Optimalisasi Gabungan Filter Arang Tempurung Kelapa, Zeolit, Dan Pasir Kuarsa Untuk Penjernihan Air Sungai Tamiang Dengan Elektrokoagulasi

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG

KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG

DENGAN ELEKTROKOAGULASI

T E S I S

Oleh

WITRI MIRZA YUHANAN

117026005/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG

KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG

DENGAN ELEKTROKOAGULASI

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Magister Sains dalam Program Studi

Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana

Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

WITRI MIRZA YUHANAN

117026005/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER

ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN PASIR KUARSA DALAM

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN

ELEKTROKOAGULASI

Nama Mahasiswa : WITRI MIRZA YUHANAN

Nomor Induk Mahasiswa : 117026005

Program Studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Menyetujui, Komisi Pembimbing

Dr. Susilawati, M.Si Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

Drs. Nasruddin MN, M. Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG

KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG

DENGAN ELEKTROKOAGULASI

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 23 Juli 2013

WITRI MIRZA YUHANAN NIM. 117026005

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Witri Mirza Yuhanan

NIM : 117026005

Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Dengan pengembangan ilmu pengetahuan menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ( Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG KELAPA, ZEOLIT DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG DENGAN ELEKTROKOAGULASI

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 27 Juli 2013

Telah diuji pada

Tanggal : 24 Juli 2013

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Susilawati, M.Si

Anggota : 1. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc 2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.S 4. Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Witri Mirza Yuhanan S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Tanjung Tiram, 21 Juni 1981

Alamat Rumah : Labuhan Ruku Lk. V Kecamatan Talawi Batu Bara

Telepon/ HP : 081370870107

E-mail : mr.yoehanan@yahoo.com

Instansi Tempat Kerja : SMA Negeri 1 Sei Suka

Alamat Kantor : Jl. Beringin Tanjung Gading Kecamatan Sei Suka,

Kabupaten Batu Bara.

DATA PENDIDIKAN

SD : Negeri 010166 Tanjung Tiram Tamat : 1991 SMP : SMP Negeri 1 Tanjung Tiram Tamat : 1994 SMU : SMA Negeri 1 Tanjung Tiram Tamat : 1997 Strata- 1 : FMIPA UNIMED Tamat : 2006 Strata- 2 : FMIPA USU Tamat : 2013

KATA PENGANTAR

Pertama-tama kami ucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis ini diselesaikan.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Provinsi Sumatera Utara c.q Kepala Bappeda Pemprovsu yang telah memberikan bantuan belajar sehingga penulis dapat menyelesaikan Program Magister Ilmu Fisika pada program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr Syahrial Pasaribu, DTH&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister.

Dekan Fakultas FMIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S beserta seluruh staf Pengajar pada program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Dr. Susilawati, M.Si selaku Pembimbing Utama dan Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku Pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya tesisi ini.

Ucapan terima kasih kepada Ayahanda Yuhanan Bahar dan Ibunda Fatimah Anwar, yang telah bersusah payah membesarkan dan mendidik penulis dengan penuh kasih sayang. Ayahanda dan Ibunda yang senantiasa tiada henti berdoa dengan ikhlas untuk keselamatan dan keberhasilan penulis. Serta Ayahanda dan Ibunda Mertua, Zainal Alwi dan Rosidah terima kasih atas segala dorongan dan dukungan nya yang dengan tulus ikhlas senantiasa menyayangi kami sekeluarga.

Yang paling istimewa Isteri terkasih Maria Ulfah, SE serta anak-anak ku tercinta Wildan Fadhlurrahman Mirza, Naura Fathyara Mirza dan Nayra Fathyara Mirza, atas segala doa, kesabaran dan curahan kasih sayang sepenuh jiwa, dan terima kasih selama ini telah menjadi motivator dalam mencapai keberhasilan ini. Semoga tetap dalam bingkai keluarga yang sakinah mawaddah warrahmah.

Keluarga besar Tasbi Blok LL/12, khususnya Abangda Zulkarnain Putra, Winsyahputra Ritonga, Ucok Oka Rakasiwi, Warkum, Mulyadi dan adinda Mhd. Ficky Afrianto, Masthura, Ikhsan Parindu terima kasih atas dukungan moral dan perhatian yang besar dalam menyelesaikan pendidikan dan tesis ini, yang selalu seiring jalan dalam suka maupun duka, semoga persaudaraan ini tetap terjaga serta menjadi kenangan terindah sampai akhir hayat.

Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan mahasiswa-mahasiswi Program Studi Magister Ilmu Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Angkatan 2011 atas kebersamaan dan persahabatan yang telah terjalin selama ini.

Sekali lagi penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada mereka yang telah penulis sebutkan satu persatu. Semoga kebaikkan mereka dibalas dengan limpahan pahala yang berlipat ganda, terjaga kesehatannya, tetap dalam rahmat dan hidayah serta perlindungan Tuhan Yang Maha Esa.

Penulis menyadari bahwa Tesis ini tidak mungkin terlepas dari kesalahan. Oleh sebab itu dengan senang hati penulis menerima kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaannya.

Medan, 24 Juli 2013

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG

KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG

DENGAN ELEKTROKOAGULASI

ABSTRAK

Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa merupakan material yang sering digunakan sebagai media adsorpsi terutama dalam penjernihan air. Pada umumnya arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa masih mengandung pengotor-pengotor organik dan anorganik yang menutupi porinya, sehingga untuk meningkatkan kemampuan daya serap harus dilakukan aktivasi terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh suhu aktivasi, terhadap daya serap, kadar air dan porositas. Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa dengan suhu aktivasi optimum akan di modifikasi menjadi gabungan filter dalam penjernihan air. Hasil penelitian menunjukkan suhu aktivasi optimum untuk arang tempurung kelapa 9000C dengan daya serap 74,8%, kadar air 3,92% dan porositas sebesar 71,13%. Untuk zeolit pada suhu 8000C dengan daya serap 65,8%, kadar air 5,36% dan porositas 57,53%. Sedangkan untuk pasir kuarsa pada suhu 10000C dengan daya serap 45,5%, kadar air 4,86% dan porositas 45,46%. Gabungan filter material yang optimum adalah modifikasi gabungan filter F2 ( susunan sekat arang

tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa) dengan daya serap 65,73%, kadar air 5,35% dan porositas 70,43%. Gabungan filter F2 ini selanjutnya akan digunakan

dalam proses penjernihan air. Penjernihan air sungai selain dilakukan dengan gabungan filter F2 juga dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian

di filter dengan gabungan filter F2. Hasil Pengujian beberapa parameter fisika

fisika ( suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau dan rasa), parameter kimia ( pH, logam Fe dan Al) dan parameter mikrobiologi ( bakteri E. Coli dan Colifrom ) menunjukkan bahwa penjernihan air denga proses elektrokoagulasi yang kemudian di filter dengan filter F2 telah memenuhi standar air bersih berdasarkan

Permenkes RI No. 416 Tahun 1990 dan memenuhi standar air minum berdasarkan Permenkes RI No. 492 Tahun 2010.

Kata Kunci : arang tempurung kelapa, zeolit, pasir kuarsa, aktivasi, gabungan filter , penjernihan air

OPTIMIZATION COMBINATION OF A COCONUT SHELL

CHARCOAL FILTER, ZEOLITE AND QUARTZ SAND

FOR WATER PURIFICATION TAMIANG RIVER

WITH ELEKTROCOAGULATION

ABSTRACT

Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand is a material that is often used as an adsorption media, especially in water purification. In general, coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand still contain organic impurities and inorganic pore cover, so as to increase the absorption capacity must be done prior activation. This study aims to determine the effect of the activation temperature, the absorption, moisture content and porosity. Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand with optimum activation temperature will be design as the water purification filters. The results showed optimum activation temperature to 9000 C with coconut shell charcoal absorption 74.8%, water content 3.92% and amounted to 71.13% porosity. For zeolite at a temperature of 8000C with absorption 65.8%, water content 5.36% and 57.53% porosity. As for the quartz sand at a temperature of 10000 C with absorption 45.5%, water content 4.86% and 45.46% porosity. Filter combined that optimum is the combined of the filter F2 (bulkhead arrangement of coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand)

with absorption 65.73%, water content 5.35% and 70.43% porosity. Filter combined F2 will then be used in the water purification process. Purification of

river water than is done with the combined of the filter F2 is also done with the

electrocoagulation process later in the filter combined with filter F2. Testing

results of physics parameters (temperature, TDS, turbidity, color, odor and taste), chemical parameters (pH, Fe and Al) and microbiological parameters (bacteria E. Coli and Colifrom) showed that the water purification with electrocoagulation process which is then filter using F2 filter have fulfilled clean water standards based Permenkes No.. 416 of 1990 and the drinking water standards based Permenkes No.. 492 in 2010.

