Model Pengolahan Air Gambut Untuk Menghasilkan Air Bersih Dengan Metode Elektrokoagulasi
MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT UNTUK
MENGHASILKAN AIR BERSIH DENGAN
METODE ELEKTROKOAGULASI
DISERTASI
Oleh
SUSILAWATI
058103007/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAK. MATEMATIKA & ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
1
Universitas Sumatera Utara
2
MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT UNTUK
MENGHASILKAN AIR BERSIH DENGAN
METODE ELEKTROKOAGULASI
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor
dalam Program Studi Kimia, Konsentrasi Fisiko Kimia pada Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
SUSILAWATI
058103007/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAK. MATEMATIKA & ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
Universitas Sumatera Utara
3
Judul Disertasi
: MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT
UNTUK MENGHASILKAN AIR BERSIH
DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
NamaMahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi
Konsentrasi
:
:
:
:
Susilawati
058103007
Ilmu Kimia
Fisiko Kimia
Menyetujui
Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Zul Alfian, MSc.)
Promotor
(Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.) (Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.)
Co Promotor
Co Promotor
Ketua Program Studi S3 Kimia
Dekan,
(Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.) (Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.)
Tanggal lulus : 26 Januari 2010
Universitas Sumatera Utara
4
PROMOTOR
Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Anorganik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Fisika Komputasi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.
Staff Pengajar Tetap Ilmu Kimia Anorganik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
5
TIM PENGUJI
Ketua
: Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
Anggota
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.
Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Fisika Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Fisika Superkonduktor
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Yunazar Manjang
Guru Besar Tetap Ilmu Organik Bahan Alam
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas
Universitas Sumatera Utara
6
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri, dan semua sumber
baik yang dikutip maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan
benar.
Nama
: Susilawati
NIM
: 058103007
Tanda Tangan
:
Universitas Sumatera Utara
7
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
tangan di bawah ini :
Nama
: Susilawati
NIM
: 058103007
Program Studi
: Ilmu Kimia, Konsentrasi Fisiko Kimia
Jenis Karya
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul :
MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT UNTUK MENGHASILKAN AIR
BERSIH DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih
media/formatkan,
mengelola
dalam
bentuk
database,
merawat
dan
mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di
: Medan
Pada Tanggal : Februari 2010
Yang Menyatakan
(Susilawati)
Universitas Sumatera Utara
8
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT,
karena atas ridho, karunia dan rahmat-Nya penelitian dan disertasi ini dapat
terlaksana dan selesai dengan baik. Disertasi ini merupakan tugas akhir penulis
pada Program Studi Ilmu Kimia Konsentrasi Fisiko Kimia Fakultas Matematika
Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Dengan selesainya disertasi ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih
yang setulus-tulusnya dan setinggi-tingginya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Chairuddin P. Lubis,
DTM&H.,Sp.A(K), atas kesempatan, bantuan biaya dan fasilitas yang diberikan
kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Doktor
di Universitas Sumatera Utara, juga atas kesediaan beliau sebagai Ketua Tim
Penguji Ujian Disertasi bagi penulis.
Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. atas kesempatan menjadi
mahasiswa dan mengikuti pendidikan program Doktor Pada Fakultas Matematika
Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan
Alam
Universitas
Sumatera
Utara,
Bapak
Prof.
Basuki
Wirjosentono, M.S., Ph.D. atas dorongan dan arahan kepada penulis selama
mengikuti pendidikan.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
penulis ucapkan kepada komisi pembimbing, Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
(Ketua), Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc. (Anggota) dan Bapak Dr.
Hamonangan Nainggolan, M.Sc. (Anggota) yang telah banyak menyumbangkan
pikiran dan saran serta meluangkan waktu dalam proses penyelesaian disertasi ini.
Dan dengan penuh kesabaran mendorong, memotivasi dan mengarahkan penulis
sehingga disertasi ini dapat penulis selesaikan.
Terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan
Penguji dan Penilai Disertasi : Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc., Bapak Prof. Dr.
Muhammad Zarlis, M.Sc., Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc., Bapak
Universitas Sumatera Utara
9
Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D., Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.,
dan Bapak Prof. Dr. Yunazar Manjang, atas kesediaan mereka untuk menguji dan
menilai penulis.
Terima kasih yang tek terhingga juga penulis ucapkan kepada Sekretaris
Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. atas bantuan
dan arahan kepada penulis selama mengikuti pendidikan.
Terima kasih yang tak terhingga juga penulis sampaikan kepada Staf
Pengajar di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara khususnya Program Studi Ilmu Kimia.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa/I
Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara angkatan 2005 khususnya konsentrasi Fisiko Kimia.
Penulis juga tak lupa mengucapkan terima kasih kepada Alexon Samosir
dan Marcel, mahasiswa S1 Ilmu Kimia, Bapak Darmayanto, Ibu Jati Setiasih dan
Ibu Nona mahasiswa S2 Ilmu Kimia yang telah membantu penulis dalam
pengambilan Sampel ke Desa Hutabalang Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli
Tengah.
Secara khusus pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima
kasih dan sayang yang mendalam kepada yang amat mulia kedua orang tua
penulis, Bapak Achmadi dan Ibu Almarhumah Tumini yang telah bersusah payah
membesarkan, menyekolahkan, membiayai dan mendidik penulis dengan penuh
kasih sayang dan doa yang tiada hentinya. Demikian juga kepada bapak mertua
saya, dan almarhumah ibu mertua saya yang menyayangi kami.
Secara khusus penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tak
terhingga kepada Suami tercinta Ardiansyah Tarigan, SP., atas pengorbanan dan
kerelaannya memberikan kesempatan bagi penulis untuk menyelesaikan studi dan
dengan penuh pengertian tetap setia mendampingi penulis dalam mengatasi
berbagai masalah dalam penyelesaian disertasi ini.
Kepada anak-anakku yang
kusayangi Ayumi Kinaya br Tarigan, Abiyan Agitia Tarigan dan Ayla Hanindisti
br Tarigan, mohon maaf yang amat dalam atas keterbatasan waktu mama untuk
Universitas Sumatera Utara
10
kalian
selama mama menyelesaikan studi, terima kasih atas doa, motivasi,
dorongan dan semangat yang kalian berikan kepada mama.
Akhirnya sekali lagi penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan
yang setulus-tulusnya kepada mereka yang penulis sebutkan sebelumnya semoga
Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan perlindungan, kesehatan, limpahan
rahmat dan membalas semua kebaikan-kebaikan mereka.
Penulis menyadari bahwa disertasi ini tidak mungkin terlepas dari
kesalahan yang ada di luar kemampuan penulis. Oleh sebab itu penulis dengan
senang hati akan menerima kritik dan saran yang membangun demi
kesempurnaannya.
Medan, Januari 2010
Penulis
Universitas Sumatera Utara
11
ABSTRAK
Metode Elektrokoagulasi telah banyak digunakan untuk pengolahan / pemurnian
air (air limbah, air sungai maupun air gambut). Namun model pengolahan air
gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi belum banyak
dikembangkan. Dalam penelitian ini telah dirancang suatu model untuk
pengolahan air gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi. Air
gambut digunakan sebagai sampel mengingat air gambut merupakan sumber air
baku yang sangat potensial terutama di sebagian besar pulau Kalimantan dan
sebagian pulau Sumatera. Lokasi pengambilan sampel terletak di desa Hutabalang
Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli Tengah Propinsi Sumatera Utara.
Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Percobaan tahap pertama dilakukan dalam
skala laboratorium menggunakan beaker glass untuk mengetahui parameterparameter yang optimum, baik dari segi volume sampel, volume tawas dan waktu
untuk elektrokoagulasi. Hasil percobaan tahap pertama ini digunakan sebagai
acuan untuk mengkaji berapa banyak penambahan larutan tawas ke dalam sampel
untuk proses elektrokoagulasi sehingga dapat menghasilkan air jernih. Tahap
kedua adalah merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot
untuk menghasilkan air bersih yang menggunakan parameter-parameter optimum
hasil percobaan tahap pertama. Model yang dirancang menggunakan beberapa
bak, yaitu bak 1 sampel, bak 2 proses elektrokoagulasi, bak 3 filtrasi, bak 4
kontrol dan bak 5 air bersih, dengan kecepatan alir 1 liter/menit. Sebagai
elektroda digunakan plat aluminium dengan jumlah plat adalah 4 buah (2 katoda
dan 2 anoda) pada jarak 6 cm. Untuk mempercepat terjadinya koagulasi dan
flokulasi, pada sampel ditambahkan larutan aluminium sulfat (tawas 17 %)
sebanyak 10 ml/l sampel, dengan kadar 1000 ppm tawas yang telah dipasarkan.
Hasil uji coba menggunakan model menunjukkan bahwa terdapat kenaikan pH
mendekati netral dan penurunan warna, turbidity, COD, BOD, total organik dan
kandungan logam Al, Fe, Mn, Zn, Cd dan Cu yang cukup signifikan.
Kata Kunci :
Metode elektrokoagulasi,
Pengolahan Air Gambut.
Elektroda Al,
Disain Model,
Universitas Sumatera Utara
12
ABSTRACT
Electrocoagulation method have used many for the processing of / purification of
water (waste water, river water and also peat water). But model processing peat
water in pilot scale with electrocoagulation method not yet many developed. In
this research have been designed by a model for the processing of peat water in
pilot scale with electrocoagulation method. Peat water used as sampel remember
peat water represent the source standard water of very potential especially in this
part of is big of Kalimantan island and some of Sumatra island. Location intake of
sampel located in Hutabalang countryside District of Badiri Sub-Province
Tapanuli Tengah of Province North Sumatra. Research done in two phase.
Experiment of first Phase done in laboratory scale use glass beaker to know
optimum parameter, either from facet sample volume, alum volume and time for
the electrocoagulation. Result of experiment of this first phase used as reference to
study how many addition of alum solution into sample for the process of
electrocoagulation so that can yield clean water. Second is design a processing
model peat water in pilot scale to yield clean water which use optimum parameter
result of experiment of first phase. designed model use some basin, that is basin 1
sampel, basin 2 electrocoagulation process, basin 3 filtration, basin 4 control and
basin 5 clean water, with speed emit a stream of 1 litre/minute. As electrode used
aluminium plate with amount of plate is 4 ( 2 cathode and 2 anode) at distance 6
cm. To quicken the happening of coagulation and floculation, at sampel enhanced
aluminium sulphate solution ( alum 17 %) counted 10 ml/ l sampel, with rate 1000
ppm alum which have been marketed. Result of test-drive use model indicate that
there are increase of pH come near neutral and degradation of colour, turbidity,
COD, BOD, organic total and content metal of Al, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu which
enough significant.
Keyword : Electrocoagulation Method, Electrode Al, Design Model, Peat
Water Treatment.
Universitas Sumatera Utara
13
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK .................................................................................................
i
ABSTRAC....................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR................................................................................
iii
DAFTAR ISI...............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN........................................................................
1.1 Latar Belakang........................................................................
1.2 Permasalahan..........................................................................
1.3 Pembatasan masalah...............................................................
1.4 Tujuan Penelitian.....................................................................
1.5 Manfaat Penelitian...................................................................
1
1
6
7
7
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................
2.1 Air Gambut..............................................................................
2.1.1 Karakteristik Air Gambut..............................................
2.1.2 Pengolahan Air Gambut.................................................
2.1.3 Alternatif Proses Pengolahan Air Gambut.....................
2.2 Proses Elektrokoagulasi...........................................................
2.2.1 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi.............................
2.2.2 Pelarutan Logam di Elektroda.......................................
2.2.3 Reaksi Di Elektroda......................................................
2.2.4 Sel Elektrokimia.............................................................
2.2.5 Proses Koagulasi............................................................
2.2.6 Proses Flokulasi.............................................................
2.2.7 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Koagulasi dan
Flokulasi..........................................................................
2.3 Tinjauan Koloid.......................................................................
2.3.1 Kestabilan Koloid...........................................................
2.3.2 Destabilisasi Partikel Koloid..........................................
2.3.3 Konsep Potensial Zeta.....................................................
2.4 Tawas (Alum)..........................................................................
2.5 pH............................................................................................
