik polinuklir, dibenzodioksin berklor, senyawa organometalik, fenol dan formaldehida.

c. Gas, misalnya klorin dan amonia

d. Anion, misalnya sianida, fluorida, sulfida dan sulfat e. Asam dan alkali

25

Jenis-jenis Pencemar

Polutan yang memasuki perairan terdiri atas campuran berbagai jenis polutan. Jika di perairan terdapat lebih dari dua jenis polutan maka kombina si pengaruh yang ditimbulkan oleh beberapa jenis polutan tersebut dapat dikelompokkan menjadi tiga (Effendi, 2003) :

1. Additive : pengaruh yang ditimbulkan oleh beberapa jenis polutan merupakan penjumlahan dari pengaruh masing- masing polutan. Misalnya, pengaruh kombinasi zinc dan kadmium terhadap ikan.

2. Synergism : pengaruh yang ditimbulkan oleh beberapa jenis polutan lebih besar daripada penjumlahan pengaruh dari masing- masing polutan. Misalnya, pengaruh kombinasi copper dan klorin atau pengaruh kombinasi copper dan surfaktan.

3. Antagonism : pengaruh yang ditimbulkan oleh beberapa jenis polutan saling mengganggu sehingga pengaruh secara kumulatif lebih kecil atau kemungkinan hilang. Misalnya, pengaruh kombinasi kalsium dan timbal atau zinc atau aluminium.

Rao (1992) mengelompokkan bahan pencemar di peraiarn menjadi beberapa kelompok, yaitu : (1) limbah yang mengakibatkan penurunan kadar oksigen terlarut (oxygen demanding waste), (2) limbah yang mengakibatkan munculnya penyakit (disease causing agents), (3) senyawa organik sintetis, (4) nutrien tumbuhan, (5) senyawa anorganik dan mineral, (6) sedimen, (7) radioaktif, (8) panas (thermal discharge), dan (9) minyak. Bahan pencemar (polutan) yang

26

masuk ke dalam air biasanya merupakan kombinasi dari beberapa jenis pencemar yang saling berinteraksi.

Limbah

Yang dimaksud dengan limbah atau benda/zat buangan yang kotor adalah benda/zat yang mengandung berbagai zat yang bersifat membahayakan kehidupan manusia atau hewan dan umumnya muncul karena hasil perbuatan manusia termasuk dari industrialisasi (Daryanto, 1995).

Sumber Air Limbah

Daryanto (1995) menyebutkan bahwa biasanya air limbah dapat diperoleh dari berbagai sumber, antara lain :

(1). Air limbah rumah tangga

Sumber utama air limbah rumah tangga dari masyarakat adalah berasal dari perumahan dan daerah perdagangan, sumber lainnya yang tidak kalah pentingnya adalah daerah perkantoran atau lembaga serta fasilitas rekreasi. Air limbah rumah tangga dapat dibedakan atas air limbah rumah tangga dari :

- Daerah pemukiman penduduk

- Daerah perdagangan/pasar/tempat usaha/hotel dan lain- lain - Daerah kelembagaan (kantor-kantor pemerintahan dan swasta) - daerah rekreasi

(2). Air limbah industri

Jumlah aliran limbah yang berasal dari industri sangat berva riasi tergantung dari jenis dan besar kecilnya industri, pengawasan pada proses industri, derajat penggunaan air, derajat pengolahan air limbah yang ada.

27

(3). Air limbah rembesan dan tambahan

Apabila turun hujan di suatu daerah, maka air yang turun secara cepat akan mengalir masuk ke dalam saluran pengering atau saluran air hujan. Apabila saluran ini tidak mampu menampungnya, maka limpahan air hujan akan digabung dengan saluran air limbah, dengan demikian akan merupakan tambahan yang sangat besar.

Karakteristik Air Limbah

Hindarko (2003) menyatakan bahwa melebihi suatu karakteristik tertentu, buangan air limbah ke sungai, danau, laut dan lain- lain, akan menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. Oleh karena itu, pemerintah melalui Departemen Kesehatan telah mengeluarkan Peraturan Pemerintah (PP) mengenai baku mutu air limbah yang dibuang ke badan air.