Keywords: coconut shell charcoal, zeolite, quartz sand, activation, filter design, Purification of water

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xi

BAB I. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Perumusan Masalah 3

1.3. Batasan Masalah 4

1.4. Tujuan Penelitian 4

1.5. Manfaat Penelitian 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1. Kondisi Umum Sungai Tamiang 6

2.2. Pencemaran Air Sungai 6

2.3. Gabungan Filter 7

2.4. Proses Filtrasi 8

2.4.1. Karbon Aktif 9

2.4.2. Zeolit 11

2.4.3. Pasir Kuarsa 12

2.4.4. Keramik 13

2.5. Pembuatan Karbon Aktif 13

2.5.1. Metode Tradisional 13

2.5.2. Metode Yang Di Perbaharui 14

2.5.3. Analisi material 15

2.6. Faktor Fisika dan Kimia yang Mempengaruhi Air 17

2.7. Proses Pengolahan Air 20

2.7.1. Metode Elektrokoagulasi 20

2.7.2. Proses Khlorosi 23

2.5.3. Proses Ozonisasi 23

2.5.2. Proses Filtrasi 24

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 25

3.1. Waktu dan lokasi penelitian 25

3.2. Alat dan Bahan 25

3.2.1. Alat 25

3.2.2. Bahan 26

3.3. Pengambilan Sampel 27

3.4. Diagram Alir 28

3.4.1. Diagram Alir Pengaktivasian Material 28 3.4.2. Diagram alir proses penjernihan air 29

3.5. Desain filter 30

3.6. Prosedur Penelitian 30

3.7. Skema Pengolahan Air Sungai 32

4.1. Proses Pengaktivasian 33

4.1.1. Daya Serap air 33

4.1.1.1. Daya Serap Air Arang Tempurung Kelapa 34 4.1.1.2. Daya Serap Zeolit 36 4.1.1.3 Daya Serap Pasir Kuarsa 38

4.1.2. Kadar Air Menguap 40

4.1.2.1. Kadar Air Arang Tempurung Kelapa 40

4.1.2.2. Kadar Air Zeolit 42

4.1.2.3. Kadar Air Pasir Kuarsa 44

4.1.3. Porositas 46

4.1.3.1. Porositas Arang Tempurung Kelapa 46

4.1.3.2. Porositas Zeolit 48 4.1.3.3. Porositas Pasir Kuarsa 50

4.1.4. Analisis SEM 52 4.1.4.1. Morfologi Permukaan Arang Tempurung

Kelapa 52 4.1.4.2. Morfologi Permukaan Zeolit 54

4.1.4.3 Morfologi Permukaan Pasir Kuarsa 55 4.2. Modifikasi Gabungan filter 57

4.2.1. Daya Serap Filter 57

4.2.2. Kadar Air Filter 59

4.2.3. Porositas Filter 60

4.3. Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang 62 4.3.1. Karakteristik Air Sungai Tamiang 62 4.3.2. Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang

dengan Filter F1 63

4.3.3. Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan Metode EC dan di filter dengan

Filter F1 65

4.3.5. Proses Penjernihan Air Sungai Tamiang dengan

Metode EC dan di filter dengan Filter F2 69

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 73

5.1. Kesimpulan 73

5.2. Saran 74

DAFTAR PUSTAKA 75

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel J u d u l Halaman

2.1 2.2 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14

Syarat Mutu Arang Aktif SII-0258-79 Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI

no 06-3730-1995 Hasil Pengujian Daya Serap Air Tanpa Aktivasi

Arang Tempurung Kelapa Hasil Pengujian Daya Serap Air Setelah

Aktivasi Arang Tempurung

Hasil Pengujian Daya Serap Air Tanpa Aktivasi Zeolit

Hasil Pengujian Daya Serap Air Setelah Aktivasi zeolit

Hasil Pengujian Daya Serap Air tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa

Hasil Pengujian Daya Serap Air setelah Aktivasi Pasir Kuarsa

Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Arang Tempurung Kelapa

Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Arang Tempurung Kelapa

Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Zeolit Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Zeolit Hasil Kadar Air Tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Kadar Air Setelah Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Arang Tempurung Kelapa

Hasil Porositas Setelah Aktivasi Arang

11 11 34 34 36 36 38 39 40 41 42 43 44 45 46

4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23

4.24

4.25

4.26

Tempurung Kelapa

Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Zeolit Hasil Porositas Setelah Aktivasi Zeolit Hasil Porositas Tanpa Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Porositas Setelah Aktivasi Pasir Kuarsa Hasil Pengujian Daya Serap Gabungan Filter Hasil Pengujian Kadar Air Gabungan Filter Hasil Pengujian Porositas Gabungan Filter Pengujian Air Sungai Sebelum Diolah

Karakteristik Air Sungai Tamiang Sebelum dan Sesudah difilter dengan Filter Campuran Arang Tempurung Kelapa, zeolit dan Pasir Kuarsa Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah diolah dengan Elektrokoagulasi kemudian di Filter dengan Filter Campuran Arang Tempurung Kelapa, zeolit dan Pasir Kuarsa Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah di Filter F2

( susunan karbon aktif, zeolit dan pasir kuarsa yang disekat)

Karakteristik Air Sungai Tamiang Sesudah di Olah dengan Elektrokoagulasi kemudian di Filter F2 (susunan karbon aktif, zeolit dan pasir

kuarsa yang disekat)

47 48 49 50 51 57 59 60 63

64

66

68

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar J u d u l Halaman

2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15

Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi Bagan Alir Penelitian Tahap I Bagan Alir Penelitian Tahap II

Proses penjernihan air dengan gabungan filter optimum

Proses penjernihan air dengan gabungan filter optimum melalui proses elektrokoagulasi Grafik Daya Serap Arang Tempurung Kelapa Grafik Daya Serap Zeolit

Grafik Daya Serap Pasir Kuarsa

Grafik Kadar Air Arang Tempurung Kelapa Grafik Kadar Air Zeolit

Grafik Kadar Air Pasir Kuarsa

Grafik Porositas Arang Tempurung Kelapa Grafik Porositas Zeolit

Grafik Porositas Pasir Kuarsa

Mikrograf SEM Permukaan Arang Tempurung Kelapa

Mikrograf SEM Permukaan Zeolit Mikrograf SEM Permukaan Pasir Kuarsa Grafik Daya Serap Gabungan Filter Grafik Kadar Air Gabungan Filter Grafik Porositas Gabungan Filter

21 28 29 32 32 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 54 56 58 59 61

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran J u d u l Halaman

A B C

D E F

Data Hasil Perhitungan Gambar Alat Dan Bahan

Surat Keterangan Dari Kepala Laboratorium Fisika Unimed Dan Hasil SEM

Hasil Uji Air Sungai Tamiang

Peraturan Menteri Kesehatan RI No.416 Tahun 1990 Tentang Air Bersih

Peraturan Menteri Kesehatan RI No.492 Tahun 2010 Tentang Air Minum

L-1 L-2

L-3 L-4

L-5

OPTIMALISASI GABUNGAN FILTER ARANG TEMPURUNG

KELAPA, ZEOLIT, DAN PASIR KUARSA UNTUK

PENJERNIHAN AIR SUNGAI TAMIANG

DENGAN ELEKTROKOAGULASI

ABSTRAK

Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa merupakan material yang sering digunakan sebagai media adsorpsi terutama dalam penjernihan air. Pada umumnya arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa masih mengandung pengotor-pengotor organik dan anorganik yang menutupi porinya, sehingga untuk meningkatkan kemampuan daya serap harus dilakukan aktivasi terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh suhu aktivasi, terhadap daya serap, kadar air dan porositas. Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa dengan suhu aktivasi optimum akan di modifikasi menjadi gabungan filter dalam penjernihan air. Hasil penelitian menunjukkan suhu aktivasi optimum untuk arang tempurung kelapa 9000C dengan daya serap 74,8%, kadar air 3,92% dan porositas sebesar 71,13%. Untuk zeolit pada suhu 8000C dengan daya serap 65,8%, kadar air 5,36% dan porositas 57,53%. Sedangkan untuk pasir kuarsa pada suhu 10000C dengan daya serap 45,5%, kadar air 4,86% dan porositas 45,46%. Gabungan filter material yang optimum adalah modifikasi gabungan filter F2 ( susunan sekat arang

tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa) dengan daya serap 65,73%, kadar air 5,35% dan porositas 70,43%. Gabungan filter F2 ini selanjutnya akan digunakan

dalam proses penjernihan air. Penjernihan air sungai selain dilakukan dengan gabungan filter F2 juga dilakukan dengan proses elektrokoagulasi yang kemudian

di filter dengan gabungan filter F2. Hasil Pengujian beberapa parameter fisika

fisika ( suhu, TDS, kekeruhan, warna, bau dan rasa), parameter kimia ( pH, logam Fe dan Al) dan parameter mikrobiologi ( bakteri E. Coli dan Colifrom ) menunjukkan bahwa penjernihan air denga proses elektrokoagulasi yang kemudian di filter dengan filter F2 telah memenuhi standar air bersih berdasarkan

Permenkes RI No. 416 Tahun 1990 dan memenuhi standar air minum berdasarkan Permenkes RI No. 492 Tahun 2010.

Kata Kunci : arang tempurung kelapa, zeolit, pasir kuarsa, aktivasi, gabungan filter , penjernihan air

OPTIMIZATION COMBINATION OF A COCONUT SHELL

CHARCOAL FILTER, ZEOLITE AND QUARTZ SAND

FOR WATER PURIFICATION TAMIANG RIVER

WITH ELEKTROCOAGULATION

ABSTRACT

Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand is a material that is often used as an adsorption media, especially in water purification. In general, coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand still contain organic impurities and inorganic pore cover, so as to increase the absorption capacity must be done prior activation. This study aims to determine the effect of the activation temperature, the absorption, moisture content and porosity. Coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand with optimum activation temperature will be design as the water purification filters. The results showed optimum activation temperature to 9000 C with coconut shell charcoal absorption 74.8%, water content 3.92% and amounted to 71.13% porosity. For zeolite at a temperature of 8000C with absorption 65.8%, water content 5.36% and 57.53% porosity. As for the quartz sand at a temperature of 10000 C with absorption 45.5%, water content 4.86% and 45.46% porosity. Filter combined that optimum is the combined of the filter F2 (bulkhead arrangement of coconut shell charcoal, zeolite and quartz sand)

with absorption 65.73%, water content 5.35% and 70.43% porosity. Filter combined F2 will then be used in the water purification process. Purification of

river water than is done with the combined of the filter F2 is also done with the

electrocoagulation process later in the filter combined with filter F2. Testing

results of physics parameters (temperature, TDS, turbidity, color, odor and taste), chemical parameters (pH, Fe and Al) and microbiological parameters (bacteria E. Coli and Colifrom) showed that the water purification with electrocoagulation process which is then filter using F2 filter have fulfilled clean water standards based Permenkes No.. 416 of 1990 and the drinking water standards based Permenkes No.. 492 in 2010.