2.6 Warna......................................................................................
2.7 Turbidity.................................................................................
2.8 COD dan BOD........................................................................
2.9 Logam - Logam Dalam Air.....................................................
2.9.1 Logam Al......................................................................
2.9.2 Logam Zn......................................................................
2.9.3 Logam Fe......................................................................
8
8
8
12
14
16
20
21
22
24
25
28
28
32
33
33
37
38
38
39
40
41
43
43
43
44
Universitas Sumatera Utara
14
2.9.4 Logam Mn.....................................................................
2.9.5 Logam Cu......................................................................
2.9.6 Logam Cd......................................................................
2.10 Total Organik.........................................................................
44
45
45
46
BAB III METODE PENELITIAN............................................................
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian....................................................
3.2 Bahan dan Alat Penelitian........................................................
3.3 Pengambilan Sampel................................................................
3.4 Diagram Alir Penelitian............................................................
3.5 Model Pengolahan Air Gambut................................................
3.6 Prosedur Penelitian...................................................................
47
47
48
50
53
57
60
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................
4.1 Skala Laboratorium...................................................................
4.2 Skala Pilot.................................................................................
4.3 Proses Elektrokoagulasi Dengan Penambahan Larutan Tawas
4.4 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi........................................
4.5 Biaya Operasional Model.........................................................
61
61
64
68
70
72
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN....................................................
5.1 Kesimpulan.................................................................................
5.2 Saran...........................................................................................
74
74
75
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
76
Universitas Sumatera Utara
15
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
2.1
Halaman
Karakteristik Air Gambut Dari Berbagai Lokasi di Sumatera
dan Kalimantan…………………………………………………..
12
4.1
Pengaruh Elektrokoagulasi terhadap pengolahan air gambut……
62
4.2
Pengaruh larutan tawas terhadap pengolahan air gambut………..
62
4.3
Elektrokoagulasi air gambut dengan penambahan larutan tawas..
63
4.4
Karakteristik air gambut, sebelum dan sesudah diolah
dengan metode elektrokoagulasi + larutan tawas
(hasil ujicoba skala lab.).................................................................
64
Pengolahan air gambut dengan elektrokoagulasi + larutan
Tawas 10 ml/L air gambut dengan kecepatan alir 1 L/menit
(hasil uji coba ke model, skala pilot).............................................
66
Karakteristik air gambut, sebelum dan sesudah diolah
dengan metode elektrokoagulasi + larutan tawas
(hasil ujicoba menggunakan model yang telah dirancang)............
67
4.5
4.6
.
Universitas Sumatera Utara
16
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Struktur Model Asam Humat Berdasarkan Stevenson (1982)……
10
2.2
Struktur Model Asam Fulvik Berdasarkan Buffle et al (1977)…...
10
2.3
Komponen Kimia Humus…………………………………………
11
2.4
Perinsip Proses Elektrokoagulasi………………………………….
17
2.5
Diagram Venn……………………………………………………..
18
2.6
Mekanisme dalam Elektrokoagulasi……………………………….
21
2.7
Gaya - Gaya Yang Terjadi Pada Interaksi Antar Partikel Koloid…
26
2.8
Pengurangan Gaya Tolak Menolak oleh Ion-Ion Aluminium……..
27
2.9
Terjadinya proses ”Sweep-Floc” (Duan, 2003)................................
36
2.10
Skema reaksi antar partikel koloid dengan poly elektrolit…………
37
3.1
Penentuan Titik-Titik Pengambilan Sampel……………………..…
51
3.2
Peta Lokasi Pengambilan Sampel………………………………….
52
3.3
Diagram Alir Penelitian Skala laboratorium……………………….
54
3.4
Diagram Alir Penelitian Skala Pilot………………………………..
56
3.5
Model Pengolahan Air Gambut Dalam Skala Pilot………………..
59
4.1
Ilustrasi Mekanisme Flokulasi ………………………………….......
71
Universitas Sumatera Utara
17
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1
pH………………………………………………………
80
2
Turbidity (Kekeruhan)……………………………….…
81
3
Total Organik……………………………………….......
82
4
Warna…………………………………………………...
83
5
Hasil Analisa Logam (Cu, Zn, Fe, Mn, Cd, Pb)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk pengambilan sampel I............................................
90
Hasil Analisa Logam (Cu, Zn, Fe, Mn, Cd, Pb)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk Pengambilan Sampel II.........................................
102
Hasil Analisa Logam (Fe, Zn, Mn, Cd, Cu)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk Pengambilan Sampel III.........................................
114
6
7
8
9
10
11
12
Hasil Analisa Logam Al dengan SSA untuk
Pengambilan Sampel I, II, dan III...................................
126
KepMenKes RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002
Tanggal 29 Juli 2002, Tentang PERSYARATAN
KUALITAS AIR MINUM..............................................
130
Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001
Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian
Pencemaran Air.................................................................
132
Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia
Nomor : 416/MENKES/PER/IX/1990 Tanggal :
3 September 1990 Tentang Persyaratan Kualitas
Air Minum dan Air Bersih................................................
134
Dokumentasi (foto-foto) model fisik (lokasi
pengambilan sampel dan perangkat model
pengolahan air gambut dalam skala pilot).........................
135
Universitas Sumatera Utara
11
ABSTRAK
Metode Elektrokoagulasi telah banyak digunakan untuk pengolahan / pemurnian
air (air limbah, air sungai maupun air gambut). Namun model pengolahan air
gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi belum banyak
dikembangkan. Dalam penelitian ini telah dirancang suatu model untuk
pengolahan air gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi. Air
gambut digunakan sebagai sampel mengingat air gambut merupakan sumber air
baku yang sangat potensial terutama di sebagian besar pulau Kalimantan dan
sebagian pulau Sumatera. Lokasi pengambilan sampel terletak di desa Hutabalang
Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli Tengah Propinsi Sumatera Utara.
Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Percobaan tahap pertama dilakukan dalam
skala laboratorium menggunakan beaker glass untuk mengetahui parameterparameter yang optimum, baik dari segi volume sampel, volume tawas dan waktu
untuk elektrokoagulasi. Hasil percobaan tahap pertama ini digunakan sebagai
acuan untuk mengkaji berapa banyak penambahan larutan tawas ke dalam sampel
untuk proses elektrokoagulasi sehingga dapat menghasilkan air jernih. Tahap
kedua adalah merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot
untuk menghasilkan air bersih yang menggunakan parameter-parameter optimum
hasil percobaan tahap pertama. Model yang dirancang menggunakan beberapa
bak, yaitu bak 1 sampel, bak 2 proses elektrokoagulasi, bak 3 filtrasi, bak 4
kontrol dan bak 5 air bersih, dengan kecepatan alir 1 liter/menit. Sebagai
elektroda digunakan plat aluminium dengan jumlah plat adalah 4 buah (2 katoda
dan 2 anoda) pada jarak 6 cm. Untuk mempercepat terjadinya koagulasi dan
flokulasi, pada sampel ditambahkan larutan aluminium sulfat (tawas 17 %)
sebanyak 10 ml/l sampel, dengan kadar 1000 ppm tawas yang telah dipasarkan.
Hasil uji coba menggunakan model menunjukkan bahwa terdapat kenaikan pH
mendekati netral dan penurunan warna, turbidity, COD, BOD, total organik dan
kandungan logam Al, Fe, Mn, Zn, Cd dan Cu yang cukup signifikan.
Kata Kunci :
Metode elektrokoagulasi,
Pengolahan Air Gambut.
Elektroda Al,
Disain Model,
Universitas Sumatera Utara
12
ABSTRACT
Electrocoagulation method have used many for the processing of / purification of
water (waste water, river water and also peat water). But model processing peat
water in pilot scale with electrocoagulation method not yet many developed. In
this research have been designed by a model for the processing of peat water in
pilot scale with electrocoagulation method. Peat water used as sampel remember
peat water represent the source standard water of very potential especially in this
part of is big of Kalimantan island and some of Sumatra island. Location intake of
sampel located in Hutabalang countryside District of Badiri Sub-Province
Tapanuli Tengah of Province North Sumatra. Research done in two phase.
Experiment of first Phase done in laboratory scale use glass beaker to know
optimum parameter, either from facet sample volume, alum volume and time for
the electrocoagulation. Result of experiment of this first phase used as reference to
study how many addition of alum solution into sample for the process of
electrocoagulation so that can yield clean water. Second is design a processing
model peat water in pilot scale to yield clean water which use optimum parameter
result of experiment of first phase. designed model use some basin, that is basin 1
sampel, basin 2 electrocoagulation process, basin 3 filtration, basin 4 control and
basin 5 clean water, with speed emit a stream of 1 litre/minute. As electrode used
aluminium plate with amount of plate is 4 ( 2 cathode and 2 anode) at distance 6
cm. To quicken the happening of coagulation and floculation, at sampel enhanced
aluminium sulphate solution ( alum 17 %) counted 10 ml/ l sampel, with rate 1000
ppm alum which have been marketed. Result of test-drive use model indicate that
there are increase of pH come near neutral and degradation of colour, turbidity,
COD, BOD, organic total and content metal of Al, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu which
enough significant.
Keyword : Electrocoagulation Method, Electrode Al, Design Model, Peat
Water Treatment.
Universitas Sumatera Utara
18
BAB I
PENDAHULUAN
I. 1 Latar Belakang
Air bersih merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia yang diperoleh
dari berbagai sumber, tergantung pada kondisi daerah setempat. Kondisi sumber
air pada setiap daerah berbeda-beda, tergantung pada keadaan alam dan kegiatan
manusia yang terdapat di daerah tersebut. Penduduk yang tinggal di daerah
dataran rendah dan berawa seperti di Sumatera dan Kalimantan menghadapi
kesulitan memperoleh air bersih untuk keperluan rumah tangga, terutama air
minum. Hal ini karena sumber air di daerah tersebut adalah air gambut yang
berdasarkan parameter baku mutu air tidak memenuhi persyaratan kualitas air
bersih.
Air gambut mengandung senyawa organik terlarut yang menyebabkan air
menjadi berwarna coklat dan bersifat asam, sehingga perlu pengolahan khusus
sebelum siap untuk dikonsumsi. Senyawa organik tersebut adalah asam humus
yang terdiri dari asam humat, asam fulvat dan humin. Asam humus adalah
senyawa organik dengan berat molekul tinggi dan berwarna coklat sampai
kehitaman, terbentuk karena pembusukan tanaman dan hewan, sangat tahan
terhadap mikroorganisme dalam waktu yang cukup lama (Notodarmojo, 1994).
Air gambut di Indonesia merupakan salah satu sumber daya air yang masih
melimpah, kajian pusat Sumber Daya Geologi Departemen Energi dan Sumber
Daya Mineral melaporkan bahwa sampai tahun 2006 sumber daya lahan gambut
di Indonesia mencakup luas 26 juta ha yang tersebar di pulau kalimantan (± 50
%), Sumatera (± 40 %) sedangkan sisanya tersebar di papua dan pulau-pulau
lainnya. Dan untuk lahan gambut Indonesia menempati posisi ke – 4 terluas
setelah Canada, Rusia dan Amerika Serikat (Tjahjono, 2007).
Berdasarkan data di atas, air gambut di Indonesia secara kuantitatif sangat
potensial untuk dikelola sebagai sumber daya air yang dapat diolah menjadi air
bersih atau air minum. Namun secara kualitatif penggunaan air gambut masih
banyak mengalami kendala. Beberapa kendala penggunaannya sebagai air bersih
Universitas Sumatera Utara
19
adalah warna, tingkat kekeruhan, dan zat organik yang tinggi sehingga sangat
tidak layak untuk digunakan sebagai air bersih.
Kenyataan di atas dihadapi oleh masyarakat yang tinggal di area gambut
yang masih cukup luas di daerah Tapanuli Tengah, khususnya di kecamatan
Badiri. Masyarakat yang tinggal di areal gambut tersebut masih menggunakan air
gambut untuk keperluan sehari-harinya tanpa melalui proses pengolahan terlebih
dahulu.