Semula peraturan yang ada hanya berbentuk “Baku Mutu Effulen Standar – Departemen Kesehatan”, yang sangat umum sifatnya. Kemudian disempurnakan dalam PP No. 20 tahun 1990 tentang pengendalian pencemaran air, dimana badan air digolongkan atas empat kelompok utama, yaitu : (i). Golongan A : air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengelolaan terlebih dahulu (ii). Golongan B : air yang dapat dipergunakan sebagai bahan baku air minum (iii). Golongan C : air yang dapat dipergunakan untuk keperluan pertanian dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri pembangkit tenaga listrik tenaga air (iv). Golongan D : air yang dapat dipakai untuk pelayaran dan lalu lintas air di sungai, danau dan laut (Hindarko, 2003).

28

Selanjutnya menurut Hindarko (2003), karakteristik fisik air limbah meliputi jumlah zat padat terlarut, bau, suhu, berat jenis dan warna. Karakteristik kimiawi air limbah meliputi bahan organik dalam air limbah (protein, karbohidrat, lemak dan minyak, surfaktan, peptisida), senyawa anorganik dalam air limbah (pH, alkalinitas, klor, nitrogen, phospor, logam berat dan senyawa beracun). Sedangkan karakteristik biologis dari air limbah meliputi jamur, ganggang, organisme pathogenik.

Pengolahan Air Limbah

Pengolahan air limbah dapat dibedakan dalam tiga jenis yaitu secara fisika, kimia dan biologi. Ketiga jenis proses ini bertujuan mengubah sifat buangan kedalam bentuk yang lebih mudah diterima seperti sifat racun berkurang, konsentrasi lebih rendah, volume berkurang dan sebagainya (Daryanto, 1995).

Secara lebih spesifik, ketiga cara pengolahan air limbah adalah sebagai berikut :

1. Pengolahan secara fisika : pengayakan, pengendapan, penjernihan, pengadukan cepat, penyaringan, evaporasi dan destilasi, stripper dan proses osmosis

2. Pengolahan secara kimia : netralisasi, presipitasi, koagulasi dan flokulasi, oksidasi dan reduksi serta desinfeksi.

3. Pengolahan secara biologi : sistem aerobik (kolam oksidasi, lumpur aktif, penambahan oksigen, trickling filter, lagon), sistem anaerobik (septik tank)

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari - April 2006 bertempat di Laboratorium Kimia Hasil Hutan dan Energi Biomassa, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor.

Bahan dan Alat Bahan

Bahan baku untuk arang yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk gergaji kayu campuran, kayu akasia (Acacia mangium Willd) dan tempurung kelapa (Coconus nucifera). Bahan kimia yang digunakan antara lain H3PO4, yodium, Na2S2O3, larutan kanji, metanol, karbon tetraklorida (CCl4), kloroform (CHCl3), formaldehida, benzena serta bahan untuk aplikasi adalah air limbah industri pelapisan nikel, limbah rumah sakit dan limbah rumah tangga.

Alat

Alat yang digunakan antara lain desikator, oven, tanur listrik, plastik, gelas ukur, cawan porselin, cawan petri, buret, mortal dan penggerus, gegep, saringan, kiln drum hasil modifikasi, kiln semi kontinyu dan retort skala produksi kapasitas 100 kg.

30

Metode Penelitian

Pembuatan Arang

1. Pembuatan Arang Kayu Mangium (Acacia mangium) dan Tempurung Kelapa (Coconus nucifera)

Kayu Mangium (Acacia mangium) dan tempurung kelapa (Coconus nucifera) diarangkan dalam kiln drum hasil modifikasi yang terbuat dari drum bekas pakai (Gambar 3). Kiln drum terdiri dari 4 bagian yaitu badan drum yang dibuka salah satu ujungnya, tutup kiln atas, cerobong asap dan lubang- lubang udara pada bagian bawah drum, lubang- lubang udara pada bagian bawah drum juga berfungsi sebagai tempat pembakaran pertama. Kayu Mangium (Acacia mangium) dipotong-potong dengan ukuran panjang maksimum 20 cm dan tempurung kelapa (Coconus nucifera) dimasukkan ke dalam kiln drum pada bagian atas dan ditata sedemikian rupa, kemudian dinyalakan dengan cara membakar bagian lubang udara dengan umpan bakar ranting- ranting kayu. Sesudah bahan baku menyala dan diperkirakan tidak akan padam maka kiln ditutup dan cerobong asap dipasang.

Pengarangan dianggap selesai apabila asap yang keluar dari cerobong menipis dan berwarna kebiru-biruan, selanjutnya kiln diturunkan sejajar dengan tanah dan cerobong asap ditutup dengan kertas atau kain yang sebelumnya dibasahi dengan air.