Keywords: coconut shell charcoal, zeolite, quartz sand, activation, filter design, Purification of water

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air bersih tentunya sangat berkaitan erat dengan kehidupan manusia. Permasalahan air bersih memang permasalahan yang sangat kompleks untuk saat ini, dengan padatnya daerah perkotaan, dan merambahnya perindustrian membuat air menjadi tercemar. Dimana sumber pencemaran air terjadi pada daerah industri dan daerah yang padat penduduknya. Beberapa sumber pencemaran air antara lain : limbah pertanian, limbah industri dan limbah rumah tangga. Solusi yang dapat menyelesaikan tentulah tidak bisa secara pragmatis. Perlu keseriusan dari semua pihak untuk melakukan perbaikan dalam hal air bersih. Namun, bukan berarti tidak bisa melakukan apa-apa, setidaknya bisa mengatasi disekitar tempat tinggal dari hal yang kecil dan sederhana (Fety Kumalasari & Yogi S : 2011)

Permasalahan yang dihadapi masyarakat di daerah pinggiran sungai Tamiang yang Terletak di Kabupaten Aceh Tamiang adalah ketersediaan air bersih. Kendala itu terjadi karena pembagian air bersih oleh PDAM Tirta Peusada belum menjangkau keseluruh masyarakat yang bermukim dipinggiran sungai. Akibatnya masyarakat daerah pinggiran sungai secara langsung menggunakan air sungai Tamiang yang telah berubah warna dan berbau untuk memenuhi kebutuhan sehari – hari. Berdasarkan hasil pemantauan Badan Lingkungan Hidup Tamiang sejak tanggal 5-8 Mei 2009 di delapan lokasi, ternyata kualitas air Sungai Tamiang menunjukkan kekeruhan yang sangat tinggi yaitu 124-176

Nephelometric Turbility Units (NTU). Bahkan pada juni 2012 kekeruhan air sungai Tamiang mencapai 307 -672 NTU Sementara pada kondisi hujan kekeruhannya mencapai 450 NTU, akibat pH atau kadar asam air yang tinggi, tercemar juga berbau busuk akibat proses fermentasi limbah pabrik tersebut, ( http://www.suara-tamiang.com/2012/07).

Karena tingginya tingkat kekeruhan air sungai Tamiang, sehingga diduga air sungai tersebut tidak layak digunakan dilihat dari kekeruhan, warna, rasa dan bau, temperature, kadar pH, kandungan logam seperti Fe, Al dan mikro organisme yang terkandung dalam air sungai yang sesuai dengan persyaratan air bersih berdasarkan Permenkes RI Nomor 416 Tahun 1990 dan air minum berdasarkan Permenkes RI Nomor 492 Tahun 2010. Mengingat pentingnya kualitas air sungai Tamiang, maka sangat perlu dilakukan penelitian terhadap kualitas air tersebut mengingat tidak sedikitnya penduduk sekitar sungai memakai air sungai tersebut sebagai air bersih dan air minum. Ada berbagai metode dalam pengolahan/penjernihan air, mulai dari yang berteknologi canggih dan berbiaya mahal (contohnya : Reverse Osmosis, penukaran ion, sterilisasi ozon dan lainnya ) dan teknologi sederhana serta berbiaya murah tanpa bahan kimia ( contohnya : metode tradisionil dengan menggunakan lapisan ijuk, pasir dan batu kerikil, metode elektrokoagulasi/elektrolisa, dan karbon aktif).

Salah satu cara penjernihan air adalah dengan cara adsorpsi, yaitu peristiwa penyerapan cairan pada permukaan zat penyerap. Substansi yang terserap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya disebut dengan adsorbat, sedang kan media penyerap dalam disebut dengan adsorben. Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai bahan penjernihan air adalah arang aktif atau sering disebut karbon aktif. Selain arang aktif, bahan yang sering digunakan sebagai bahan penjernihan air adalah zeolit, pasir maupun ijuk. Arang aktif memiliki daya serap yang tinggi, secara umum kemampuan adsorpsinya arang aktif terhadap iodium adalah 500-1200 mg/gr, yaitu tiap gram arang aktif mampu menyerap iodium sebesar 500-1200 mg. Sedangkan sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul, dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya.

Penelitian Rosita Idrus (2013), tentang pengaruh aktivasi terhadap kualitas karbon aktif berbahan dasar tempurung kelapa menunjukkan bahwa karbon aktif yang mempunyai karakteristik terbaik adalah tempurung kelapa yang diaktivasi pada suhu 1000 0C dengan kadar air 7,7 % dan daya serap terhadap iod

586,318 mg/g dan menunjukkan hasil yang maksimal terhadap perubahan parameter fisik air. Penelitian Dian Kusuma Rini (2011) tentang optimasi aktivasi zeolit alam untuk dehumidifikasi menunjukkan daya adsorpsi terbesar pada suhu temperature 400 0C sebesar 9,05 % . Penelitian oleh Hardini (2010), tentang media filter mangan zeolit dan karbon aktif dalam peningkatan kualitas air sumur menjadi air bersih dapat menurunkan kadar logam Fe mencapai 93,52%, Mn 97,14% dan zat organik 36%. Penelitian Anis R (2009), tentang efesiensi filter pasir-zeolit dan filter pasir-arang tempurung kelapa dalam rangkaian pengolahan air untuk mengurangi kandungan logam dan bakteri didalam air sebesar 97,47% dan 79,60%. Penelitian Yani.M (2010) mengenai karakteristik kimia air sungai Tamiang dan pengolahan dengan zeolit-PAC sebagai sumber bersih dapat menurunkan TDS sebesar 88,8% dan Fe 94,9 %.

Dari hasil penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa optimum dalam mereduksi kontaminan. Maka pada penelitian ini menggabungkan tiga jenis material yaitu arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa yang diaktivasi secara fisika dan di gabungan untuk dijadikan filter dalam penjernihan air sungai. Arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa dipilih karena dapat menurunkan warna, kekeruhan, kadar logam, pH, bahan organik dan bakteri sehingga dapat menjadi suatu alternatif untuk mengabungan filter dalam menghasilkan air bersih yang parameternya memenuhi standar yang telah ditetapkan sehingga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sehari - hari dan sesuai dengan standar air berish dan air minum.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Apakah dengan penggabungan tiga material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa akan menjadi media filter yang lebih baik.

3. Pada susunan/ gabungan yang bagaimana diperoleh filter yang menghasilkan air bersih yang optimum sesuai persyaratan air bersih berdasarkan Permenkes RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum dan Permenkes RI No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang persyaratan kualitas air bersih.

1.3. Batasan Masalah

1. Material yang digabungkan adalah arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa

2. Model filter campuran dengan disusun dengan kombinasi arang tempurung kelapa – zeolit – pasir kuarsa, zeolit- arang tempurung kelapa- pasir kuarsa, pasir kuarsa- zeolit- arang tempurung kelapa dan yang dicampur arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa menjadi satu.

3. Variasi Suhu aktivasi untuk material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir aktif pada suhu 600, 700, 800, 900 dan 1000 0C

4. Parameter yang diuji untuk material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa adalah daya serap, kadar air, porositas dan luas permukaan. 5. Media filter gabungan yang sudah digabungan diaplikasikan untuk

penjernihan air sungai.

6. Ada dua perlakuan dalam proses penjernihan air sungai yaitu : penjernihan air sungai dengan media filter optimum dan penjernihan air sungai dengan metode elektrokoagulasi yang kemudian di filter dengan media filter optimum.

7. Parameter yang diuji pada penjernihan air adalah Suhu, TDS, warna kekeruhan, bau, rasa, pH, Fe, Al, E.coli dan Colifrom.

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui suhu aktivasi optimum dari material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa.

2. Mendapatkan gabungan gabungan tiga material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa yang mempunyai daya serap, kadar air dan porositas yang optimum.

3. Mengaplikasikan media filter gabungan untuk penjernihan air sungai Tamiang didaerah Kabupaten Aceh Tamiang.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Tersedianya filter air dengan modifikasi yang baru yang lebih murah, simpel dalam penggunaan dan portable yang dihasilkan dari gabungan arang tempurung kelapa , zeolit dan pasir kuarsa dapat digunakan sebagai media filter pada proses penjernihan air sungai.

2. Memberi pengetahuan terhadap masyarakat tentang proses penjernihan air sungai Tamiang sehingga layak untuk dikonsumsi dengan menggunakan teknologi tepat guna yang sederhana.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kondisi Umum Sungai Tamiang

Sungai Tamiang yang bersimpang dua yakni sungai simpang kanan dan sungai simpang kiri terletak di Kabupaten Aceh Tamiang dengan panjang 324.50 km, selain sebagai sarana transportasi masyarakat yang bermukim disepanjang pinggiran sungai Tamiang juga menggunakan air sungai untuk keperluan sehari – hari. Penggunaan air sungai secara langsung oleh penduduk pinggiran sungai adalah dampak dari belum terjangkaunya suplai air PDAM Tirta Peusada. Berdasarkan hasil pemantauan Badan Lingkungan Hidup Tamiang sejak tanggal 5-8 Mei 2009 di delapan lokasi, ternyata kualitas air sungai Tamiang menunjukkan kekeruhan yang sangat tinggi yaitu 124-176 Nephelometric Turbility Units (NTU). Bahkan pada Juni 2012 kekeruhan air sungai Tamiang mencapai 307 -672 NTU Sementara pada kondisi hujan kekeruhannya mencapai 450 NTU.(http://www.suara-tamiang.com/2012/07).

Berdasarkan keputusan Menkes Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 bahwa standar kekeruhan air yang layak untuk digunakan adalah 5 NTU. Namun demikian walaupun air sungai Tamiang belum layak untuk digunakan, masyarakat disepanjang sungai tetap menggunakan air sungai untuk keperluan sehari – hari. Untuk mengatasi permasalahan diatas perlu adanya swadaya kepada masyarakat pengguna air sungai Tamiang tentang alternatif pengolahan air sungai secara sederhana sehingga layak untuk digunakan.

2.2 Pencemaran Air Sungai

Defenisi pencemaran air mengacu pada definisi lingkungan hidup yang ditetapkan dalam UU tentang Lingkungan Hidup yaitu UU No. 23/1997. Dalam PP No. 20/1990 tentang Pengendalian Pencemaran Air. Pencemaran air didefenisikan sebagai: “ 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 berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya” (Pasal 1, angka 1).