Kondisi ini mendorong timbulnya penelitian-penelitian baru dalam
pengolahan air gambut, sehingga dapat dimanfaatkan sesuai standar air bersih
yang berlaku karena air gambut merupakan salah satu sumber air permukaan
yang dapat digunakan sebagai air baku pengolahan air bersih. Air gambut baik
sebagai air permukaan maupun air tanah umumnya memiliki kualitas yang tidak
memenuhi persyaratan kualitas air bersih yang distandarkan oleh Departemen
Kesehatan Republik Indonesia, karena :
1. Berwarna kuning/merah kecoklatan
2. Tingkat keasaman tinggi, sehingga kurang enak diminum.
3. Zat organik tinggi sehingga menimbulkan bau.
Air gambut yang berwarna kuning/merah kecoklatan disebabkan oleh
kandungan organik yang merupakan partikel koloid bermuatan negatif dan sulit
dipisahkan dari cairannya karena ukurannya sangat kecil dan mempunyai sifat
muatan listrik pada permukaannya yang menyebabkan partikel stabil. Salah satu
cara pendestabilisasian partikel koloid ini yaitu melalui proses koagulasi dengan
bantuan garam-garam yang mengandung ion-ion logam bervalensi tiga, seperti
besi dan aluminium sebagai koagulan, sehingga proses pengolahan air gambut ini
dapat dilakukan dengan cara elektrolisa yang disebut dengan elektrokoagulasi (D.
Ghernaout et al., 2009). Koagulasi adalah proses yang penting dalam proses
pengolahan air secara konvensional, dimana proses ini bersamaan dengan proses
lain seperti sedimentasi dan filtrasi. Tujuan utama proses koagulasi adalah untuk
mendestabilisasi partikel sehingga dapat bergabung dengan partikel lain untuk
membentuk agregat yang lebih besar yang akan lebih mudah mengendap.
Proses elektrokoagulasi ini dilakukan dengan cara memasukkan elektroda
dari lempengan logam aluminium (Al) ke dalam elektrolit (air baku) pada suatu
Universitas Sumatera Utara
20
bak persegi empat. Lempengan aluminium tersebut disusun secara paralel dengan
suatu jarak tertentu dan dialiri dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus
listrik tersebut, aluminium akan dipisahkan dari anoda dan sedikit demi sedikit
akan larut ke dalam air membentuk ion Al3+ yang akan bereaksi dengan air
(hidrolisa) sebelum terjadi presipitasi Al(OH)3, sedangkan pada katoda terbentuk
gas hidrogen.
Penelitian mengenai pengolahan air gambut sudah pernah dilakukan
sebelumnya antara lain :
Pengolahan air gambut dengan menggunakan protein biji kelor sebagai
koagulan untuk perjernihan warna air gambut (Chaidir, Z. et al., 1999).
Pemisahan berbasis membran yang sering digunakan untuk pengolahan air
gambut adalah membran reverse osmosis (RO). Pemanfaatan ini merupakan
teknologi baru dalam mengolah air gambut menjadi air minum. Salah satu
keunggulan teknologi ini adalah kemurnian produk yang dihasilkan lebih baik dari
proses konvensional (Syafran, 2005).
Mengolah air gambut asin dengan teknik dan proses filtrasi yang panjang
dan dikombinasikan dengan unit desalinasi. Proses pertama terjadi di tangki
clarifier yang berfungsi menjernihkan dan menaikkan pH menjadi 8-9 melalui
pemberian abu soda atau kapur tohor yang dilarutkan. Untuk mempercepat proses
pengendapan dapat digunakan tawas atau PAC dengan diaduk searah sekitar 5
menit. Air yang telah jernih dialirkan ke bak pengendap 1 dan 2. Pada tahap
selanjutnya dilakukan proses oksidasi dengan kalium permanganat. Air yang telah
jernih, tidak berbau dan berwarna, kemudian disaring lagi dengan menggunakan
saringan mikro dengan ukuran 0,1 – 0,5 µm. Air olahan yang telah jernih, tawar
tidak berbau, dan bebas bakteri ditampung dalam bak penampung air bersih dan
sudah dapat langsung diminum. Sistem pengolahan menelan biaya sekitar 350 juta
ini mampu menghasilkan 170 galon air siap minum dalam 8 jam operasional
(BPPT, 2006)
Metode pertukaran ion menggunakan resin MEIXR dapat menghilangkan
warna sejati air (asam humat dan fulvat) dari 109 Pt-Co menjadi 1 Pt-Co. Dengan
mempertimbangkan sebagian besar pengolahan air di Indonesia masih
menggunakan sistem konvensional. Cara pengolahan air secara konvensional /
Universitas Sumatera Utara
21
pengolahan lengkap (koagulasi – flokulasi – sedimentasi – filtrasi – netralisasi dan
desinfektan) dapat digunakan untuk menghilangkan warna terutama pembentuk
warna semu sekitar
80 %, efisiensi penghilangan warna akan lebih efektif jika
dilakukan modifikasi dan tambahan proses seperti aplikasi karbon aktif, reaksi
redoks, dan koagulan – flokulan aid (Pararaja, 2007).
Efektifitas proses elektrokoagulasi untuk memindahkan (removing) zat-zat
organik dari limbah rumah potong hewan menggunakan sel-sel elektrolitik
(electrolytic cells) monopolar dan bipolar. Hasil menunjukkan bahwa pencapaian
(performance) terbaik diperoleh menggunakan sistem elektroda baja (mild steel)
bipolar yang dioperasikan pada intensitas arus 0,3 A selama 60-90 menit. Berhasil
menurunkan BOD sebesar 86 ± 1%, lemak dan minyak sebesar 99 ± 1%, COD
sebesar 50 ± 4%, TSS (total suspended solid) sebesar 89 ± 4% dan Turbidity
sebesar 90 ± 4%. Total biaya yang dibutuhkan 0,71 USD $ / m3 limbah rumah
potong hewan, (Asselin, M., 2008).
Menyelidiki efek pH awal untuk menurunkan unsur-unsur humus dari air
limbah dengan proses elektrokoagulasi. Efek dari pH awal pada sistem
elektrokoagulasi bisa duakali lipat, yaitu distribusi produk hidrolisis aluminium,
transformasi unsur-unsur humus yang terkait ke pH awal dan akhirnya efek dari
lapisan gel khususnya pada konsentrasi unsur-unsur humus yang tinggi dan pH
awal yang tinggi yang dibentuk pada permukaan anoda. Hasil pengamatan
menunjukkan bahwa konsentrasi awal unsur-unsur humus dan pH awal sangat
efektif pada efisiensi dan tingkat penurunan. pH awal air limbah telah disesuaikan
5,0 dan efisiensi penurunan yang tinggi telah diamati. Sehingga sistem
elektrokoagulasi akan dioperasikan pada pH rendah yaitu 5,0 pada konsentrasi
unsur-unsur humus yang tinggi, (Koparal, A.S., 2008).
Dari penelitian-penelitian terdahulu yang telah dilakukan terhadap air baku
air gambut dapat disimpulkan bahwa :
•
Secara kuantitatif air gambut merupakan sumber air baku yang sangat
potensial untuk dikelola sebagai sumber daya air yang dapat diolah menjadi
air bersih maupun air minum, terutama di sebagian besar pulau Kalimantan
dan sebagian pulau Sumatera.
Universitas Sumatera Utara
22
•
Perlu pengolahan terlebih dahulu dalam pemanfaatan air gambut sebagai air
bersih, karena pada umumnya kualitas air gambut mempunyai kandungan
organik, warna dan derajat keasaman yang tinggi.
•
Proses elektrokoagulasi dapat dipakai sebagai salah satu alternatif untuk
memperbaiki kualitas air gambut karena dapat menurunkan kandungan
organik, kekeruhan dan warna. Menurut Irianto bahwa air gambut sulit diolah
secara koagulasi konvensional karena kandungan kation partikel tersuspensi
yang rendah.
•
Ditinjau dari persyaratan kualitas air yang ditetapkan pada dasarnya
penelitian-penelitian
terdahulu
sudah
dapat
menurunkan
beberapa
karakteristik penting dari air gambut, namun ditinjau dari segi ekonomis masih
kurang memuaskan.
Dari kendala-kendala yang ada maka prospek yang dianjurkan dalam
penelitian ini yaitu sebagai salah satu alternatif pengganti beban kebutuhan bahan
kimia dalam pengolahan air gambut dan lebih efisien dari segi operasi dan
pemeliharaan. Dengan melihat hasil tersebut maka pada penelitian ini akan
dirancang suatu model untuk pengolahan air gambut untuk menghasilkan air
bersih dengan proses elektrokoagulasi dalam skala pilot.
Sebagai suatu alternatif pengganti proses yang ketergantungan terhadap
bahan kimia, maka proses elektrokoagulasi ini perlu direncanakan dengan baik
agar
memberikan
hasil
yang
optimum
dan
lebih
efektif
dengan
mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi elektroda yang akan
menentukan pemakaian daya listrik, yaitu : variabel elektroda, meliputi : jenis,
jumlah, dan jarak antar elektroda. Dan variabel listrik, meliputi : arus, tegangan,
dan kecepatan alir.
I.2 Permasalahan
Sumber air bersih untuk dikonsumsi sangat sulit dan jauh diperoleh di
daerah lahan gambut terutama di desa Hutabalang kecamatan Badiri kabupaten
Tapanuli Tengah, hal ini karena sumber air yang tersedia adalah air gambut. Air
gambut yang berwarna kuning, merah kecoklatan dan hitam disebabkan oleh
Universitas Sumatera Utara
23
senyawa-senyawa organik. Senyawa organik tersebut bersifat asam sehingga
umumnya logam-logam terlarut dalam bentuk mikroelement di dalam air gambut.
Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka permasalahan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mendapatkan air bersih di lahan gambut
yang sesuai dengan
persyaratan kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan RI
No. 416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal 3 September 1990, dengan sumber
air baku dari air gambut.
2. Bagaimana merancang model yang praktis dan efisien yang dapat digunakan
untuk mengolah air gambut menjadi air bersih di lahan gambut.
3. Apakah model yang dirancang dengan proses elektrokoagulasi dan
penambahan larutan tawas dapat mengolah air gambut menjadi air bersih yang
efektif dan efisien.
I.3 Pembatasan Masalah
Pengolahan air gambut menjadi air bersih yang dapat dikonsumsi sesuai
dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal
3 September 1990 tentang persyaratan kualitas air bersih. Pada penelitian ini
parameter yang akan dianalisis adalah : pH, Warna, Kekeruhan, COD, BOD,
Total organik, Logam Al, Fe, Zn, Mn, Cd, dan Cu.
1.4 Tujuan Penelitian
Merancang suatu model pengolahan air gambut dengan menggunakan
metode elektrokoagulasi untuk menghasilkan air bersih, yang sesuai dengan
persyaratan kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan RI No.
416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal 3 September 1990.
Khususnya :
1. Merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot yang efektif
dan efisien.
2. Merancang berapa besar kecepatan alir yang optimum yang diperlukan model,
untuk menghasilkan air bersih.
Universitas Sumatera Utara
24
I.5 Manfaat Penelitian
1.
Memberikan suatu alternatif pengolahan air gambut pada daerah-daerah atau
kawasan yang sumber air bersih sulit diperoleh terutama dikawasan gambut.
2.
Sebagai suatu studi untuk mengatasi masalah dalam pengadaan air bersih
melalui pengolahan air gambut khususnya di kabupaten Tapanuli Tengah.
3.
model yang dirancang dapat mengolah air gambut dalam skala pilot untuk
menghasilkan air bersih dengan metode elektrokoagulasi dan penambahan
larutan tawas dengan kecepatan alir 1 L/menit.
4.
Model dapat diaplikasikan langsung di lapangan baik untuk konsumsi rumah
tangga maupun untuk skala industri.