31

Gambar 3. Kiln Drum Hasil Modifikasi

Spesifikasi :

1. Type : silinder

2. Tinggi kiln : 90 cm

3. Diameter : 55 cm

4. Tinggi cerobong : 40 cm 5. Diameter cerobong : 10 cm 6. Diameter lubang uadara : 2,5 cm

2. Pembuatan Arang dari Serbuk Gergaji Kayu Campuran

Serbuk kayu gergajian diarangkan dalam kiln semi kontinyu yang terbuat dari logam (Gambar 4), serbuk dimasukkan ke dalam kiln yang bagian bawahnya dilengkapi dengan rak yang terbuat dari besi behel ukuran 10 dan 12 mm yang dibentuk persegi panjang. Proses pengarangan dilakukan di bagian bawah kiln dengan cara mengaduk serbuk yang turun pada bagian atasnya. Arang yang dihasilkan dimatikan dengan cara melewatkan arang membara ke dalam bak yang berisi air.

32

Gambar 4. Kiln Semi Kontinyu Type P3THH

Spesifikasi :

1. Type : kubus (120 x 100 cm)

2. Tinggi pengarangan : 30 cm 3. Tinggi ruang pembakaran : 130 cm 4. Tinggi leher cerobong : 70 cm 5. Tinggi cerobong : 146 cm 6. Diameter cerobong : 50 cm

Pembuatan Arang Aktif

Arang dari serbuk gergaji kayu campuran, kayu Acacia mangium dan tempurung kelapa masing- masing dimasukkan ke dalam retort (kapasitas 100 kg), selanjutnya dipanaskan pada suhu 700 - 900ºC untuk mempercepat naiknya suhu pemanasan di dalam retort, sewaktu-waktu dialirkan udara dari kompresor. Apabila suhu telah tercapai, dialirkan uap air panas selama 1, 2 dan 3 jam pada tekanan 1 – 1,5 bar yang sebelumnya melewati tabung pemanas pada suhu 400ºC.

33

Gambar 5. Retort Untuk Aktivasi Arang Kapasitas 100 Kg (0,6 m3)

Karakterisasi Pola Struktur Arang

Arang yang dihasilkan diidentifikasi gugus fungsinya menggunakan (1) Spektrofotometer Inframerah untuk mengetahui perubahan gugus fungsi akibat kenaikan suhu karbonisasi. Analisis ini dilakukan dengan cara mencampur contoh dengan KBr menjadi bentuk pelet, yang selanjutnya diukur serapannya pada bilangan gelombang 600 – 4000 cm-1. (2) Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui topografi permukaan arang aktif dan ukuran pori. dan (3) XRD untuk mengetahui derajat kristalinitas, tinggi, lebar, jarak dan jumlah lapisan aromatik dilakukan dengan cara menginterpretasi pola difraksi dari hamburan sinar X pada contoh. Penetapan derajat kristalinitas, tinggi (Lc), lebar (La), jarak

34

(d) dan jumlah lapisan (N) aromatik dilakukan menurut Kercher (2003) dalam Pari (2004) dengan perhitungan sebagai berikut :

Bagian kristalin x 100 % Derajat kristalinitas (X) =

Bagian kristalin + bagian amorf Jarak antar lapisan aromatik (d002): ? = 2 d sin ?

Tinggi lapisan aromatik (Lc) pada ? 24-25: Lc(002) = K ? / ß cos ? Lebar lapisan aromatik (La) pada ? 43: La(100) = K ? / ß cos ? Jumlah lapisan aromatik (N): N = Lc / d

? = 0,15406 nm (panjang gelombang dari radiasi sinar Cu) ß = intensitas ½ tinggi dan lebar intensitas difraksi (radian ?) K = tetapan untuk lembaran graphene (0,89)

? = sudut difraksi X = derajat kristalinitas

Gambar 6. Skema Tinggi Lapisan (Lc), Jumlah Lapisan (N) dan Lebar Lapisan (La) Aromatik

35

Karakterisasi Struktur Arang Aktif

Untuk membuat arang aktif, proses aktivasi dilakukan dengan cara mengalirkan uap H2O selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam. Arang aktif yang dihasilkan dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, XRD dan SEM. Selain itu dilakukan uji mutu terhadap arang aktif yang dihasilkan berdasarkan SNI (1995) yang meliputi penetapan rendemen, kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon, daya serap terhadap iodin, benzena, metanol, khloroform (CHCl3), karbon tetraklorida (CCl4) dan formaldehida.