2.2.1 Pencemaran Air Sungai Tamiang

Sejumlah sungai di wilayah Tamiang tercemar, terutama karena limbah pabrik kelapa sawit (PKS) yang berada di daerah tersebut. Sebagian besar masyarakat yang bermukim disepanjang sungai itu, masih mengkonsumsi air sungai (http://www.rakyataceh.com). Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal) Aceh mengklaim sungai Tamiang sangat tinggi pencemarannya dibanding sungai lainnya di Aceh akibat banyaknya limbah industri dibuang ke sungai tersebut. Kepala Bapedal Aceh Husaini Syamaun menyatakan sungai Tamiang tercemar bakteri e-coli karena aktivitas masyarakat yang tidak sehat, disepanjang sungai terdapat jamban tempat membuang kotoran manusia. Bakteri

e-coli ini berkembang biak dari kotoran manusia ( http://www.suara-tamiang.com/2011).

2.2.2 Indikator Pencemaran Air

Indikator bahwa air sudah tercemar adalah adanya beberapa perubahan atau tanda yang dapat diamati melalui : (Fety Kumalasari & Yogi Satoto, 2011): 1. Adanya perubahan suhu. Dimana suhu air yang baik adalah suhu kamar

.

2. Adanya perubahan Ph

3. Adanya perubahan warna, bau dan rasa asin.

4. Adanya indikator alami seperti banyak ditemukannya ikan dan tumbuhan air yang mati.

5. Meningkatnya radioaktivitas air lingkungan dan lain sebagainya.

2.3 Disain Filter

Pokok-pokok bagian yang perlu dikakukan dalam perencanaan proses filtrasi yaitu : (Jannati, Deby dan Shona Mazia. 2009)

1. Ukuran dan kedalaman media penyaring

Media penyaring yang digunakan adalah bak filter. Bak ini merupakan tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung debit pengolahan (minimum menggunakan dua bak).

2. Media filter.

Media filter adalah bahan berbutir/granular yang mempunyai pori-pori. Air mengalir diantara pori-pori dan butiran maka terjadilah proses penyaringan disini. Media dapat tersusun oleh satu macam bahan(single media), dua macam (dual media), atau banyak media (multi media).

Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi : a. Seragam (uniform)

b. Gradasi (stratified)

c. Tercampur (mixed)

3. Under Drain

Under dain merupakan bahan sistem pengaliran air yang telah melewati proses filtrasi yang terletak di bawah media filter. Fungsi under drain : a. Untuk mengalirkan air hasil penyaringan (air bersih) dan dialirkan ke

clear well.

b. Untuk mendistribusikan air keperluan back wash merata keseluruh media pasir.

2.4 Proses Filtrasi

Filtrasi dalam sistem pengolahan air bersih/ minum adalah proses penghilangan partikel-partikel/ flok-flok halus yang lolos dari unit sedimentasi, dimana partikel-partikel/ flok-flok tersebut akan tertahan pada media penyaring selama air melewati media tersebut. Filtrasi diperlukan untuk menyempurnakan penurunan kadar kontaminan seperti bakteri, warna, rasa, bau dan logam yang terkandung didalam air, sehingga diperoleh air bersih yang memenuhi standar kualitas air minum (Asmadi,2011).

Proses adsorbsi dipadukan dengan proses elektrokuagulasi merupakan proses pengolahan air secara fisika untuk mendapatkan air yang memenuhi syarat

penggunaan. Adsorbsi merupakan fenomena fisika di mana molekul-molekul bahan yang diadsorbsi tertarik pada permukaan bidang padat yang bertindak sebagai adsorban (Schnitzer , 1992) . Dengan demikian jelas bahwa adsorbsi merupakan fenomena bidang batas, yang efisiensinya makin tinggi apabila luas bidang permukaan adsorban makin besar. Pada proses filtrasi material-material yang dapat digunakan sebagai filter dalam penjernihan air antara lain : karbon aktif, zeolit, ijuk, pasir silica, dan keramik.

2.4.1 Karbon Aktif

Salah satu media penyaringan adalah Karbon aktif. Karbon aktif adalah material yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa. Dengan pengolahan tertentu dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki luas permukaan yang besar. Untuk proses pengolahan air bersih/ air minum sering dipakai karbon aktif dalam bentuk biasa dikenal dengan “GAC (granular activated carbon) filter “, atau bubuk yang berperan sebagai penyerap (adsorben), dimana karbon aktif mempunyai daya adsorpsi yang tinggi. Selain itu karbon aktif dimanfaatkan sebagai media filter pada filter media tunggal atau filter media ganda (Asmadi,2011)

Permukaan dalam partikel karbon aktif yang luas sering dimanfaatkan sebagai media penahan mikroorganisme didalam filter yang bekerja secara biologi. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif (melakukan pemilihan), tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Dalam hal ini, kita menggunakan arang aktif sebagai bahan penghilang warna keruh, bau tak sedap, dan resin pada air dalam rumah tangga (Fety Kumalasari, 2011)

Berdasarkan bentuknya, karbon aktif dapat dibedakan dalam empat golongan yaitu (Mifbakhuddin, 2010) :

1. Karbon aktif serbuk (powdered activated carbon) berbentuk serbuk dengan ukuran partikel kurang dari 0,8 mm.

2. Karbon aktif granular (granular activated carbon), memiliki partikel – partikel yang tidak rata dengan ukuran 0,2 – 0,5 mm.

3. Karbon aktif pelet (pelleted activated carbon), berbentuk silinder dengan ukuran diameter 0,8 – 5,0 mm. Karbon aktif ini umumnya digunakan untuk aplikasi dalam fasa gas karena memiliki kandungan debu yang rendah, tetesan bertekanan rendah tapi memiliki kekuatan mekanis yang tinggi. 4. Karbon aktif terlapisi polimer (polimers coated carbon), merupakan pori –

pori karbon yang dapat dilapisi dengan biopolimer yang mungkin untuk menghasilkan suatu karbon yang berguna untuk hemoperfusi yaitu suatu teknik treatmen di mana ke dalam darah pasien ditekan dengan senyawa adsorben untuk mengeluarkan senyawa toksik dari dalam darah.

Berdasarkan pori – porinya, karbon aktif dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu Micro-pores (diameter kurang dari 2 nm), Meso-pores (diameter antara 2 – 25 nm) dan Macro-pores (diameter diatas 25 nm). Karbon tempurung kelapa umumnya terdiri dari micro-pores dan meso-pores dan karena distribusi pori tersebut, karbon tempurung kelapa banyak digunakan di pembersihan fase gas dan pemurnian air.(Ario AB, 2008).

Berbagai versi standar kualitas karbon aktif telah dibuat oleh negara maju seperti Amerika, Inggris, Korea, Jepang dan Jerman. Indonesia telah membuat pula standar mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia yaitu SII 0258

– 79 yang kemudian direvisi menjadi SNI 06 - 3730 – 1995. Meskipun demikian, beberapa industri atau instansi membuat persyaratan sendiri dalam menerima kualitas karbon aktif yang ditawarkan, misalnya persyaratan kualitas menurut Kementerian Kesehatan, persyaratan kualitas bagi pengolahan minyak bekas, untuk industri gula, monosodium glutamat, dan lain-lain. Berikut ini disajikan beberapa persyaratan kualitas yang dikemukakan tadi.

Tabel 2.1 Syarat Mutu Arang Aktif Berdasarkan SII – 0258 – 79

Uraian Persyaratan Kualitas

Bagian yang hilang pada pemanasan 950oC Air

Abu

Bagian yang tidak diperarang Daya serap terhadap larutan I2

Maks. 15% Maks. 10% Maks. 2,5% Tidak ternyata

Min. 20%

Sumber :Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SII. 0258-79. Departemen Perindustrian. Jakarta, 1979.

Tabel 2.2 Standar Kualitas Arang Aktif Teknis SNI no. 06 -3730 -1995

No Uraian Satuan Pesyaratan

Butiran Serbuk

Bagian yang hilang pada pemanasan 950o C Air

Abu

Bagian tidak mengarang Daya serap terhadap I2

Karbon aktif murni

Daya serap terhadap benzena Daya serap terhadap biru metilen Berat jenis curah

Lolos mesh 325 Jarak mesh Kekerasan % % % - mg/g % % mg/g g/ml % % % Maks. 15 Maks. 4,5 Maks. 25 0 Min. 750 Min. 80 Min. 25 Min. 60 0,45 – 0,55

- 90 90 Maks. 25 Maks. 15 Maks. 10 0 Min. 750 Min. 65 - Min. 120 0,3 – 0,35

Min. 90 - -

Sumber : Arang Aktif Teknis SNI 06-3730-1995. Badan Standardisasi Nasional. Jakarta, 1995

2.4.2 Zeolit

Nama zeolit berasal dari kata “zein” yang berarti mendidih dan “lithos” yang artinya batuan, disebut demikian karena mineral ini mempunyai sifat mendidih atau mengembang apabila dipanaskan. Hal ini menggambarkan perilaku mineral ini yang dengan cepat melepaskan air bila dipanaskan sehingga kelihatan seolah-olah mendidih. Zeolit merupakan kristal berongga yang terbentuk oleh

relatif teratur dengan rongga yang didalamnya terisi oleh logam alkali atau alkali tanah sebagai penyeimbang muatannya. Rongga-rongga tersebut merupakan suatu sistem saluran yang didalamnya terisi oleh molekul air ( Ismaryata, 1999).