Universitas Sumatera Utara
25
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Gambut
2.1.1 Karakteristik Air Gambut
Air gambut adalah air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa
maupun dataran rendah terutama di Sumatera dan Kalimantan, yang mempunyai
ciri-ciri sebagai berikut (Kusnaedi, 2006) :
•
Intensitas warna yang tinggi (berwarna merah kecoklatan)
•
pH yang rendah
•
Kandungan zat organik yang tinggi
•
Kekeruhan dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah
•
Kandungan kation yang rendah
Warna coklat kemerahan pada air gambut merupakan akibat dari tingginya
kandungan zat organik (bahan humus) terlarut
terutama dalam bentuk asam
humus dan turunannya. Asam humus tersebut berasal dari dekomposisi bahan
organik seperti daun, pohon atau kayu dengan berbagai tingkat dekomposisi,
namun secara umum telah mencapai dekomposisi yang stabil (Syarfi, 2007).
Dalam berbagai kasus, warna akan semakin tinggi karena disebabkan oleh adanya
logam besi yang terikat oleh asam-asam organik yang terlarut dalam air tersebut.
Struktur gambut yang lembut dan mempunyai pori-pori menyebabkannya
mudah untuk menahan air dan air pada lahan gambut tersebut dikenal dengan air
gambut. Berdasarkan sumber airnya, lahan gambut dibedakan menjadi dua yaitu
(Trckova, M., 2005) :
1. Bog
Merupakan jenis lahan gambut yang sumber airnya berasal dari air hujan dan
air permukaan. Karena air hujan mempunyai pH yang agak asam maka setelah
bercampur dengan gambut akan bersifat asam dan warnanya coklat karena
terdapat kandungan organik.
2. Fen
Merupakan lahan gambut yang sumber airnya berasal dari air tanah yang
biasanya dikontaminasi oleh mineral sehingga pH air gambut tersebut
memiliki pH netral dan basa.
Universitas Sumatera Utara
26
Berdasarkan kelarutannya dalam alkali dan asam, asam humus dibagi
dalam tiga fraksi utama yaitu (Pansu, 2006) :
1. Asam humat
Asam humat atau humus dapat didefinisikan sebagai hasil akhir dekomposisi
bahan organik oleh organisme secara aerobik. Ciri-ciri dari asam humus ini antara
lain:
•
Asam ini mempunyai berat molekul 10.000 hingga 100.000 g/mol (Collet,
2007).
•
Merupakan makromolekul aromatik komplek dengan asam amino, gula
amino, peptide, serta komponen alifatik yang posisinya berada antara
kelompok aromatik (Gambar 2.1).
•
Merupakan bagian dari humus yang bersifat tidak larut dalam air pada kondisi
pH < 2 tetapi larut pada pH yang lebih tinggi.
•
Bisa diekstraksi dari tanah dengan bermacam reagen dan tidak larut dalam
larutan asam.
•
Asam humat adalah bagian yang paling mudak diekstrak diantara komponen
humus lainnya.
•
Mempunyai warna yang bervariasi mulai dari coklat pekat sampai abu-abu
pekat.
•
Humus tanah gambut mengandung lebih banyak asam humat (Stevenson,
1982).
•
Asam humus merupakan senyawa organik yang sangat kompleks, yang secara
umum memiliki ikatan aromatik yang panjang dan nonbiodegradable yang
merupakan hasil oksidasi dari senyawa lignin (gugus fenolik).
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar 2.1 Struktur model asam humat berdasarkan Stevenson (1982).
2. Asam fulvat
Asam fulvat merupakan senyawa asam organik alami yang berasal dari
humus, larut dalam air, sering ditemukan dalam air permukaan dengan berat
molekul yang rendah yaitu antara rentang 1000 hingga 10.000 (Collet, 2007).
Bersifat larut dalam air pada semua kondisi pH dan akan berada dalam larutan
setelah proses penyisihan asam humat melalui proses asidifikasi. Warnanya
bervariasi mulai dari kuning sampai kuning kecoklatan. Struktur model asam
fulvik dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Struktur model asam fulvik berdasarkan Buffle (1977)
3. Humin
Kompleks humin dianggap sebagai molekul paling besar dari senyawa humus
karena rentang berat molekulnya mencapai 100.000 hingga 10.000.000.
Sedangkan sifat kimia dan fisika humin belum banyak diketahui (Tan, 1982). Tan
Universitas Sumatera Utara
28
juga menyatakan bahwa karakteristik humin adalah berwarna coklat gelap, tidak
larut dalam asam dan basa, dan sangat resisten akan serangan mikroba. Tidak
dapat diekstrak oleh asam maupun basa.
Perbedaan antara asam humat, asam fulvat dan humin bisa dijelaskan
melalui variasi berat molekul, keberadaan group fungsional seperti karboksil dan
fenolik dengan tingkat polimerisasi (Gambar 2.3)
Humic Substances
(pigmented polymers)
Fulvic acid
Light
yellow
Humic acid
Yellow
brown
Dark
brown
Humin
Grey
black
Black
Increase in intensity of colour
Increase in degree of polymerization
Increase in molecular weight
Increase in carbon content
Decrease in oxygen content
Decrease in exchange acidity
Decrease in degree of solubility
2 000
45 %
48 %
1 400
300 000 ?
62 %
30 %
500
Chemical properties of humic substances (Stevenson, 1982)
Gambar 2.3 Komponen Kimia Humus
Dari Gambar 2.3 diketahui bahwa kandungan karbon dan oksigen, asiditas
dan derajat polimerisasi semuanya berubah secara sistematik dengan peningkatan
berat molekul.
Asam fulvik dengan berat molekul yang rendah memiliki
kandungan oksigen yang lebih tinggi dan kandungan karbon yang rendah jika
dibandingkan dengan asam humat dengan berat molekul yang tinggi. Warna
juga akan semakin tinggi dengan semakin tingginya berat molekul.
Bahan organik tanah dan tanamam berada dalam bentuk koloid. Dan
berdasarkan kemudahan berikatan dengan air maka, bahan organik dapat
dibedakan atas hidrofobik (tidak suka air) dan hidrofilik (suka air). Koloid
hidrofobik dapat diflokulasi, sedangan koloid hidrofilik biasanya tidak. Koloid
tanaman kebanyakan bersifat hidrofilik sehingga sulit untuk dikoagulasi secara
konvensional (Tan, 1991).
Universitas Sumatera Utara
29
Tabel 2.1
No
Karakteristik Air Gambut dari Berbagai Lokasi di Sumatera &
Kalimantan.
Parameter
1
2
3
4
5
Warna
Kekeruhan
DHL
pH
Zat Organik
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Kesadahan
Kalsium
Magnesium
Besi
Mangan
Chlorida
SO4
HCO3
CO2 agresif
Satuan
PtCo
mg/L SiO2
µ mho/cm
mg/L
KMnO4
O
D
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Air Gambut
Kalsel
Kalbar
Kalteng
753
32
4.1
527
0
30
3.9
725
0.5
50
3.6
278
2.05
8.83
11.11
-
194
0.48
2.1
5.48
51.4
-
172
5.1
31
Riau
Syarat Air
Minum
Menkes
1315
5
78
5
1125
9
75
4
15
5
6.5-8.5
290
5.5
4.5
20.9
162
11.2
-
243
1.4
6.2
18
80.6
10
500
0.3
0.1
250
400
-
Sumsel
Sumber : Puslitbang Pemukiman (Irianto,1998).
Karakteristik air gambut bersifat spesifik, bergantung pada lokasi, jenis
vegetasi dan jenis tanah tempat air gambut tersebut berada, ketebalan gambut, usia
gambut, dan cuaca. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.1 karakteristik air gambut
dari sebagian wilayah Indonesia yang merupakan hasil penelitian Puslitbang
Pemukiman bekerja sama dengan PAU ITB (Irianto, 1998).
2.1.2 Pengolahan Air Gambut
Karakteristik air gambut seperti yang telah disebutkan di atas
menunjukkan bahwa air gambut kurang menguntungkan untuk dijadikan air
minum bagi masyarakat di daerah berawa. Namun karena jumlah air gambut
tersebut sangat banyak dan dominan berada di daerah tersebut maka harus bisa
menjadi alternatif sumber air minum masyarakat. Kondisi yang kurang
menguntungkan dari segi kesehatan adalah sebagai berikut :
•
Kadar keasaman pH yang rendah dapat menyebabkan kerusakan gigi dan sakit
perut.
Universitas Sumatera Utara
30
•
Kandungan organik yang tinggi dapat menjadi sumber makanan bagi
mikroorganisma dalam air, sehingga dapat menimbulkan bau apabila bahan
organik tersebut terurai secara biologi, (Wagner, 2001).
•
Apabila dalam pengolahan air gambut tersebut digunakan klor sebagai
desinfektan, akan terbentuk trihalometan (THM’S) seperti senyawa argonoklor
yang dapat bersifat karsinogenik (kelarutan logam dalam air semakin tinggi
bila pH semakin rendah), (Wagner, 2001).
•
Ikatannya yang kuat dengan logam (Besi dan Mangan) menyebabkan
kandungan logam dalam air tinggi dan dapat menimbulkan kematian jika
dikonsumsi secara terus menerus (Wagner, 2001).
Metode pertukaran ion menggunakan resin MEIXR dapat menghilangkan
warna sejati air (asam humat dan fulvat) dari 109 Pt-Co menjadi 1 Pt-Co. Dengan
mempertimbangkan sebagian besar pengolahan air di Indonesia masih
menggunakan sistem konvensional. Cara pengolahan air secara konvensional /
pengolahan lengkap (koagulasi – flokulasi – sedimentasi – filtrasi – netralisasi dan
desinfektan) dapat digunakan untuk menghilangkan warna terutama pembentuk
warna semu sekitar
80 %, efisiensi penghilangan warna akan lebih efektif jika
dilakukan modifikasi dan tambahan proses seperti aplikasi karbon aktif, reaksi
redoks, dan koagulan – flokulan aid, (Pararaja, 2007).
Efektifitas proses elektrokoagulasi untuk memindahkan (removing) zat-zat
organik dari limbah rumah potong hewan menggunakan sel-sel elektrolitik
(electrolytic cells) monopolar dan bipolar. Hasil menunjukkan bahwa pencapaian
(performance) terbaik diperoleh menggunakan sistem elektroda baja (mild steel)
bipolar yang dioperasikan pada intensitas arus 0,3 A selama 60-90 menit. Berhasil
menurunkan BOD sebesar 86 ± 1%, lemak dan minyak sebesar 99 ± 1%, COD
sebesar 50 ± 4%, TSS (total suspended solid) sebesar 89 ± 4% dan Turbidity
sebesar 90 ± 4%. Total biaya yang dibutuhkan 0,71 USD $ / m3 limbah rumah
potong hewan, (Asselin, M., 2008).
Menyelidiki efek pH awal untuk menurunkan unsur-unsur humus dari air
limbah dengan proses elektrokoagulasi. Efek dari pH awal pada sistem
elektrokoagulasi bisa duakali lipat, yaitu distribusi produk hidrolisis aluminium,
transformasi unsur-unsur humus yang terkait ke pH awal dan akhirnya efek dari
Universitas Sumatera Utara
31
lapisan gel khususnya pada konsentrasi unsur-unsur humus yang tinggi dan pH
awal yang tinggi yang dibentuk pada permukaan anoda. Hasil pengamatan
menunjukkan bahwa konsentrasi awal unsur-unsur humus dan pH awal sangat
efektif pada efisiensi dan tingkat penurunan. pH awal air limbah telah disesuaikan
5,0 dan efisiensi penurunan yang tinggi telah diamati. Sehingga sistem
elektrokoagulasi akan dioperasikan pada pH rendah yaitu 5,0 pada konsentrasi
unsur-unsur humus yang tinggi, (Koparal, A.S., 2008).