Peningkatan Mutu Arang Aktif

Untuk meningkatkan kualitas arang aktif, proses aktivasi dilakukan dengan cara kombinasi fisika dan kimia yaitu menggunakan larutan H3PO4 5 % pada arang aktif yang memiliki daya serap terhadap iodin tertinggi, hasil dari uji kualitas arang aktif. Arang aktif yang dihasilkan dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, XRD dan SEM. Selain itu dilakukan uji mutu terhadap arang aktif yang dihasilkan berdasarkan SNI (1995) yang meliputi penetapan rendemen, kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon, daya serap terhadap iodin, benzena, metanol, khloroform (CHCl3), karbon tetraklorida (CCl4) dan formaldehida.

Aplikasi Arang Aktif

Arang aktif yang memenuhi standar dari hasil peningkatan mutu selanjutnya diaplikasikan sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga, rumah

Lampiran 7. Hasil Analisis Statistik Untuk Kadar Air Arang Aktif

a. Sidik Ragam Kadar Air

Sumber

Keragaman

DB

JK

KT

Fhit

F Tabel

5 % 1 %

Perlakuan

A

B

AB

Galat

11

2

3

6

12

105,81

71,94

6,53

27,34

3,55

-

35,97

2,18

4,56

0,30

-

119,90**

7,27**

15,20**

3,88

3,49

3,00

6,93

5,95

4,82

Total

23

109,36

b. Uji Lanjut Tukey Kadar Air

Faktor

Rata-rata

Klasifikasi Tukey

SGo

6,55

a

SG1

6,67

a

SG3

7,34

a

AM3

7,60

a

SG2

7,70

a

AM2

8,62

ab

Tko

10,05

bc

AM1

10,06

bc

TK2

10,39

bc

TK3

11,24

c

Amo

11,54

cd

TK1

13,49

d

Ket : Rata-rata dengan huruf yang berbeda menunjukkan pengaruh signifikan

c. Persamaan Kontras Polinomial Kadar Air

Dependent Mth Rsq d.f. F Sigf b0 b1 b2 b3

KA_SG LIN .321 6 2.83 .143 6.5525 .3400

KA_SG QUA .354 5 1.37 .335 6.4300 .7075 -.1225

KA_SG CUB .501 4 1.34 .380 6.5450 -1.0942 1.6025 -.3833

KA_TK LIN .001 6 8.9E-03 .928 11.2185 .0485

KA_TK QUA .215 5 .68 .547 10.5698 1.9947 -.6487

KA_TK CUB .912 4 13.80 .014 10.0450 10.2158 -8.5200 1.7492

KA_AM LIN .973 6 220.30 .000 11.4405 -1.3245

KA_AM QUA .979 5 117.87 .000 11.5542 -1.6657 .1137

Lampiran 8. Hasil Analisis Statistik Untuk Kadar Zat Terbang Arang Aktif

a. Sidik Ragam Kadar Zat Terbang

Sumber

Keragaman

DB

JK

KT

Fhit

F Tabel

5 % 1 %

Perlakuan

A

B

AB

Galat

11

2

3

6

12

207,41

174,78

19,64

12,99

4,07

-

87,39

6,55

2,17

0,34

-

257,03**

19,26**

6,38**

3,88

3,49

3,00

6,93

5,95

4,82

Total

23

211,48

b. Uji Lanjut Tukey Kadar Zat Te rbang

Faktor

Rata-rata

Klasifikasi Tukey

TK1

15,34

a

TK3

15,62

a

AM2

15,78

a

TK2

16,42

a

AM1

16,43

a

AM3

16,43

a

AM0

16,74

a

TK0

19,69

b

SG3

21,00

bc

SG1

22,26

cd

SG2

22,30

cd

SG0

23,58

d

Ket : Rata-rata dengan huruf yang berbeda menunjukkan pengaruh signifikan

c. Persamaan Kontras Polinomial Kadar Zat Terbang

Dependent Mth Rsq d.f. F Sigf b0 b1 b2 b3

KZT_SG LIN .793 6 23.05 .003 23.4380 -.7695