Zeolit alam mempunyai beberapa sifat diantaranya dehidrasi, adsorbsi, penukaran ion, katalisator dan separator ( adamson, 1990). Proses dehidrasi menyebabkan zeolit mempunyai struktur pori yang sangat terbuka, dan mempunyai luas permukaan internal yang luas sehingga mampu mengadsorpsi sejumlah besar substansi selain air dan mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran molekul dan kepolarannya. Sebelum digunakan sebagai adsorben, zeolit harus diaktifkan terlebih dahulu agar jumlah pori-pori yang terbuka lebih banyak sehingga luas permukaan pori-pori bertambah. Proses aktivasi zeolit dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu secara fisis dan kimiawi ( John Henry, 1998). Aktivasi fisik dengan pemanasan memiliki temperature maksimal, tetapi temperature tersebut masih tergantung dari tipe zeolit itu sendiri. Untuk tipe zeolit yang paling rendah yang memiliki rasio Si/Al-nya, dan biasa termasuk zeolit alam, rata-rata memiliki temperature maksimal > 6000C. Bila dipanaskan lebih dari temperature maksimalnya maka akan merusak struktur zeolit itu sendiri. Dengan rusaknya struktur di dalam Kristal zeolit akan mengakibatkan berkurangnya ruang-ruang hampa udara di dalam zeolit dan akhirnya akan mengurangi daya adsorpsi zeolit ( Arnelli, 1999 ).

2.4.3 Pasir Kuarsa

Pasir Kuarsa dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama seperti kuarsa dan feldsfar. Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, TiO2,CaO,

MgO,dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya.

Fungsi pasir kuarsa atau biasa disebut pasir silica adalah untuk menghilangkan kandungan lumpur atau tanah, kandungan Fe dan bakteri pada air minum atau air tanah atau air PDAM.

2.4.4 Keramik

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi tahun 1950-an mendefenisikan keramaik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.

Keramik merupakan salah satu bagian dari membran padat yang memiliki pori-pori yang kecil, ukuran diameter lubang penyaring (pori-pori) dari membran keramik yaitu bekisar dari 0,01 µm sampai 10 µm. Namun, ukuran pori ini masih terlalu besar untuk ukuran asam humat yang terdapat dalam air ( Alif, 2010).

2.5. Pembuatan Karbon Aktif

2.5.1 Metode Tradisional

Pembuatan karbon aktif dengan metode tradisional sangat sederhana yaitu dengan menggunakan drum atau lubang bawah tanah dengan cara pengolahan sebagai berikut. Bahan yang hendak dibakar dimasukkan ke dalam drum yang terbuat dari pelat besi atau lubang yang yang telah disiapkan, kemudian dinyalakan sehingga terbakar. Pada saat pembakaran drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang dibiarkan terbuka, untuk sebagai jalan keluarnya asap, ketika asap yang keluar sudah berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama lebih kurang 12 jam. Setelah itu dengan hati-hati tutup drum dibuka dan dicek apakah masih ada bara yang menyala jika masih ada tutup derum ditutup kembali, tidak dibenarkan menggunakan air untuk mematikan bara yang sedang menyala karena dapat menurunkan kualitas karbon yang dihasilkan (Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, 1994).

Pembuatan karbon aktif dengan metode ini biasanya menghasilkan keaktifan yang rendah bahkan dibawah keaktifan menurut standar industri

Indonesia (SII), hal ini disebabkan proses pembentukan karbon aktif tidak memungkinkan terbentuknya pori-pori dengan baik. Pada saat pembakaran, residu-residu yang ada pada bahan dasar berupa senyawa-senyawa hidrokarbon ikut terbakar tetapi masih ada tersisa dan tetap masih melekat pada karbon tersebut, residu yang terbakar ini menutupi pori-pori karbon sehingga menurunkan kualitasnya (Sudrajat, 1993).

2.5.2 Metode yang diperbaharui

Metode pembuatan karbon aktif yang diperbaharui dilakukan dengan dua tahap yaitu tahap pengarangan (karbonisasi) dan tahap pengaktifan (aktivasi), dalam metode ini bahan baku dipanaskan dengan jumlah udara seminimal mungkin agar rendemen yang dihasilkan cukup besar. Hasil yang diperoleh dengan metode ini berupa karbon yang memberi keaktifan dan rendemen yang cukup besar. Pada proses pengaktifan terjadi pemecahan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul pada permukaan karbon sehingga pori-pori atau 1uas permukaan menjadi lebih besar.Metode pengaktifan yang umum digunakan dalam pembuatan karbon aktif ada dua cara, yaitu pengaktifan secara kimia dan pengaktifan secara fisika (Sembiring, 2003).

Cheremisinoff dan A. C. Moressi (1978) mengemukakan secara umum dan sederhana proses pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap, yaitu :

1. Dehidrasi yaitu proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 ºC.

2. Karbonisasi yaitu pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu di atas 170 ºC akan menghasilkan CO, CO2

3. Aktivasi yaitu dekomposisi ter dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO dan asam asetat. Pada suhu 275 ºC, dekomposisi menghasilkan ter, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600 ºC sebagai aktivator.

Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara

memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorbsi.

Metode aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah :

1. Aktivasi kimia

Aktivasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktifator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl

2, asam-asam

anorganik seperti H

2SO4 dan H3PO4.

2. Aktivasi Fisika

Aktivasi ini merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO

2. Umumnya arang dipanaskan di dalam

tanur pada temperatur 800-900 ºC. Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah merupakan reaksi isotherm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO

2 pada temperatur tinggi

merupakan reaksi endoterm sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan.

2.5.3 Analisis Material

Analisis material dilakukan terhadap daya serap, kadar air dan porositas 1. Daya Serap

Persentase berat air yang mampu diserap filter campuran dan serat di dalam air disebut daya serapan air. Pengujian daya serap ini telah dilakukan terhadap semua jenis variasi sampel yang ada. Pengujian daya serap ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005. Pengujian daya serap air (Water absorbtion) dilakukan pada masing-masing sampel pengeringan. Lama perendaman dalam air adalah selama 24 jam dalam suhu kamar. Massa awal sebelum dan sesudah

direndam diukur. Untuk mendapatan nilai penyerapan air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dimana :

Mb = Massa sampel dalam keadaan basah (gr)

Mk = Massa sampel dalam keadaan kering (gr)

2. Kadar Air

Banyaknya air yang terkandung dalam filter campuran dan serat disebut Kadar Air (KA). Kadar air bahan ditentukan dengan cara pengeringan di dalam oven, sebanyak 5 gram contoh yang telah dihaluskan ditimbang dengan teliti dan ditempatkan dalam cawan aluminium yang telah diketahui massanya, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 3 jam (sampai bobot konstan), selanjutnya contoh didinginkan dalam eksikator selama 15 menit sebelum ditimbang massanya. Kadar air dihitung berdasarkan persamaan:

(2.2)

a = sampel awal (gram)

b = sampel hasil penyusutan (gram)

3. Porositas

Pengujian porositas, dilakukan berdasarkan standar ASTM 20-80a sebagai berikut :

Untuk pengujian porositas, sampel ditimbang dengan neraca dan menghasilkan massa kering, lalu direndam dalam air selama 24 jam, kemudian diangkat dari dalam air untuk memperoleh massa basah. Kemudian dikeringkan dan dihitung volume totalnya. Perhitungan porositas dilakukan dengan persamaan

ms = massa sampel basah diudara ( massa cawan dan sampel basah) dikurangi dengan massa cawan kosong.

md= massa sampel kering diudara

mi = massa didalam zat cair yaitu massa cawan dan sampel penuh air dikurangi massa cawan dan air.

4. Analisis SEM

Untuk pengamatan struktur mikro dengan SEM sebagai berikut, sampel arang tempurung kelapa, zeolit maupun pasir kuarsa yang tanpa aktivasi maupun diaktivasi yang telah dibersihkan dan kering masing-masing ditempelkan pada pemegang sampel (sampel holder) dengan perekat dua muka dilanjutkan dengan pelapisan tipis dalam mesin pelapis tipis (sputter). Kemudian dilakukan pengamtan struktur mikro dengan SEM pada 20 kV dan perbesaran 10.000 X.

2.6 Faktor-faktor Fisika dan Kimia yang Mempengaruhi Air. Beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas air diantara lain : 1. Temperatur

Temperatur air merupakan pembatas utama pada suatu perairan karena organism akuatik seringkali mempunyai toleransi yang sempit terhadap perubahan-perubahan temperature. Menurut hokum Vant’s Hoffs, kenaikan tempertaur sebesar 10 0C akan menaikkan metabolisme 2-3 kali lipat. Akibat meningkatnya laju respirasi akan menyebabkan konsumsi oksigen meningkat. Dengan naiknya temperature akan menyebabkan kelarutan oksigen dalam air menjadi berkurang (Barus, 1996).

2. pH

Salah satu pengukuran yang sangat penting dalam berbagai cairan proses (industri, farmasi, manufaktur, produksi makanan dan sebagainya) adalah pH, yaitu pengukuran ion hidrogen dalam suatu larutan. Larutan dengan harga pH rendah dinamakan ”asam” sedangkan yang harga pH-nya tinggi dinamakan ”basa”. Skala pH terentang dari 0 (asam kuat) sampai 14 (basa

kuat) dengan 7 adalah harga tengah mewakili air murni (netral) (Barus, 1996).

3. Warna

Secara estetika warna dalam air minum dapat mengganggu. Penyebab air berwarna ini biasanya disebabkan oleh kandungan zat organik sehingga membuat air menjadi berwarna. Selain itu kemungkinan zat organik atau kekeruhan penyebab air berwarna dapat berupa senyawa yang dapat membahayakan kesehatan para pemakainya. Air yang berwarna berarti mengandung bahan-bahan lain berbahaya bagi kesehatan, misalnya pada air rawa berwarna kuning, air buangan dari pabrik, selokan, air sumur yang tercemar dan lain-lain .

4. Kekeruhan

Kekeruhan adalah ukuran yang menggunakan efek cahaya sebagai dasar untuk mengukur keadaan air baku dengan skala NTU (Nephelo Metrix Turbidity Unit) atau JTU (Jackson Turbidity Unit) atau FTU (Formazin Turbidity Unit), kekeruhan ini disebabkan oleh adanya benda tercampur atau benda koloid di dalam air. Hal ini membuat perbedaan nyata dari segi estetika maupun dari segi kualitas air itu sendiri ( Barus, 1996). Kekeruhan pada air biasanya disebabkan oleh adanya butir-butir tanah liat yang sangat halus. Semakin keruh menunjukkan semakin banyak butir-butir tanah dan kotoran yang terkandung di dalamnya.