Pengolahan air gambut yang dilakukan dengan mengkombinasikan larutan
tawas dan metode elektrokoagulasi yang kemudian di ujicoba ke model. Sebelum
proses elektrokoagulasi berlangsung, air gambut terlebih dahulu dicampur dengan
larutan tawas (tawas yang dikomersialkan dengan mutu 17 %) sebanyak 10 ml/l
air gambut (kadar
MENGHASILKAN AIR BERSIH DENGAN
METODE ELEKTROKOAGULASI
DISERTASI
Oleh
SUSILAWATI
058103007/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAK. MATEMATIKA & ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
1
Universitas Sumatera Utara
2
MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT UNTUK
MENGHASILKAN AIR BERSIH DENGAN
METODE ELEKTROKOAGULASI
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor
dalam Program Studi Kimia, Konsentrasi Fisiko Kimia pada Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
SUSILAWATI
058103007/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAK. MATEMATIKA & ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
Universitas Sumatera Utara
3
Judul Disertasi
: MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT
UNTUK MENGHASILKAN AIR BERSIH
DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
NamaMahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi
Konsentrasi
:
:
:
:
Susilawati
058103007
Ilmu Kimia
Fisiko Kimia
Menyetujui
Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Zul Alfian, MSc.)
Promotor
(Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.) (Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.)
Co Promotor
Co Promotor
Ketua Program Studi S3 Kimia
Dekan,
(Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.) (Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.)
Tanggal lulus : 26 Januari 2010
Universitas Sumatera Utara
4
PROMOTOR
Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Anorganik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Fisika Komputasi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.
Staff Pengajar Tetap Ilmu Kimia Anorganik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
5
TIM PENGUJI
Ketua
: Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
Anggota
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc.
Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D.
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Fisika Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.
Guru Besar Tetap Ilmu Fisika Superkonduktor
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Yunazar Manjang
Guru Besar Tetap Ilmu Organik Bahan Alam
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas
Universitas Sumatera Utara
6
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri, dan semua sumber
baik yang dikutip maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan
benar.
Nama
: Susilawati
NIM
: 058103007
Tanda Tangan
:
Universitas Sumatera Utara
7
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
tangan di bawah ini :
Nama
: Susilawati
NIM
: 058103007
Program Studi
: Ilmu Kimia, Konsentrasi Fisiko Kimia
Jenis Karya
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul :
MODEL PENGOLAHAN AIR GAMBUT UNTUK MENGHASILKAN AIR
BERSIH DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih
media/formatkan,
mengelola
dalam
bentuk
database,
merawat
dan
mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di
: Medan
Pada Tanggal : Februari 2010
Yang Menyatakan
(Susilawati)
Universitas Sumatera Utara
8
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT,
karena atas ridho, karunia dan rahmat-Nya penelitian dan disertasi ini dapat
terlaksana dan selesai dengan baik. Disertasi ini merupakan tugas akhir penulis
pada Program Studi Ilmu Kimia Konsentrasi Fisiko Kimia Fakultas Matematika
Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Dengan selesainya disertasi ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih
yang setulus-tulusnya dan setinggi-tingginya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Chairuddin P. Lubis,
DTM&H.,Sp.A(K), atas kesempatan, bantuan biaya dan fasilitas yang diberikan
kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Doktor
di Universitas Sumatera Utara, juga atas kesediaan beliau sebagai Ketua Tim
Penguji Ujian Disertasi bagi penulis.
Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. atas kesempatan menjadi
mahasiswa dan mengikuti pendidikan program Doktor Pada Fakultas Matematika
Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan
Alam
Universitas
Sumatera
Utara,
Bapak
Prof.
Basuki
Wirjosentono, M.S., Ph.D. atas dorongan dan arahan kepada penulis selama
mengikuti pendidikan.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
penulis ucapkan kepada komisi pembimbing, Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.
(Ketua), Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc. (Anggota) dan Bapak Dr.
Hamonangan Nainggolan, M.Sc. (Anggota) yang telah banyak menyumbangkan
pikiran dan saran serta meluangkan waktu dalam proses penyelesaian disertasi ini.
Dan dengan penuh kesabaran mendorong, memotivasi dan mengarahkan penulis
sehingga disertasi ini dapat penulis selesaikan.
Terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada Dewan
Penguji dan Penilai Disertasi : Bapak Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc., Bapak Prof. Dr.
Muhammad Zarlis, M.Sc., Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc., Bapak
Universitas Sumatera Utara
9
Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D., Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.,
dan Bapak Prof. Dr. Yunazar Manjang, atas kesediaan mereka untuk menguji dan
menilai penulis.
Terima kasih yang tek terhingga juga penulis ucapkan kepada Sekretaris
Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. atas bantuan
dan arahan kepada penulis selama mengikuti pendidikan.
Terima kasih yang tak terhingga juga penulis sampaikan kepada Staf
Pengajar di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara khususnya Program Studi Ilmu Kimia.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa/I
Program Studi Ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara angkatan 2005 khususnya konsentrasi Fisiko Kimia.
Penulis juga tak lupa mengucapkan terima kasih kepada Alexon Samosir
dan Marcel, mahasiswa S1 Ilmu Kimia, Bapak Darmayanto, Ibu Jati Setiasih dan
Ibu Nona mahasiswa S2 Ilmu Kimia yang telah membantu penulis dalam
pengambilan Sampel ke Desa Hutabalang Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli
Tengah.
Secara khusus pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima
kasih dan sayang yang mendalam kepada yang amat mulia kedua orang tua
penulis, Bapak Achmadi dan Ibu Almarhumah Tumini yang telah bersusah payah
membesarkan, menyekolahkan, membiayai dan mendidik penulis dengan penuh
kasih sayang dan doa yang tiada hentinya. Demikian juga kepada bapak mertua
saya, dan almarhumah ibu mertua saya yang menyayangi kami.
Secara khusus penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tak
terhingga kepada Suami tercinta Ardiansyah Tarigan, SP., atas pengorbanan dan
kerelaannya memberikan kesempatan bagi penulis untuk menyelesaikan studi dan
dengan penuh pengertian tetap setia mendampingi penulis dalam mengatasi
berbagai masalah dalam penyelesaian disertasi ini.
Kepada anak-anakku yang
kusayangi Ayumi Kinaya br Tarigan, Abiyan Agitia Tarigan dan Ayla Hanindisti
br Tarigan, mohon maaf yang amat dalam atas keterbatasan waktu mama untuk
Universitas Sumatera Utara
10
kalian
selama mama menyelesaikan studi, terima kasih atas doa, motivasi,
dorongan dan semangat yang kalian berikan kepada mama.
Akhirnya sekali lagi penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan
yang setulus-tulusnya kepada mereka yang penulis sebutkan sebelumnya semoga
Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan perlindungan, kesehatan, limpahan
rahmat dan membalas semua kebaikan-kebaikan mereka.
Penulis menyadari bahwa disertasi ini tidak mungkin terlepas dari
kesalahan yang ada di luar kemampuan penulis. Oleh sebab itu penulis dengan
senang hati akan menerima kritik dan saran yang membangun demi
kesempurnaannya.
Medan, Januari 2010
Penulis
Universitas Sumatera Utara
11
ABSTRAK
Metode Elektrokoagulasi telah banyak digunakan untuk pengolahan / pemurnian
air (air limbah, air sungai maupun air gambut). Namun model pengolahan air
gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi belum banyak
dikembangkan. Dalam penelitian ini telah dirancang suatu model untuk
pengolahan air gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi. Air
gambut digunakan sebagai sampel mengingat air gambut merupakan sumber air
baku yang sangat potensial terutama di sebagian besar pulau Kalimantan dan
sebagian pulau Sumatera. Lokasi pengambilan sampel terletak di desa Hutabalang
Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli Tengah Propinsi Sumatera Utara.
Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Percobaan tahap pertama dilakukan dalam
skala laboratorium menggunakan beaker glass untuk mengetahui parameterparameter yang optimum, baik dari segi volume sampel, volume tawas dan waktu
untuk elektrokoagulasi. Hasil percobaan tahap pertama ini digunakan sebagai
acuan untuk mengkaji berapa banyak penambahan larutan tawas ke dalam sampel
untuk proses elektrokoagulasi sehingga dapat menghasilkan air jernih. Tahap
kedua adalah merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot
untuk menghasilkan air bersih yang menggunakan parameter-parameter optimum
hasil percobaan tahap pertama. Model yang dirancang menggunakan beberapa
bak, yaitu bak 1 sampel, bak 2 proses elektrokoagulasi, bak 3 filtrasi, bak 4
kontrol dan bak 5 air bersih, dengan kecepatan alir 1 liter/menit. Sebagai
elektroda digunakan plat aluminium dengan jumlah plat adalah 4 buah (2 katoda
dan 2 anoda) pada jarak 6 cm. Untuk mempercepat terjadinya koagulasi dan
flokulasi, pada sampel ditambahkan larutan aluminium sulfat (tawas 17 %)
sebanyak 10 ml/l sampel, dengan kadar 1000 ppm tawas yang telah dipasarkan.
Hasil uji coba menggunakan model menunjukkan bahwa terdapat kenaikan pH
mendekati netral dan penurunan warna, turbidity, COD, BOD, total organik dan
kandungan logam Al, Fe, Mn, Zn, Cd dan Cu yang cukup signifikan.
Kata Kunci :
Metode elektrokoagulasi,
Pengolahan Air Gambut.
Elektroda Al,
Disain Model,
Universitas Sumatera Utara
12
ABSTRACT
Electrocoagulation method have used many for the processing of / purification of
water (waste water, river water and also peat water). But model processing peat
water in pilot scale with electrocoagulation method not yet many developed. In
this research have been designed by a model for the processing of peat water in
pilot scale with electrocoagulation method. Peat water used as sampel remember
peat water represent the source standard water of very potential especially in this
part of is big of Kalimantan island and some of Sumatra island. Location intake of
sampel located in Hutabalang countryside District of Badiri Sub-Province
Tapanuli Tengah of Province North Sumatra. Research done in two phase.
Experiment of first Phase done in laboratory scale use glass beaker to know
optimum parameter, either from facet sample volume, alum volume and time for
the electrocoagulation. Result of experiment of this first phase used as reference to
study how many addition of alum solution into sample for the process of
electrocoagulation so that can yield clean water. Second is design a processing
model peat water in pilot scale to yield clean water which use optimum parameter
result of experiment of first phase. designed model use some basin, that is basin 1
sampel, basin 2 electrocoagulation process, basin 3 filtration, basin 4 control and
basin 5 clean water, with speed emit a stream of 1 litre/minute. As electrode used
aluminium plate with amount of plate is 4 ( 2 cathode and 2 anode) at distance 6
cm. To quicken the happening of coagulation and floculation, at sampel enhanced
aluminium sulphate solution ( alum 17 %) counted 10 ml/ l sampel, with rate 1000
ppm alum which have been marketed. Result of test-drive use model indicate that
there are increase of pH come near neutral and degradation of colour, turbidity,
COD, BOD, organic total and content metal of Al, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu which
enough significant.
Keyword : Electrocoagulation Method, Electrode Al, Design Model, Peat
Water Treatment.
Universitas Sumatera Utara
13
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK .................................................................................................
i
ABSTRAC....................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR................................................................................
iii
DAFTAR ISI...............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN........................................................................
1.1 Latar Belakang........................................................................
1.2 Permasalahan..........................................................................
1.3 Pembatasan masalah...............................................................
1.4 Tujuan Penelitian.....................................................................
1.5 Manfaat Penelitian...................................................................
1
1
6
7
7
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................
2.1 Air Gambut..............................................................................
2.1.1 Karakteristik Air Gambut..............................................
2.1.2 Pengolahan Air Gambut.................................................
2.1.3 Alternatif Proses Pengolahan Air Gambut.....................
2.2 Proses Elektrokoagulasi...........................................................
2.2.1 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi.............................
2.2.2 Pelarutan Logam di Elektroda.......................................
2.2.3 Reaksi Di Elektroda......................................................
2.2.4 Sel Elektrokimia.............................................................
2.2.5 Proses Koagulasi............................................................
2.2.6 Proses Flokulasi.............................................................
2.2.7 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Koagulasi dan
Flokulasi..........................................................................
2.3 Tinjauan Koloid.......................................................................
2.3.1 Kestabilan Koloid...........................................................
2.3.2 Destabilisasi Partikel Koloid..........................................
2.3.3 Konsep Potensial Zeta.....................................................
2.4 Tawas (Alum)..........................................................................
2.5 pH............................................................................................