KZT_SG QUA .794 5 9.61 .019 23.4442 -.7882 .0062

KZT_SG CUB .892 4 11.05 .021 23.5800 -2.9150 2.0425 -.4525

KZT_TK LIN .602 6 9.06 .024 18.6535 -1.1665

KZT_TK QUA .800 5 10.00 .018 19.4023 -3.4127 .7487

KZT_TK CUB .941 4 21.44 .006 19.6850 -7.8425 4.9900 -.9425

KZT_AM LIN .084 6 .55 .486 16.5825 -.1600

KZT_AM QUA .235 5 .77 .512 16.8225 -.8800 .2400

Lampiran 9.Hasil Analisis Statistik Untuk Kadar Abu Arang Aktif

a. Sidik Ragam Kadar Abu

Sumber

Keragaman

DB

JK

KT

Fhit

F Tabel

5 % 1 %

Perlakuan

A

B

AB

Galat

11

2

3

6

12

1645,00

1501,66

64,21

79,13

4,78

-

750,83

21,40

13,19

0,40

-

1877,08**

53,50**

32,98**

3,88

3,49

3,00

6,93

5,95

4,82

Total

23

1649,78

b. Uji Lanjut Tukey Kadar Abu

Faktor

Rata-rata

Klasifikasi Tukey

TK2

8,12

a

TK1

8,43

a

TK0

8,63

a

TK3

8,63

a

AM0

9,28

ab

AM2

10,54

bc

AM3

11,61

bc

AM1

12,32

c

SG2

20,30

d

SG0

25,50

e

SG1

28,11

f

SG3

31,43

g

Ket : Rata-rata dengan huruf yang berbeda menunjukkan pengaruh signifikan

c. Persamaan Kontras Polinomial Kadar Abu

Dependent Mth Rsq d.f. F Sigf b0 b1 b2 b3

KAB_SG LIN .073 6 .48 .516 24.8345 .9995

KAB_SG QUA .340 5 1.29 .354 26.9632 -5.3867 2.1287

KAB_SG CUB .974 4 49.13 .001 25.4950 17.6158 -19.895 4.8942

KAB_TK LIN .013 6 .08 .787 8.4965 -.0310

KAB_TK QUA .347 5 1.33 .344 8.6715 -.5560 .1750

KAB_TK CUB .465 4 1.16 .428 8.6250 .1725 -.5225 .1550

KAB_AM LIN .240 6 1.89 .218 10.1535 .5210

KAB_AM QUA .410 5 1.73 .268 9.6635 1.9910 -.4900

Lampiran 10. Hasil Analisis Statistik Untuk Kadar Karbon Terikat Arang

Aktif

a. Sidik Ragam Kadar Karbon Terikat

Sumber

Keragaman

DB

JK

KT

Fhit

F Tabel

5 % 1 %

Perlakuan

A

B

AB

Galat

11

2

3

6

12

1601,78

109,51

38,59

1453,68

3,80

-

54,76

12,86

242,28

0,32

-

171,13**

40,19**

757,13**

3,88

3,49

3,00

6,93

5,95

4,82

Total

23

1605,58

b. Uji Lanjut Tukey Kadar Karbon Terikat

Faktor

Rata-rata

Klasifikasi Tukey

SG3

50,74

a

SG0

52,81

a

SG1

52,84

a

SG2

59,05

b

TK0

68,36

c

AM1

69,22

cd

AM3

69,69

cd

AM0

70,75

de

AM2

70,88

de

TK2

71,53

e

2K3

72,04

e

TK1

72,39

e

Ket : Rata-rata dengan huruf yang berbeda menunjukkan pengaruh signifikan

c. Persamaan Kontras Polinomial Kadar Karbon Terikat

Dependent Mth Rsq d.f. F Sigf b0 b1 b2 b3

KKT_SG LIN .000 6 3E-06 .999 53.8545 .0020

KKT_SG QUA .442 5 1.98 .233 51.7695 6.2570 -2.0850

KKT_SG CUB .987 4 99.91 .000 52.8050 -9.9658 13.4475 -3.4517

KKT_TK LIN .495 6 5.89 .051 69.5525 1.0175

KKT_TK QUA .791 5 9.45 .020 68.6738 3.6537 -.8787

KKT_TK CUB .979 4 62.56 .001 68.3600 8.5692 -5.5850 1.0458

KKT_AM LIN .037 6 .23 .650 70.3610 -.1515

KKT_AM QUA .046 5 .12 .889 70.4473 -.4102 .0862

KKT_AM CUB .629 4 2.26 .223 70.7500 -5.1533 4.6275 -1.0092