5. Rasa dan Bau

Air minum biasanya tidak memberi rasa/tawar. Air yang tidak tawar dapat menunjukkan kehadiran berbagai zat yang dapat membahayakan kesehatan. Rasa logam/amis, rasa pahit, asin, dan sebagainya. Efeknya tergantung pula pada penyebab timbulnya rasa tersebut (Sastrawijaya, 2000).

6. Padatan Terlarut Total (TDS)

TDS mempengaruhi ketransparanan dan warna air. Padatan terlarut total mencerminkan jumlah kepekatan padatan dalam suatu contoh air.

Penentuan padatan terlarut dapat cepat menetukan kualitas air, caranya dengan mengukur derajat konduktifitas air (Sastrawijaya, 2000).

7. Logam

Beberapa jenis logam yang biasanya terdapat didalam air antara lain Al, Fe, Mn, Zn, dan Cu. Untuk Indonesia berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 menetapkan kadar zat besi di dalam air minum yang diperbolehkan maksimum 0,3 mg/l, sedangkan Aluminium 0,2 mg/l, Mangan 0,4 mg/l, Seng 3 mg/l dan Tembaga 2 mg/l. Zat besi di dalam air minum pada tingkat konsentrasi mg/l tidak memberikan pengaruh yang buruk pada kesehatan, tetapi dalam kadar yang besar dapat meneyebabkan air menjadi coklat kemerahan yang tidak diharapkan. Oleh karena itu didalam proses pengolahan air minum, garam besi valensi dua (ferro) yang larut di dalam air perlu dirubah menjadi garam besi valensi tiga (ferri) yang tidak larut di dalam air sehingga mudah dipisahkan (Tatsunami,1971). Air yang mengandung banyak aluminium menyebabkan rasa yang tidak enak apabila dikonsumsi, dan bila Zink dalam kadar yang besar didalam air akan menimbulkan rasa pahit, sepet, dan rasa mual. Dalam jumlah kecil, Zink merupakan unsur yang penting untuk metabolisme, karena kekurangan Seng dapat menyebabkan hambatan pada pertumbuhan anak. 8. Persyaratan Mikrobiologis

Persyaratan mikrobiologis yang harus dipenuhi oleh air adalah sebagai berikut :

1. Tidak mengandung bakteri patogen, misalnya: bakteri golongan coli,

Salmonella typhi, Vibrio cholera dan lain-lain. Kuman-kuman ini mudah tersebar melalui air.

2. Tidak mengandung bakteri non patogen seperti : Actinomycetes,

Phytoplanktoncolifprom, Cladocera dan lain-lain.

Air minum tidak boleh mengandung bakteri-bakteri penyakit (patogen) sama sekali tidak boleh mengandung bakteri golongan coli melebihi

golongan coli ini berasal dari usus besar dan tanah. Air yang mengandung golongan coli dengan kadar yang melebihi batas yang telah ditentukan, dianggap telah terkontaminasi dengan kotoran manusia. Dengan demikian dalam pemeriksaan bakteriologi, tidak langsung diperiksa apakah air itu mengandung bakteri patogen, tetapi diperiksa dengan indikator bakteri golongan coli (Sutrisno,2006).

2.7 Proses Pengolahan Air Sungai

Teknologi-teknologi untuk mengolah air sungai menjadi air bersih diantaranya adalah yang berteknologi canggih dan berbiaya mahal Reverse Osmosis, penukaran ion, sterilisasi ozon dan lainnya sampai dengan teknologi sederhana serta berbiaya murah tanpa bahan kimia diantaranya : metode tradisionil dengan menggunakan lapisan ijuk, pasir dan batu kerikil, metode elektrokoagulasi/elektrolisa, dan karbon aktif.

2.7.1 Metode Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan metode pengolahan air secara elektrokimia dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif berupa ion logam (biasanya alumunium atau besi) ke dalam larutan, sedangkan pada katoda terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas Hidrogen (Holt et al., 2004). Menurut Mollah (2004), elektrokoagulasi adalah proses kompleks yang melibatkan fenomena kimia dan fisika dengan menggunakan elektroda untuk menghasilkan ion yang digunakan untuk mengolah air limbah. Sedangkan elektrokoagulasi menurut Ni’am (2007), adalah proses penggumpalan dan pengendapan partikel-partikel halus dalam air menggunakan energi listrik. Proses elektrokoagulasi dilakukan pada bejana elektrolisis yang didalamnya terdapat dua penghantar arus listrik searah yang disebut elektroda, yang tercelup dalam larutan elektrolit.

Mekanime Dalam Elektrokoagulasi

Reaktor elektrokimia merupakan sebuah sel elektrokimia dimana kutub anoda yang berupa logam (biasanya alumunium atau terkadang besi) dimana ion

logam yang terlepas berfungsi sebagai agen koagulan. Dan secara simultan terjadi gelembung gas hidrogen di kutub katoda.

Elektrokoagulasi mempunyai kemampuan untuk mengolah berbagai macam polutan termasuk padatan tersuspensi, logam berat, tinta, bahan organik, minyak dan lemak, ion dan radionuklida. Karakteristik fisika kimia dari polutan mempengaruhi mekanisme pengolahan misalnya polutan berbentuk ion akan diturunkan melalui proses presipitasi sedangkan padatan tersuspensi yang bermuatan akan diabsorbsi ke koagulan yang bermuatan. Kemampuan elektrokoagulasi untuk mengolah berbagai macam polutan menarik minat industri untuk menggunakannya.

Gambar 2.1 memperlihatkan proses elektrokoagulasi yang sangat kompleks. Dimana koagulan dan produk hidrolisis saling berinteraksi dengan polutan atau dengan ion yang lain atau dengan gas hidrogen.

Gambar 2.1 Mekanisme dalam elektrokoagulasi (Holt, 2006)

Menurut Mollah (2004) mekanisme penyisihan yang umum terjadi di dalam elektrokoagulasi terbagi dalam tiga faktor utama yaitu : (a) terbentuknya koagulan akibat proses oksidasi elektrolisis pada elektroda, (b) destabilisasi kontaminan, partikel tersuspensi, dan pemecahan emulsi, dan (c) agregatisasi dari hasil destabilisasi untuk membentuk flok.

 Kompresi dari lapisan ganda (double layer) difusi yang terjadi di sekelilingspesies bermuatan yang disebabkan interaksi dengan ion yang terbentuk darioksidasi di elektroda.

 Netralisasi ion kontaminan dalam air limbah dengan menggunakan ionberlawananyang dihasilkan dari elektroda. Dengan adanya ion tersebut menyebabkanberkurangnya gaya tolak menolak antar partikel dalam air limbah (gaya Vander Waals) sehingga proses koagulasi bisa berlangsung.

 Terbentuknya flok, dimana flok ini terbentuk akibat proses koagulasi sehinggaterbentuk sludge blanket yang mampu menjebak dan menjembatani partikelkoloid yang masih ada di air limbah.

Proses elektrokoagulasi memiliki kelebihan dan kekurangan dalam mengolah air (Holt, 2006).

a. Kelebihan Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi dalam pengolahan limbah sudah dilakukan sejak ratusan tahun yang lalu, tetapi nanti abad 20 ini telah ditemukan berbagai pengembangan teknologi tentang elektrokoagulasi, berikut ini kelebihan dari elektrokoagulasi : 1. Elektrokoagulasi memerlukan peralatan sederhana dan mudah untuk

dioperasikan.

2. Flok yang dihasilkan elektrokoagulasi ini sama dengan flok yang dihasilkan koagulasi biasa. Perbedaannya adalah flok yang dihasilkan dari elektrokoagulasi lebih besar dengan kandungan air yang sedikit, lebih stabil dan mudah dipisahkan secara cepat dengan filtrasi.

3. Keuntungan dari elektrokoagulasi ini lebih cepat mereduksi kandungan koloid/partikel yang paling kecil, hal ini disebabkan pengaplikasian listrik ke dalam air akan mempercepat pergerakan mereka didalam air dengan demikian akan memudahkan proses.

4. Lumpur yang dihasilkan dari proses elektrokoagulasi relatif stabil dan mudah dipisahkan karena terutama berasal dari oksida logam. Selain itu jumlah lumpur yang dihasilkan sedikit.

5. Gelembung-gelembung gas yang dihasilkan pada proses elektrokoagulasi ini dapat membawa polutan ke atas air sehingga dapat dengan mudah dihilangkan.

6. Dapat memberikan efisiensi proses yang cukup tinggi untuk berbagai kondisi, dikarenakan tidak dipengaruhi temperatur.

7. Tidak diperlukan pengaturan pH.

8. Tanpa menggunakan bahan kimia tambahan.

b. Kelemahan Elektrokoagulasi

Ada beberapa kekurangan elektrokoagulasi ini, berikut ini kekurangan dari proses elektrokoagulasi :

Tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah cair yang mempunyai sifat elektrolit cukup tinggi dikarenakan akan terjadi hubungan singkat antar elektroda. 1. Besarnya reduksi logam berat dalam air dipengaruhi oleh besar kecilnya

arus voltase listrik searah pada elektroda, luas sempitnya bidang kontak elektroda dan jarak antar elektroda.

2. Penggunaan listrik yang mungkin mahal.

3. Batangan anoda yang mudah mengalami korosi sehingga harus selalu diganti.

2.7.2 Proses Khlorosi

Teknik khlorosi ini dipakai untuk mematikan kuman yang ada didalam air yaitu dengan cara memasukan pasir halus ke dalam wadah setinggi 10-15 cm dengan tujuan menahan lumpur pada dasar wadah. Setelah air sumur naik setinggi semula misalnya 3 meter dari dasar wadah pemberian khlor sebanyak 3 sendok makan. Keesokan harinya diberi tawas, tujuan pemberian tawas agar kuman lumpur koloidal akan mengendap kedasar sumur (Gabriel, 2001).

2.7.2 Ozonisasi

Air yang mengendap ozon ( ozonisasi), kuman-kuman yang terkandung didalamnya akan mati. Cara ozonasi yaitu : air mengalir dan melalui sutau

H2O + O3 H2O + O2 + O.