2.6 Warna......................................................................................
2.7 Turbidity.................................................................................
2.8 COD dan BOD........................................................................
2.9 Logam - Logam Dalam Air.....................................................
2.9.1 Logam Al......................................................................
2.9.2 Logam Zn......................................................................
2.9.3 Logam Fe......................................................................
8
8
8
12
14
16
20
21
22
24
25
28
28
32
33
33
37
38
38
39
40
41
43
43
43
44
Universitas Sumatera Utara
14
2.9.4 Logam Mn.....................................................................
2.9.5 Logam Cu......................................................................
2.9.6 Logam Cd......................................................................
2.10 Total Organik.........................................................................
44
45
45
46
BAB III METODE PENELITIAN............................................................
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian....................................................
3.2 Bahan dan Alat Penelitian........................................................
3.3 Pengambilan Sampel................................................................
3.4 Diagram Alir Penelitian............................................................
3.5 Model Pengolahan Air Gambut................................................
3.6 Prosedur Penelitian...................................................................
47
47
48
50
53
57
60
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................
4.1 Skala Laboratorium...................................................................
4.2 Skala Pilot.................................................................................
4.3 Proses Elektrokoagulasi Dengan Penambahan Larutan Tawas
4.4 Mekanisme Dalam Elektrokoagulasi........................................
4.5 Biaya Operasional Model.........................................................
61
61
64
68
70
72
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN....................................................
5.1 Kesimpulan.................................................................................
5.2 Saran...........................................................................................
74
74
75
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
76
Universitas Sumatera Utara
15
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
2.1
Halaman
Karakteristik Air Gambut Dari Berbagai Lokasi di Sumatera
dan Kalimantan…………………………………………………..
12
4.1
Pengaruh Elektrokoagulasi terhadap pengolahan air gambut……
62
4.2
Pengaruh larutan tawas terhadap pengolahan air gambut………..
62
4.3
Elektrokoagulasi air gambut dengan penambahan larutan tawas..
63
4.4
Karakteristik air gambut, sebelum dan sesudah diolah
dengan metode elektrokoagulasi + larutan tawas
(hasil ujicoba skala lab.).................................................................
64
Pengolahan air gambut dengan elektrokoagulasi + larutan
Tawas 10 ml/L air gambut dengan kecepatan alir 1 L/menit
(hasil uji coba ke model, skala pilot).............................................
66
Karakteristik air gambut, sebelum dan sesudah diolah
dengan metode elektrokoagulasi + larutan tawas
(hasil ujicoba menggunakan model yang telah dirancang)............
67
4.5
4.6
.
Universitas Sumatera Utara
16
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Struktur Model Asam Humat Berdasarkan Stevenson (1982)……
10
2.2
Struktur Model Asam Fulvik Berdasarkan Buffle et al (1977)…...
10
2.3
Komponen Kimia Humus…………………………………………
11
2.4
Perinsip Proses Elektrokoagulasi………………………………….
17
2.5
Diagram Venn……………………………………………………..
18
2.6
Mekanisme dalam Elektrokoagulasi……………………………….
21
2.7
Gaya - Gaya Yang Terjadi Pada Interaksi Antar Partikel Koloid…
26
2.8
Pengurangan Gaya Tolak Menolak oleh Ion-Ion Aluminium……..
27
2.9
Terjadinya proses ”Sweep-Floc” (Duan, 2003)................................
36
2.10
Skema reaksi antar partikel koloid dengan poly elektrolit…………
37
3.1
Penentuan Titik-Titik Pengambilan Sampel……………………..…
51
3.2
Peta Lokasi Pengambilan Sampel………………………………….
52
3.3
Diagram Alir Penelitian Skala laboratorium……………………….
54
3.4
Diagram Alir Penelitian Skala Pilot………………………………..
56
3.5
Model Pengolahan Air Gambut Dalam Skala Pilot………………..
59
4.1
Ilustrasi Mekanisme Flokulasi ………………………………….......
71
Universitas Sumatera Utara
17
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1
pH………………………………………………………
80
2
Turbidity (Kekeruhan)……………………………….…
81
3
Total Organik……………………………………….......
82
4
Warna…………………………………………………...
83
5
Hasil Analisa Logam (Cu, Zn, Fe, Mn, Cd, Pb)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk pengambilan sampel I............................................
90
Hasil Analisa Logam (Cu, Zn, Fe, Mn, Cd, Pb)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk Pengambilan Sampel II.........................................
102
Hasil Analisa Logam (Fe, Zn, Mn, Cd, Cu)
dengan SSA, Hasil Analisa COD dan BOD
untuk Pengambilan Sampel III.........................................
114
6
7
8
9
10
11
12
Hasil Analisa Logam Al dengan SSA untuk
Pengambilan Sampel I, II, dan III...................................
126
KepMenKes RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002
Tanggal 29 Juli 2002, Tentang PERSYARATAN
KUALITAS AIR MINUM..............................................
130
Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001
Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian
Pencemaran Air.................................................................
132
Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia
Nomor : 416/MENKES/PER/IX/1990 Tanggal :
3 September 1990 Tentang Persyaratan Kualitas
Air Minum dan Air Bersih................................................
134
Dokumentasi (foto-foto) model fisik (lokasi
pengambilan sampel dan perangkat model
pengolahan air gambut dalam skala pilot).........................
135
Universitas Sumatera Utara
11
ABSTRAK
Metode Elektrokoagulasi telah banyak digunakan untuk pengolahan / pemurnian
air (air limbah, air sungai maupun air gambut). Namun model pengolahan air
gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi belum banyak
dikembangkan. Dalam penelitian ini telah dirancang suatu model untuk
pengolahan air gambut dalam skala pilot dengan metode elektrokoagulasi. Air
gambut digunakan sebagai sampel mengingat air gambut merupakan sumber air
baku yang sangat potensial terutama di sebagian besar pulau Kalimantan dan
sebagian pulau Sumatera. Lokasi pengambilan sampel terletak di desa Hutabalang
Kecamatan Badiri Kabupaten Tapanuli Tengah Propinsi Sumatera Utara.
Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Percobaan tahap pertama dilakukan dalam
skala laboratorium menggunakan beaker glass untuk mengetahui parameterparameter yang optimum, baik dari segi volume sampel, volume tawas dan waktu
untuk elektrokoagulasi. Hasil percobaan tahap pertama ini digunakan sebagai
acuan untuk mengkaji berapa banyak penambahan larutan tawas ke dalam sampel
untuk proses elektrokoagulasi sehingga dapat menghasilkan air jernih. Tahap
kedua adalah merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot
untuk menghasilkan air bersih yang menggunakan parameter-parameter optimum
hasil percobaan tahap pertama. Model yang dirancang menggunakan beberapa
bak, yaitu bak 1 sampel, bak 2 proses elektrokoagulasi, bak 3 filtrasi, bak 4
kontrol dan bak 5 air bersih, dengan kecepatan alir 1 liter/menit. Sebagai
elektroda digunakan plat aluminium dengan jumlah plat adalah 4 buah (2 katoda
dan 2 anoda) pada jarak 6 cm. Untuk mempercepat terjadinya koagulasi dan
flokulasi, pada sampel ditambahkan larutan aluminium sulfat (tawas 17 %)
sebanyak 10 ml/l sampel, dengan kadar 1000 ppm tawas yang telah dipasarkan.
Hasil uji coba menggunakan model menunjukkan bahwa terdapat kenaikan pH
mendekati netral dan penurunan warna, turbidity, COD, BOD, total organik dan
kandungan logam Al, Fe, Mn, Zn, Cd dan Cu yang cukup signifikan.
Kata Kunci :
Metode elektrokoagulasi,
Pengolahan Air Gambut.
Elektroda Al,
Disain Model,
Universitas Sumatera Utara
12
ABSTRACT
Electrocoagulation method have used many for the processing of / purification of
water (waste water, river water and also peat water). But model processing peat
water in pilot scale with electrocoagulation method not yet many developed. In
this research have been designed by a model for the processing of peat water in
pilot scale with electrocoagulation method. Peat water used as sampel remember
peat water represent the source standard water of very potential especially in this
part of is big of Kalimantan island and some of Sumatra island. Location intake of
sampel located in Hutabalang countryside District of Badiri Sub-Province
Tapanuli Tengah of Province North Sumatra. Research done in two phase.
Experiment of first Phase done in laboratory scale use glass beaker to know
optimum parameter, either from facet sample volume, alum volume and time for
the electrocoagulation. Result of experiment of this first phase used as reference to
study how many addition of alum solution into sample for the process of
electrocoagulation so that can yield clean water. Second is design a processing
model peat water in pilot scale to yield clean water which use optimum parameter
result of experiment of first phase. designed model use some basin, that is basin 1
sampel, basin 2 electrocoagulation process, basin 3 filtration, basin 4 control and
basin 5 clean water, with speed emit a stream of 1 litre/minute. As electrode used
aluminium plate with amount of plate is 4 ( 2 cathode and 2 anode) at distance 6
cm. To quicken the happening of coagulation and floculation, at sampel enhanced
aluminium sulphate solution ( alum 17 %) counted 10 ml/ l sampel, with rate 1000
ppm alum which have been marketed. Result of test-drive use model indicate that
there are increase of pH come near neutral and degradation of colour, turbidity,
COD, BOD, organic total and content metal of Al, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu which
enough significant.
Keyword : Electrocoagulation Method, Electrode Al, Design Model, Peat
Water Treatment.
Universitas Sumatera Utara
18
BAB I
PENDAHULUAN
I. 1 Latar Belakang
Air bersih merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia yang diperoleh
dari berbagai sumber, tergantung pada kondisi daerah setempat. Kondisi sumber
air pada setiap daerah berbeda-beda, tergantung pada keadaan alam dan kegiatan
manusia yang terdapat di daerah tersebut. Penduduk yang tinggal di daerah
dataran rendah dan berawa seperti di Sumatera dan Kalimantan menghadapi
kesulitan memperoleh air bersih untuk keperluan rumah tangga, terutama air
minum. Hal ini karena sumber air di daerah tersebut adalah air gambut yang
berdasarkan parameter baku mutu air tidak memenuhi persyaratan kualitas air
bersih.
Air gambut mengandung senyawa organik terlarut yang menyebabkan air
menjadi berwarna coklat dan bersifat asam, sehingga perlu pengolahan khusus
sebelum siap untuk dikonsumsi. Senyawa organik tersebut adalah asam humus
yang terdiri dari asam humat, asam fulvat dan humin. Asam humus adalah
senyawa organik dengan berat molekul tinggi dan berwarna coklat sampai
kehitaman, terbentuk karena pembusukan tanaman dan hewan, sangat tahan
terhadap mikroorganisme dalam waktu yang cukup lama (Notodarmojo, 1994).
Air gambut di Indonesia merupakan salah satu sumber daya air yang masih
melimpah, kajian pusat Sumber Daya Geologi Departemen Energi dan Sumber
Daya Mineral melaporkan bahwa sampai tahun 2006 sumber daya lahan gambut
di Indonesia mencakup luas 26 juta ha yang tersebar di pulau kalimantan (± 50
%), Sumatera (± 40 %) sedangkan sisanya tersebar di papua dan pulau-pulau
lainnya. Dan untuk lahan gambut Indonesia menempati posisi ke – 4 terluas
setelah Canada, Rusia dan Amerika Serikat (Tjahjono, 2007).
Berdasarkan data di atas, air gambut di Indonesia secara kuantitatif sangat
potensial untuk dikelola sebagai sumber daya air yang dapat diolah menjadi air
bersih atau air minum. Namun secara kualitatif penggunaan air gambut masih
banyak mengalami kendala. Beberapa kendala penggunaannya sebagai air bersih
Universitas Sumatera Utara
19
adalah warna, tingkat kekeruhan, dan zat organik yang tinggi sehingga sangat
tidak layak untuk digunakan sebagai air bersih.
Kenyataan di atas dihadapi oleh masyarakat yang tinggal di area gambut
yang masih cukup luas di daerah Tapanuli Tengah, khususnya di kecamatan
Badiri. Masyarakat yang tinggal di areal gambut tersebut masih menggunakan air
gambut untuk keperluan sehari-harinya tanpa melalui proses pengolahan terlebih
dahulu.