Lampiran 11. Hasil Analisis Statistik Untuk Daya Serap Iodium Arang Aktif

a. Sidik Ragam Daya Serap Iodium

Sumber

Keragaman

DB

JK

KT

Fhit

F Tabel

5 % 1 %

Perlakuan

A

B

AB

Galat

11

2

3

6

12

180083,56

164556,99

4334,09

11192,48

86,90

-

82278,50

1444,70

1865,41

7,24

-

11364,43**

199,54**

257,65**

3,88

3,49

3,00

6,93

5,95

4,82

Total

23

180170,46

b. Uji Lanjut Tukey Daya Serap Iodium

Faktor

Rata-rata

Klasifikasi Tukey

SG0

321.8

a

TK2

325.15

a

TK1

334.25

bc

SG1

342.45

cd

TK0

351.15

d

SG3

353.75

de

SG2

390.9

f

TK3

416.05

g

AM0

524.1

h

AM3

526.05

h

AM1

528.3

h

AM2

541.5

i

Ket : Rata-rata dengan huruf yang berbeda menunjukkan pengaruh signifikan

c. Persamaan Kontras Polinomial Daya Serap Iodium

Dependent Mth Rsq d.f. F Sigf b0 b1 b2 b3

DSIOD_SG LIN .412 6 4.21 .086 330.580 14.430

DSIOD_SG QUA .743 5 7.24 .033 316.130 57.780 -14.450

DSIOD_SG CUB .998 4 661.89 .000 321.800 -31.050 70.600 -18.900

DSIOD_TK LIN .339 6 3.08 .130 328.810 18.560

DSIOD_TK QUA .912 5 25.82 .002 355.760 -62.290 26.950

DSIOD_TK CUB .995 4 292.52 .000 351.150 9.933 -42.20 15.367

DSIOD_AM LIN .090 6 .59 .470 527.155 1.930

DSIOD_AM QUA .569 5 3.30 .122 522.180 16.855 -4.975

DSIOD_AM CUB .926 4 16.63 .010 524.100 -13.225 23.825 -6.400

Lampiran 12. Hasil Analisis Statistik Untuk Daya Serap Arang Aktif

terhadap gas

a. Sidik Ragam Daya Serap metanol Sumber

Keragaman

DB JK KT Fhi t F Tabel

5 % 1 % Kelompok Perlakuan A B AB Galat 6 11 2 3 6 66 1.49 453.91 341.91 24.690 69.69 25.48 - - 170.96 8.2 11.62 0.39 - - 438.36** 21.03** 29.79** - - - 3.14 2.75 2.24 - - - 4.95 4.10 3.09 -

Total 83 480.88

b. Sidik Ragam Daya Serap CCl4

Sumber Keragaman

DB JK KT Fhit F Tabel

5 % 1 % Kelompok Perlakuan A B AB Galat 6 11 2 3 6 66 13.05 195.27 51.17 53.40 69.17 31.07 - - 25.59 17.80 11.53 0.47 - - 54.45** 37.87** 24.53** - - - 3.14 2.75 2.24 - - - 4.95 4.10 3.09 -

Total 83 239.39

c. Sidik Ragam Daya Serap CHCl3

Sumber Keragaman

DB JK KT Fhit F Tabel

5 % 1 % Kelompok Perlakuan A B AB Galat 6 11 2 3 6 66 12.14 468.77 387.60 27.38 27.15 9.56 - - 193.80 9.13 4.53 0.14 - - 1384.29** 65.21** 32.36** - - - 3.14 2.75 2.24 - - - 4.95 4.10 3.09 -

Total 83 490.47

d. Sidik Ragam Daya Serap Formaldehida Sumber

Keragaman

DB JK KT Fhit F Tabel

5 % 1 % Kelompok Perlakuan A B AB Galat 6 11 2 3 6 66 175.34 2227.64 2065.60 100.77 61.27 216.05 - - 1032.8 33.59 10.21 3.27 - - 438.36** 21.03** 29.79** - - - 3.14 2.75 2.24 - - - 4.95 4.10 3.09 -

Total 83 2619.03

e. Sidik Ragam Daya Serap Benzena Sumber

Keragaman

DB JK KT Fhit F Tabel

5 % 1 % Kelompok Perlakuan A B AB Galat 6 11 2 3 6 66 2.76 216.98 7.81 81.38 112.20 65.27 - - 3.91 27.13 18.7 0.99 - - 438.36** 21.03** 29.79** - - - 3.14 2.75 2.24 - - - 4.95 4.10 3.09 -