Cara pembuatan ozon yaitu alat Rumkorff dialiri listrik 220 volt, akan timbul loncatan potensial sebesar 3000-6000 volt. Dengan pemberian O2, oksigen ini

akan berubah menjadi ozon. Sifat air setelah ozonisasi yaitu akan member rasa sejuk dan rasanya enak serta agak sedikit pahit. Hal ini terjadi oleh karena ada tambahan O2, sama halnya air diberi aerosol akan terasa sejuk dan enak (Gabriel,

2001).

2.7.3 Proses Filtrasi

Filtrasi merupakan pemisahan koloid atau partikel padat dari fluida dengan menggunakan media penyaringan atau saringan. Air yang mengandung suatu padatan atau koloid dilewatkan pada media saring dengan ukuran pori-pori yang lebih kecil dari ukuran suatu padatan tersebut. Hal yang paling utama dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui media berpori. Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ; gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal (Gabriel, 2001).

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama dilakukan pengaktivasian (pemanasan) material yang digunakan yaitu arang tempurung kelapa, ziolit dan pasir kuarsa untuk meningkatkan daya adsorpsinya dilakukan uji untuk setiap suhu aktivasi untuk memperoleh daya serap, kadar air dan porositas yang optimum dari masing-masing material. Kemudian digabungan menjadi filter Tahap kedua adalah pengaplikasian gabungan filter yang mempunyai daya serap, kadar air dan porositas optimum hasil pengujian tahap I untuk penjernihan air sungai Tamiang.

3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian

Waktu penelitian dilakukan mulai dari bulan Februari 2013 – April 2013. Lokasi penelitian dilakukan dibeberapa tempat yaitu :

1. Pengaktivasian suhu material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa di Laboratorium Kimia Dasar, FMIPA USU.

2. Eksperimen penjernihan air di Laboratorium Fisika LIDA USU . 3. Pengujian Sampel Air sebelum dan sesudah diolah di Laboratorium

Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan.

4. Pengujian struktur mikro di Laboratorium Fisika Material Unimed.

3.2 ALAT dan BAHAN 3.2.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam proses pengaktivasian 1. Furnance

2. Neraca Elektrik

Fungsi : untuk menimbang massa material yang digunakan. 3. Oven

Fungsi : untuk mengeringkan sampel 4. Cawan Porselen

Fungsi : sebagai wadah sampel uji pada saat pembakaran dan pengeringan

5. Ayakan 60 mesh 6. Ayakan 30 mesh

Peralatan yang digunakan dalam proses penjernihan air 1. Power Supplay Adaptor Simetri ( 0 – 12 Volt)

Fungsi : sebagai sumber tegangan DC 2. Kabel Penghubung dan penjepit buaya

Fungsi : untuk menghubungkan peralatan 3. Bak sampel 38,5 cm x 24,5 cm x 22,5 cm

Fungsi : Sebagai wadah air yang akan diolah 4. Stopwatch

Fungsi : untuk menghitung waktu yang digunakan 5. Penyangga Elektroda

Fungsi : sebagai tempat untuk meletakkan atau menggantungkan elektroda

6. Tabung Plastik

Fungsi : sebagai tempat filter

7. Scanning Elektron Microscope ( SEM ) EVO MA 10

Fungsi : untuk melihat mikrostruktur arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa

3.2.2 Bahan

Bahan dalam proses aktivasi

1. Material arang dari tempurung kelapa 2. Material Zeolit

3. Material Pasir kuarsa 4. Aquadest

Bahan dalam proses penjernihan air 1. Elektroda Aluminium

 Jumlah 8 ( 4 anoda & 4 Katoda )

 Tebal 1 mm

 Ukuran Plat (25 x 18,5 ) cm

 Jarak antara plat 1,5 cm 2. Sampel air Sungai Tamiang

3. Kertas saring kasar 3.3Pengambilan Sampel Air

Pengambilan sampel dalam penelitian ini dilakukan di lima titik daerah sepanjang aliran sungai Tamiang yaitu :

1. Didaerah Kampung Kebun sungai Liput kecamatan Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang pada 4o 11,156’ LU dan 980 2,275’ BT.

2. Daerah Kampung Pekan Sungai Liput Kecamatan Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang pada 4o 13,636’ LU dan 98o3,391’ BT.

3. Didaerah Kampung Simpang Kanan kecamatan Kejuruan Muda Kabupaten Aceh Tamiang pada 4o 14,08’ LU dan 980 3,167’ BT.

4. Didaerah Kampung Kota Kecamatan Kota Kuala Simpang Kabupaten Aceh Tamiang pada 4o 16,773’ LU dan 980 4,173’ BT.

5. Tempat Bak penampungan air baku PDAM Tirta Peusada didaerah Kampung Kesehatan Kecamatan Karang Baru Kabupaten Aceh Tamiang pada 4o 16,934’ LU dan 980 3,178’ BT.

3.4. Diagram Alir

3.4.1 Diagram Alir Untuk Pengaktivasian Material Filter ( Tahap I )

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Tahap 1

Pengadaan Bahan/ Material (arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa)

Aktivasi Material mulai

Arang Tempurung Kelapa ( 600 – 1000oC ) selama 60 menit

Pengujian material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa terhadap daya serap, kadar air dan porositas

Pengujian Material setelah diativasi, pengujian daya serap, kadar air , porositas dan SEM

Selesai

Hasil Pengujian Daya Serap, Kadar Air, Porositas dan SEM Zeolit

( 600 – 1000oC ) selama 60 menit

Pasir Kuarsa

( 600 – 1000oC ) selama 60 menit

Suhu optimum material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa

Material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa yang memiliki suhu optimum digabungan untuk dijadikan filter

Susunan arang tempurung kelapa,zeolit

dan pasir kuarsa

Susunan zeolit, arang tempurung kelapa dan

pasir kuarsa

Susunan pasir kuarsa, zeolit dan arang tempurung kelapa

Campuran arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa

Pengujian daya serap, kadar air dan porositas (diperoleh gabungan filter yang optimum)

Pengadaan Bahan/ Material (arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa)

Aktivasi Material mulai

Arang Tempurung Kelapa ( 600 – 1000oC ) selama 60 menit

Pengujian material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa terhadap daya serap, kadar air dan porositas

3.4.2. Diagram alir proses penjernihan air ( Tahap II )

Berikut adalah diagram alir untuk proses penjernihan air

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian Tahap 2 Aplikasi gabungan filter optimum hasil tahap I

pada proses penjernihan air

Tanpa proses EC hanya menggunakan

filter

mulai

PENGUJIAN PARAMETER AIR

(Kekeruhan, Warna, Rasa & bau, Endapan, Temperatur, Kadar Ph, Kandungan

logam Al, Fe dan bakteri E. Coli dan Coliform )

Selesai

AIR BERSIH HASIL PENGOLAHAN

Sesuai dengan Kepmenkes RI N0. 492/MENKES/PER/IV/2010 Kepmenkes RI No. 416/MENKES/PER/IX/1990

Dengan proses EC kemudian di filter PENGUJIAN PARAMETER AIR SEBELUM DIPROSES

(Kekeruhan, Warna, Rasa & bau, Endapan, Temperatur, Kadar Ph, Kandungan

3.5 Susunan Filter Gabungan

Pada penelitian ini digabungan filter dengan mengkombinasikan material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa yang mempunyai daya serap, kadar air dan porositas optimum yang terdiri dari :

a. Filter dengan pencampuran arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa menjadi satu. ( kode : F1)

b. Filter dengan susunan arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa ( kode : F2 )

c. Filter dengan susunan zeolit, arang tempurung kelapa dan pasir kuarsa ( kode : F3 )

d. Filter dengan susunan pasir kuarsa, zeolit dan arang tempurung kelapa ( kode : F4 )

3.6 Prosedur Penelitian

A. Pengaktivasian arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa

1. Sebelum diaktivasi material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa dilakukan pengujian terhadap daya serap, kadar air dan porositas.

2. Untuk aktivasi dilakukan secara fisika untuk masing-masing material yaitu arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa secara terpisah dengan pemanasan pada variasi suhu 600oC, 700oC, 800oC, 900oC dan 1000 oC dengan waktu penahan 60 menit.

3. Selanjutnya material yang telah diaktivasi dibersihkan dari abu dengan dicuci menggunakan air aquadest dan dikeringkan.

4. Kemudian dilakukan pengujian untuk material arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa terhadap daya serapnya, kadar air porositas dan pengamtan struktur mikro dengan SEM

5. Diperoleh suhu aktivasi optimum untuk arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa.

6. Arang tempurung kelapa , zeolit dan pasir kuarsa yang memiliki suhu optimum dijadikan filter gabungan.

B. Proses Pengolahan Air dengan menggunakan metode EC dan di filter

1. Pemeriksaan parameter-parameter sampel ( air sungai Tamiang), yaitu : temperature, TDS, kekeruhan, warna, bau, pH, besi, aluminium, E. Coli dan Coliform sebelum di olah.

2. Pengaturan alat yang akan digunakan

3. Pengaturan jumlah dan jarak elektroda (plat Aluminium) yang diletakkan dalam bak elektrokoagulasi.

4. Memasukkan air sungai Tamiang kedalam bak sampel elektrokoagulasi ( volume 15 liter ).

5. Sumber arus searah ( power supply ) dihidupkan dengan mengaktifkan saklar pada tegangan 1 volt. Proses elekrokoagulasi berlangsung selama 15 menit, setelah jernih dialirkan ke bak penampungan.

6. Setelah didiamkan 15 menit, air yang sudah jernih dialirkan ke dalam botol filtrasi yang digabungan .

7. Setelah di filtrasi kemudian dialirkan ke dalam bak air bersih dan didiamkan selama 15 menit.

8. Proses selesai, kemudian dilakukan pemeriksaan parameter-parameter air bersih sesudah proses yaitu temperature, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa, pH, logam Fe, logam Al, bakteri E. Coli dan Colifrom.