Kondisi ini mendorong timbulnya penelitian-penelitian baru dalam
pengolahan air gambut, sehingga dapat dimanfaatkan sesuai standar air bersih
yang berlaku karena air gambut merupakan salah satu sumber air permukaan
yang dapat digunakan sebagai air baku pengolahan air bersih. Air gambut baik
sebagai air permukaan maupun air tanah umumnya memiliki kualitas yang tidak
memenuhi persyaratan kualitas air bersih yang distandarkan oleh Departemen
Kesehatan Republik Indonesia, karena :
1. Berwarna kuning/merah kecoklatan
2. Tingkat keasaman tinggi, sehingga kurang enak diminum.
3. Zat organik tinggi sehingga menimbulkan bau.
Air gambut yang berwarna kuning/merah kecoklatan disebabkan oleh
kandungan organik yang merupakan partikel koloid bermuatan negatif dan sulit
dipisahkan dari cairannya karena ukurannya sangat kecil dan mempunyai sifat
muatan listrik pada permukaannya yang menyebabkan partikel stabil. Salah satu
cara pendestabilisasian partikel koloid ini yaitu melalui proses koagulasi dengan
bantuan garam-garam yang mengandung ion-ion logam bervalensi tiga, seperti
besi dan aluminium sebagai koagulan, sehingga proses pengolahan air gambut ini
dapat dilakukan dengan cara elektrolisa yang disebut dengan elektrokoagulasi (D.
Ghernaout et al., 2009). Koagulasi adalah proses yang penting dalam proses
pengolahan air secara konvensional, dimana proses ini bersamaan dengan proses
lain seperti sedimentasi dan filtrasi. Tujuan utama proses koagulasi adalah untuk
mendestabilisasi partikel sehingga dapat bergabung dengan partikel lain untuk
membentuk agregat yang lebih besar yang akan lebih mudah mengendap.
Proses elektrokoagulasi ini dilakukan dengan cara memasukkan elektroda
dari lempengan logam aluminium (Al) ke dalam elektrolit (air baku) pada suatu
Universitas Sumatera Utara
20
bak persegi empat. Lempengan aluminium tersebut disusun secara paralel dengan
suatu jarak tertentu dan dialiri dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus
listrik tersebut, aluminium akan dipisahkan dari anoda dan sedikit demi sedikit
akan larut ke dalam air membentuk ion Al3+ yang akan bereaksi dengan air
(hidrolisa) sebelum terjadi presipitasi Al(OH)3, sedangkan pada katoda terbentuk
gas hidrogen.
Penelitian mengenai pengolahan air gambut sudah pernah dilakukan
sebelumnya antara lain :
Pengolahan air gambut dengan menggunakan protein biji kelor sebagai
koagulan untuk perjernihan warna air gambut (Chaidir, Z. et al., 1999).
Pemisahan berbasis membran yang sering digunakan untuk pengolahan air
gambut adalah membran reverse osmosis (RO). Pemanfaatan ini merupakan
teknologi baru dalam mengolah air gambut menjadi air minum. Salah satu
keunggulan teknologi ini adalah kemurnian produk yang dihasilkan lebih baik dari
proses konvensional (Syafran, 2005).
Mengolah air gambut asin dengan teknik dan proses filtrasi yang panjang
dan dikombinasikan dengan unit desalinasi. Proses pertama terjadi di tangki
clarifier yang berfungsi menjernihkan dan menaikkan pH menjadi 8-9 melalui
pemberian abu soda atau kapur tohor yang dilarutkan. Untuk mempercepat proses
pengendapan dapat digunakan tawas atau PAC dengan diaduk searah sekitar 5
menit. Air yang telah jernih dialirkan ke bak pengendap 1 dan 2. Pada tahap
selanjutnya dilakukan proses oksidasi dengan kalium permanganat. Air yang telah
jernih, tidak berbau dan berwarna, kemudian disaring lagi dengan menggunakan
saringan mikro dengan ukuran 0,1 – 0,5 µm. Air olahan yang telah jernih, tawar
tidak berbau, dan bebas bakteri ditampung dalam bak penampung air bersih dan
sudah dapat langsung diminum. Sistem pengolahan menelan biaya sekitar 350 juta
ini mampu menghasilkan 170 galon air siap minum dalam 8 jam operasional
(BPPT, 2006)
Metode pertukaran ion menggunakan resin MEIXR dapat menghilangkan
warna sejati air (asam humat dan fulvat) dari 109 Pt-Co menjadi 1 Pt-Co. Dengan
mempertimbangkan sebagian besar pengolahan air di Indonesia masih
menggunakan sistem konvensional. Cara pengolahan air secara konvensional /
Universitas Sumatera Utara
21
pengolahan lengkap (koagulasi – flokulasi – sedimentasi – filtrasi – netralisasi dan
desinfektan) dapat digunakan untuk menghilangkan warna terutama pembentuk
warna semu sekitar
80 %, efisiensi penghilangan warna akan lebih efektif jika
dilakukan modifikasi dan tambahan proses seperti aplikasi karbon aktif, reaksi
redoks, dan koagulan – flokulan aid (Pararaja, 2007).
Efektifitas proses elektrokoagulasi untuk memindahkan (removing) zat-zat
organik dari limbah rumah potong hewan menggunakan sel-sel elektrolitik
(electrolytic cells) monopolar dan bipolar. Hasil menunjukkan bahwa pencapaian
(performance) terbaik diperoleh menggunakan sistem elektroda baja (mild steel)
bipolar yang dioperasikan pada intensitas arus 0,3 A selama 60-90 menit. Berhasil
menurunkan BOD sebesar 86 ± 1%, lemak dan minyak sebesar 99 ± 1%, COD
sebesar 50 ± 4%, TSS (total suspended solid) sebesar 89 ± 4% dan Turbidity
sebesar 90 ± 4%. Total biaya yang dibutuhkan 0,71 USD $ / m3 limbah rumah
potong hewan, (Asselin, M., 2008).
Menyelidiki efek pH awal untuk menurunkan unsur-unsur humus dari air
limbah dengan proses elektrokoagulasi. Efek dari pH awal pada sistem
elektrokoagulasi bisa duakali lipat, yaitu distribusi produk hidrolisis aluminium,
transformasi unsur-unsur humus yang terkait ke pH awal dan akhirnya efek dari
lapisan gel khususnya pada konsentrasi unsur-unsur humus yang tinggi dan pH
awal yang tinggi yang dibentuk pada permukaan anoda. Hasil pengamatan
menunjukkan bahwa konsentrasi awal unsur-unsur humus dan pH awal sangat
efektif pada efisiensi dan tingkat penurunan. pH awal air limbah telah disesuaikan
5,0 dan efisiensi penurunan yang tinggi telah diamati. Sehingga sistem
elektrokoagulasi akan dioperasikan pada pH rendah yaitu 5,0 pada konsentrasi
unsur-unsur humus yang tinggi, (Koparal, A.S., 2008).
Dari penelitian-penelitian terdahulu yang telah dilakukan terhadap air baku
air gambut dapat disimpulkan bahwa :
•
Secara kuantitatif air gambut merupakan sumber air baku yang sangat
potensial untuk dikelola sebagai sumber daya air yang dapat diolah menjadi
air bersih maupun air minum, terutama di sebagian besar pulau Kalimantan
dan sebagian pulau Sumatera.
Universitas Sumatera Utara
22
•
Perlu pengolahan terlebih dahulu dalam pemanfaatan air gambut sebagai air
bersih, karena pada umumnya kualitas air gambut mempunyai kandungan
organik, warna dan derajat keasaman yang tinggi.
•
Proses elektrokoagulasi dapat dipakai sebagai salah satu alternatif untuk
memperbaiki kualitas air gambut karena dapat menurunkan kandungan
organik, kekeruhan dan warna. Menurut Irianto bahwa air gambut sulit diolah
secara koagulasi konvensional karena kandungan kation partikel tersuspensi
yang rendah.
•
Ditinjau dari persyaratan kualitas air yang ditetapkan pada dasarnya
penelitian-penelitian
terdahulu
sudah
dapat
menurunkan
beberapa
karakteristik penting dari air gambut, namun ditinjau dari segi ekonomis masih
kurang memuaskan.
Dari kendala-kendala yang ada maka prospek yang dianjurkan dalam
penelitian ini yaitu sebagai salah satu alternatif pengganti beban kebutuhan bahan
kimia dalam pengolahan air gambut dan lebih efisien dari segi operasi dan
pemeliharaan. Dengan melihat hasil tersebut maka pada penelitian ini akan
dirancang suatu model untuk pengolahan air gambut untuk menghasilkan air
bersih dengan proses elektrokoagulasi dalam skala pilot.
Sebagai suatu alternatif pengganti proses yang ketergantungan terhadap
bahan kimia, maka proses elektrokoagulasi ini perlu direncanakan dengan baik
agar
memberikan
hasil
yang
optimum
dan
lebih
efektif
dengan
mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi elektroda yang akan
menentukan pemakaian daya listrik, yaitu : variabel elektroda, meliputi : jenis,
jumlah, dan jarak antar elektroda. Dan variabel listrik, meliputi : arus, tegangan,
dan kecepatan alir.
I.2 Permasalahan
Sumber air bersih untuk dikonsumsi sangat sulit dan jauh diperoleh di
daerah lahan gambut terutama di desa Hutabalang kecamatan Badiri kabupaten
Tapanuli Tengah, hal ini karena sumber air yang tersedia adalah air gambut. Air
gambut yang berwarna kuning, merah kecoklatan dan hitam disebabkan oleh
Universitas Sumatera Utara
23
senyawa-senyawa organik. Senyawa organik tersebut bersifat asam sehingga
umumnya logam-logam terlarut dalam bentuk mikroelement di dalam air gambut.
Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka permasalahan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mendapatkan air bersih di lahan gambut
yang sesuai dengan
persyaratan kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan RI
No. 416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal 3 September 1990, dengan sumber
air baku dari air gambut.
2. Bagaimana merancang model yang praktis dan efisien yang dapat digunakan
untuk mengolah air gambut menjadi air bersih di lahan gambut.
3. Apakah model yang dirancang dengan proses elektrokoagulasi dan
penambahan larutan tawas dapat mengolah air gambut menjadi air bersih yang
efektif dan efisien.
I.3 Pembatasan Masalah
Pengolahan air gambut menjadi air bersih yang dapat dikonsumsi sesuai
dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal
3 September 1990 tentang persyaratan kualitas air bersih. Pada penelitian ini
parameter yang akan dianalisis adalah : pH, Warna, Kekeruhan, COD, BOD,
Total organik, Logam Al, Fe, Zn, Mn, Cd, dan Cu.
1.4 Tujuan Penelitian
Merancang suatu model pengolahan air gambut dengan menggunakan
metode elektrokoagulasi untuk menghasilkan air bersih, yang sesuai dengan
persyaratan kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan RI No.
416/MENKES/PER/IX/1990 tanggal 3 September 1990.
Khususnya :
1. Merancang suatu model pengolahan air gambut dalam skala pilot yang efektif
dan efisien.
2. Merancang berapa besar kecepatan alir yang optimum yang diperlukan model,
untuk menghasilkan air bersih.
Universitas Sumatera Utara
24
I.5 Manfaat Penelitian
1.
Memberikan suatu alternatif pengolahan air gambut pada daerah-daerah atau
kawasan yang sumber air bersih sulit diperoleh terutama dikawasan gambut.
2.
Sebagai suatu studi untuk mengatasi masalah dalam pengadaan air bersih
melalui pengolahan air gambut khususnya di kabupaten Tapanuli Tengah.
3.
model yang dirancang dapat mengolah air gambut dalam skala pilot untuk
menghasilkan air bersih dengan metode elektrokoagulasi dan penambahan
larutan tawas dengan kecepatan alir 1 L/menit.
4.
Model dapat diaplikasikan langsung di lapangan baik untuk konsumsi rumah
tangga maupun untuk skala industri.
Universitas Sumatera Utara
25
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Gambut
2.1.1 Karakteristik Air Gambut
Air gambut adalah air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa
maupun dataran rendah terutama di Sumatera dan Kalimantan, yang mempunyai
ciri-ciri sebagai berikut (Kusnaedi, 2006) :
•
Intensitas warna yang tinggi (berwarna merah kecoklatan)
•
pH yang rendah
•
Kandungan zat organik yang tinggi
•
Kekeruhan dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah
•
Kandungan kation yang rendah
Warna coklat kemerahan pada air gambut merupakan akibat dari tingginya
kandungan zat organik (bahan humus) terlarut
terutama dalam bentuk asam
humus dan turunannya. Asam humus tersebut berasal dari dekomposisi bahan
organik seperti daun, pohon atau kayu dengan berbagai tingkat dekomposisi,
namun secara umum telah mencapai dekomposisi yang stabil (Syarfi, 2007).
Dalam berbagai kasus, warna akan semakin tinggi karena disebabkan oleh adanya
logam besi yang terikat oleh asam-asam organik yang terlarut dalam air tersebut.
Struktur gambut yang lembut dan mempunyai pori-pori menyebabkannya
mudah untuk menahan air dan air pada lahan gambut tersebut dikenal dengan air
gambut. Berdasarkan sumber airnya, lahan gambut dibedakan menjadi dua yaitu
(Trckova, M., 2005) :
1. Bog
Merupakan jenis lahan gambut yang sumber airnya berasal dari air hujan dan
air permukaan. Karena air hujan mempunyai pH yang agak asam maka setelah
bercampur dengan gambut akan bersifat asam dan warnanya coklat karena
terdapat kandungan organik.
2. Fen
Merupakan lahan gambut yang sumber airnya berasal dari air tanah yang
biasanya dikontaminasi oleh mineral sehingga pH air gambut tersebut
memiliki pH netral dan basa.
Universitas Sumatera Utara
26
Berdasarkan kelarutannya dalam alkali dan asam, asam humus dibagi
dalam tiga fraksi utama yaitu (Pansu, 2006) :
1. Asam humat
Asam humat atau humus dapat didefinisikan sebagai hasil akhir dekomposisi
bahan organik oleh organisme secara aerobik. Ciri-ciri dari asam humus ini antara
lain:
•
Asam ini mempunyai berat molekul 10.000 hingga 100.000 g/mol (Collet,
2007).
•
Merupakan makromolekul aromatik komplek dengan asam amino, gula
amino, peptide, serta komponen alifatik yang posisinya berada antara
kelompok aromatik (Gambar 2.1).
•
Merupakan bagian dari humus yang bersifat tidak larut dalam air pada kondisi
pH < 2 tetapi larut pada pH yang lebih tinggi.
•
Bisa diekstraksi dari tanah dengan bermacam reagen dan tidak larut dalam
larutan asam.
•
Asam humat adalah bagian yang paling mudak diekstrak diantara komponen
humus lainnya.
•
Mempunyai warna yang bervariasi mulai dari coklat pekat sampai abu-abu
pekat.
•
Humus tanah gambut mengandung lebih banyak asam humat (Stevenson,
1982).
•
Asam humus merupakan senyawa organik yang sangat kompleks, yang secara
umum memiliki ikatan aromatik yang panjang dan nonbiodegradable yang
merupakan hasil oksidasi dari senyawa lignin (gugus fenolik).
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar 2.1 Struktur model asam humat berdasarkan Stevenson (1982).
2. Asam fulvat
Asam fulvat merupakan senyawa asam organik alami yang berasal dari
humus, larut dalam air, sering ditemukan dalam air permukaan dengan berat
molekul yang rendah yaitu antara rentang 1000 hingga 10.000 (Collet, 2007).
Bersifat larut dalam air pada semua kondisi pH dan akan berada dalam larutan
setelah proses penyisihan asam humat melalui proses asidifikasi. Warnanya
bervariasi mulai dari kuning sampai kuning kecoklatan. Struktur model asam
fulvik dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Struktur model asam fulvik berdasarkan Buffle (1977)
3. Humin
Kompleks humin dianggap sebagai molekul paling besar dari senyawa humus
karena rentang berat molekulnya mencapai 100.000 hingga 10.000.000.
Sedangkan sifat kimia dan fisika humin belum banyak diketahui (Tan, 1982). Tan
Universitas Sumatera Utara
28
juga menyatakan bahwa karakteristik humin adalah berwarna coklat gelap, tidak
larut dalam asam dan basa, dan sangat resisten akan serangan mikroba. Tidak
dapat diekstrak oleh asam maupun basa.
Perbedaan antara asam humat, asam fulvat dan humin bisa dijelaskan
melalui variasi berat molekul, keberadaan group fungsional seperti karboksil dan
fenolik dengan tingkat polimerisasi (Gambar 2.3)
Humic Substances
(pigmented polymers)
Fulvic acid
Light
yellow
Humic acid
Yellow
brown
Dark
brown
Humin
Grey
black
Black
Increase in intensity of colour
Increase in degree of polymerization
Increase in molecular weight
Increase in carbon content
Decrease in oxygen content
Decrease in exchange acidity
Decrease in degree of solubility
2 000
45 %
48 %
1 400
300 000 ?
62 %
30 %
500
Chemical properties of humic substances (Stevenson, 1982)
Gambar 2.3 Komponen Kimia Humus
Dari Gambar 2.3 diketahui bahwa kandungan karbon dan oksigen, asiditas
dan derajat polimerisasi semuanya berubah secara sistematik dengan peningkatan
berat molekul.
Asam fulvik dengan berat molekul yang rendah memiliki
kandungan oksigen yang lebih tinggi dan kandungan karbon yang rendah jika
dibandingkan dengan asam humat dengan berat molekul yang tinggi. Warna
juga akan semakin tinggi dengan semakin tingginya berat molekul.
Bahan organik tanah dan tanamam berada dalam bentuk koloid. Dan
berdasarkan kemudahan berikatan dengan air maka, bahan organik dapat
dibedakan atas hidrofobik (tidak suka air) dan hidrofilik (suka air). Koloid
hidrofobik dapat diflokulasi, sedangan koloid hidrofilik biasanya tidak. Koloid
tanaman kebanyakan bersifat hidrofilik sehingga sulit untuk dikoagulasi secara
konvensional (Tan, 1991).
Universitas Sumatera Utara
29
Tabel 2.1
No
Karakteristik Air Gambut dari Berbagai Lokasi di Sumatera &
Kalimantan.
Parameter
1
2
3
4
5
Warna
Kekeruhan
DHL
pH
Zat Organik
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Kesadahan
Kalsium
Magnesium
Besi
Mangan
Chlorida
SO4
HCO3
CO2 agresif
Satuan
PtCo
mg/L SiO2
µ mho/cm
mg/L
KMnO4
O
D
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Air Gambut
Kalsel
Kalbar
Kalteng
753
32
4.1
527
0
30
3.9
725
0.5
50
3.6
278
2.05
8.83
11.11
-
194
0.48
2.1
5.48
51.4
-
172
5.1
31
Riau
Syarat Air
Minum
Menkes
1315
5
78
5
1125
9
75
4
15
5
6.5-8.5
290
5.5
4.5
20.9
162
11.2
-
243
1.4
6.2
18
80.6
10
500
0.3
0.1
250
400
-
Sumsel
Sumber : Puslitbang Pemukiman (Irianto,1998).
Karakteristik air gambut bersifat spesifik, bergantung pada lokasi, jenis
vegetasi dan jenis tanah tempat air gambut tersebut berada, ketebalan gambut, usia
gambut, dan cuaca. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.1 karakteristik air gambut
dari sebagian wilayah Indonesia yang merupakan hasil penelitian Puslitbang
Pemukiman bekerja sama dengan PAU ITB (Irianto, 1998).
2.1.2 Pengolahan Air Gambut
Karakteristik air gambut seperti yang telah disebutkan di atas
menunjukkan bahwa air gambut kurang menguntungkan untuk dijadikan air
minum bagi masyarakat di daerah berawa. Namun karena jumlah air gambut
tersebut sangat banyak dan dominan berada di daerah tersebut maka harus bisa
menjadi alternatif sumber air minum masyarakat. Kondisi yang kurang
menguntungkan dari segi kesehatan adalah sebagai berikut :
•
Kadar keasaman pH yang rendah dapat menyebabkan kerusakan gigi dan sakit
perut.
Universitas Sumatera Utara
30
•
Kandungan organik yang tinggi dapat menjadi sumber makanan bagi
mikroorganisma dalam air, sehingga dapat menimbulkan bau apabila bahan
organik tersebut terurai secara biologi, (Wagner, 2001).
•
Apabila dalam pengolahan air gambut tersebut digunakan klor sebagai
desinfektan, akan terbentuk trihalometan (THM’S) seperti senyawa argonoklor
yang dapat bersifat karsinogenik (kelarutan logam dalam air semakin tinggi
bila pH semakin rendah), (Wagner, 2001).
•
Ikatannya yang kuat dengan logam (Besi dan Mangan) menyebabkan
kandungan logam dalam air tinggi dan dapat menimbulkan kematian jika
dikonsumsi secara terus menerus (Wagner, 2001).
Metode pertukaran ion menggunakan resin MEIXR dapat menghilangkan
warna sejati air (asam humat dan fulvat) dari 109 Pt-Co menjadi 1 Pt-Co. Dengan
mempertimbangkan sebagian besar pengolahan air di Indonesia masih
menggunakan sistem konvensional. Cara pengolahan air secara konvensional /
pengolahan lengkap (koagulasi – flokulasi – sedimentasi – filtrasi – netralisasi dan
desinfektan) dapat digunakan untuk menghilangkan warna terutama pembentuk
warna semu sekitar
80 %, efisiensi penghilangan warna akan lebih efektif jika
dilakukan modifikasi dan tambahan proses seperti aplikasi karbon aktif, reaksi
redoks, dan koagulan – flokulan aid, (Pararaja, 2007).
Efektifitas proses elektrokoagulasi untuk memindahkan (removing) zat-zat
organik dari limbah rumah potong hewan menggunakan sel-sel elektrolitik
(electrolytic cells) monopolar dan bipolar. Hasil menunjukkan bahwa pencapaian
(performance) terbaik diperoleh menggunakan sistem elektroda baja (mild steel)
bipolar yang dioperasikan pada intensitas arus 0,3 A selama 60-90 menit. Berhasil
menurunkan BOD sebesar 86 ± 1%, lemak dan minyak sebesar 99 ± 1%, COD
sebesar 50 ± 4%, TSS (total suspended solid) sebesar 89 ± 4% dan Turbidity
sebesar 90 ± 4%. Total biaya yang dibutuhkan 0,71 USD $ / m3 limbah rumah
potong hewan, (Asselin, M., 2008).
Menyelidiki efek pH awal untuk menurunkan unsur-unsur humus dari air
limbah dengan proses elektrokoagulasi. Efek dari pH awal pada sistem
elektrokoagulasi bisa duakali lipat, yaitu distribusi produk hidrolisis aluminium,
transformasi unsur-unsur humus yang terkait ke pH awal dan akhirnya efek dari
Universitas Sumatera Utara
31
lapisan gel khususnya pada konsentrasi unsur-unsur humus yang tinggi dan pH
awal yang tinggi yang dibentuk pada permukaan anoda. Hasil pengamatan
menunjukkan bahwa konsentrasi awal unsur-unsur humus dan pH awal sangat
efektif pada efisiensi dan tingkat penurunan. pH awal air limbah telah disesuaikan
5,0 dan efisiensi penurunan yang tinggi telah diamati. Sehingga sistem
elektrokoagulasi akan dioperasikan pada pH rendah yaitu 5,0 pada konsentrasi
unsur-unsur humus yang tinggi, (Koparal, A.S., 2008).
Pengolahan air gambut yang dilakukan dengan mengkombinasikan larutan
tawas dan metode elektrokoagulasi yang kemudian di ujicoba ke model. Sebelum
proses elektrokoagulasi berlangsung, air gambut terlebih dahulu dicampur dengan
larutan tawas (tawas yang dikomersialkan dengan mutu 17 %) sebanyak 10 ml/l
air gambut (kadar