C. Proses Pengolahan Air Tanpa Metode EC Langsung di Filter

1. Pemeriksaan parameter-parameter sampel ( air sungai Tamiang), yaitu : temperature, TDS, kekeruhan, warna, bau, pH, besi, aluminium, E. Coli dan Coliform sebelum di olah.

2. Sampel air sungai Tamiang di masukkan kedalam bak sampel. 3. Kemudian langsung difilter dengan filter yang telah digabungan .

4. Setelah di filtrasi kemudian dialirkan ke dalam bak air bersih untuk masing-masing filter dan didiamkan selama 15 menit.

5. Proses selesai, kemudian dilakukan pemeriksaan parameter-parameter air bersih sesudah proses yaitu temperature, TDS, kekeruhan, warna, bau, rasa,

3.7 Skema Pengolahan Air Sungai.

Berikut ini adalah skema penjernihan air sumur dengan menggunakan filter optimum seperti terlihat pada Gambar 3.3 dan skema penjernihan air sumur dengan metode elektrokoagulasi dan difilter menggunakan filter optimum pada Gambar 3.4

Air Hasil Proses Filtrasi

Sekat

Zeolit

Pasir

Karbon

Air Sampel Untuk Proses Filtrasi

Proses filtrasi dengan karbon filter optimum + zeolit + Pasir yang diberi

sekat

Sekat

Gambar 3.3 Proses penjernihan air dengan filter optimum

_ _ _ _ _ _ _ _

1,5 cm

1,5 cm 1,5 cm

1,5 cm 1,5 cm1,5 cm

1,5 cm

Bak Elektrokoagulasi

Bak Pengontrol Air

PSA 12 V

Air Hasil Proses Filtrasi dan elektrokoagulasi

Sekat

Pasir Zeolit Karbon

AIR

Proses filtrasi dengan karbon filter optimum + zeolit + Pasir yang diberi

sekat

Gambar 3.4 Proses penjernihan air dengan metode elektrokoagulasi dan difilter dengan filter optimum

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan yang dibahas pada penelitian ini adalah pembuatan modifikasi gabungan filter dari arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa optimum hasil dari pengujian aktivasi fisika, pengolahan air dengan proses elektrokoagulasi dengan menggunakan plat aluminium (Al) yang kemudian di filter dan pengolahan air dengan filter arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa yang dimodifikasi

4.1. Proses Pengaktivasian arang tempurung kelapa, zeolit dan pasir kuarsa. Proses aktivasi dilakukan bertujuan untuk menghilangkan volatile dan tar yang tersisa sehingga arang tempurung kelapa, zeolit, dan pasir kuarsa benar- benar bebas dan luas permukaannya pun semakin besar. Aktivasi yang dilakukan secara fisika dengan cara dipanaskan dengan furnance yang tertutup rapat tanpa dipengaruhi udara dari luar furnance.

Proses aktivasi ini dilakukan untuk melihat peningkatan daya serap, kadar air dan porositas pada material yang digunakan untuk filter dalam percobaan ini. Dilakukan pengamatan struktur mikro dengan menggunakan SEM.

4.1.1. Daya Serap Air

Daya serap ini merupakan persentase massa air yang mampu diserap karbon aktif didalam air. Pengujian daya serap ini telah dilakukan terhadap semua jenis variasi sampel yang ada. Pengujian daya serap ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005. Pengujian daya serap air ( Water absorbtion ) dilakukan pada masing-masing sampel pengeringan. Lama perendaman dalam air adalah selama 24 jam dalam suhu kamar. Daya serap ini dihitung berdasarkan persamaan ( 2.1).

4.1.1.1 Daya Serap Air Arang Tempurung Kelapa

Daya serap air karbon aktif tempurung kelapa, sebelum aktivasi diperlihatkan pada Tabel 4.1 dan sesudah diaktivasi pada suhu tertentu diperlihatkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian daya serap air tanpa aktivasi

Material Daya serap (%)

Arang tempurung kelapa _31,8

Tabel 4.2 Data hasil pengujian daya serap setelah diaktivasi

N o

Su hu

(o C)

Da ya Ser ap (%

) 1

2 3 4 5

60 0 70 0 80 0 90 0 10 00

42, 8 55, 6 62, 1 75, 4 ---

Data hasil pengujian pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 dikarakterisasi secara grafik seperti pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Grafik Daya Serap Air Arang Tempurung Kelapa

Penetapan daya serap air bertujuan untuk mengetahui kemampuan dari material diatas untuk menyerap bakteri dan logam yang terkandung didalam air sungai . Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 terlihat bahwa ada kenaikan daya serap sebelum diaktivasi nilainya 31,8% dan sesudah diaktivasi hasil pengujian daya serap arang tempurung kelapa nilai maksimalnya adalah 75,4% pada suhu 900 0C sedangkan nilai daya serap minimalnya adalah 42,8% pada suhu 600 0C, pada suhu 1000 0C tidak bisa dihitung daya serapnya karena arang tempurung kelapa tersebut menjadi abu pada suhu tersebut. Nilai daya serap pada pengaktivasian suhu mengalami kenaikan seiring dengan semakin meningkatnya suhu. Ini dapat dilihat dari hasil daya serap pada suhu 700 0C nilai daya serapnya 55,6%, pada suhu 800 0C juga mengalami kenaikan nilai daya serap dimana nilai daya serapnya 62,1%. Peningkatan ini terjadi sebagai akibat semakin banyaknya pengotor yang terlepas dari permukaan karbon aktif. Seiring dengan peningkatan

31.8

42.8

55.6

62.1

74.8

0 10 20 30 40 50 60 70 80

600 700 800 900 1000

P

er

se

n

tase

Daya

S

er

ap

Air

( %

)

suhu, pengotor-pengotor yang mulanya terdapat pada bagian pori dan menutupi pori, ikut terlepas atau teruapkan sehingga memperluas permukaan karbon aktif. Semakin besar luas permukaan karbon aktif maka semakin besar kemampuan absorpsi arang tempurung kelapa.

4.1.1.2Daya Serap Zeolit

Daya serap air zeolit, sebelum aktivasi diperlihatkan pada Tabel 4.3 dan sesudah diaktivasi pada suhu tertentu diperlihatkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.3 Data hasil pengujian daya serap air tanpa aktivasi

Material Daya serap (%)

Zeolit _16,8

Tabel 4.4 Data hasil pengujian daya serap setelah diaktivasi

N o

Su hu

(o C)

Da ya Ser ap (%

) 1

2 3 4 5

60 0 70 0 80 0 90 0 10

30, 2 45, 8 65, 8 33, 6 26,

00 8

Data hasil pengujian pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 dikarakterisasi secara grafik seperti pada Gambar 4.2

Gambar 4.2 Grafik Daya Serap Air Zeolit

Meningkatnya daya serap air oleh zeolit seiring dengan kenaikan suhu pemanasan pada saat aktivasi fisika, pada zeolit juga terjadi nilai kenaikan daya serap sesudah diaktivasi, dari kelima suhu yang digunakan terlihat jelas bahwa pada suhu 800 0C zeolit memiliki kemampuan absorbsi terbesar yaitu 65,8 % dibandingkan dengan suhu lainnya yaitu suhu 600 0C, 700 0C, 900 0C dan 1000

0

C.

Berdasarkan penelitian dapat disimpulkan bahwa pada suhu 8000C, semakin banyak air bebas didalam kristal zeolit yang teruapkan, sehingga membuat struktur pori zeolit menjadi sangat terbuka dan memiliki luas internal yang mampu mengadsorpsi sejumlah besar substansi seperti air.

16.8

30.2

45.8

65.8

33.6

26.4

0 10 20 30 40 50 60 70

600 700 800 900 1000

P

er

se

n

tase

Daya

S

er

ap

Air

( %

)

Bila dilihat dari grafik diatas, dapat diketahui bahwa daya serap zeolit tanpa aktivasi sangat kecil yaitu sebesar 16,8 % , hal ini tersebut disebabkan karena rongga-rongga kristal di dalam zeolit sebagian sudah berisi air, yang membuat keadaan zeolit mendekati keadaan jenuh akan air sehingga kemampuan zeolit itu sendiri untuk menyerap air dari lingkungannya jelas akan sangat kecil bila dibandingkan dengan zeolit yang sebagian besar air yang berada di dalam rongga tersebut di keluarkan.

Namun pada suhu aktivasi 900 0C dan 1000 0C kemampuan daya serap air menurun yaitu dari 65,8% pada suhu 800 0C menjadi 33,6% dan menurun lagi pada suhu aktivasi 1000 0C menjadi 33,6 %, hal ini disebabkan pada zeolit memiliki temperatur maksimal pada saat aktivasi fisika. Untuk tipe zeolit yang paling rendah dan biasanya zeolit alam, rata-rata memiliki temperatur maksimal > 600 0C. Pada penelitian ini zeolit yang digunakan adalah zeolit yang dijual dipasaran yang memiliki temperatur maksimal 800 0C, bila dipanaskan lebih dari temperatur maksimal maka akan merusak struktur zeolit itu sendiri. Dengan rusaknya struktur di dalam kristal zeolit akan mengakibatkan berkurangnya ruang-ruang hampa udara di dalam zeolit dan akhirnya akan mengurangi daya adsorpsi zeolit tersebut.

4.1.1.3Daya Serap Pasir Kuarsa

Daya serap air pasir kuarsa sebelum aktivasi diperlihatkan pada Tabel 4.5 dan sesudah diaktivasi pada suhu tertentu diperlihatkan pada Tabel 4.6.

Tabel 4.5 Data hasil pengujian daya serap air tanpa aktivasi

Material Daya serap (%)

B. Alat Penjernihan air sungai

MetodeElektrokoagulasi& Filter Karbon

Bak sampel air _{PSA AC/DC 5A 12V}

118

TiangPenyangga + Tabung Filter Bak Penampungan

C. Material Filter

ArangTempurung Zeolit

PasirKuarsa Kelapa

D. Proses Penjernihan Air Sungai

- Metode Elektrokoagulasi & Difilter dengan filter optimum

Sampel Air yang di uji

120

122