Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Metode Pencucian Kolom Dengan Peningkatan Surfaktan Berbahan Baku Sodium Dodecyl Sulphate (SDS)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pencemaran logam berat di lingkungan merupakan masalah serius karena kelarutan
dan mobilitasnya menimbulkan toksisitas dan ancaman bagi kehidupan makhluk hidup,
termasuk manusia [1]. Logam-logam berat tersebut berasal dari aktifitas manusia seperti
buangan rumah tangga, buangan sisa industri yang tidak terkontrol yang mengalir ke
perairan dan pembakaran hidrokarbon dan batu bara diantaranya ada yang melepaskan
senyawa logam berat ke udara kemudian bercampur dengan air hujan dan mengalir juga
ke perairan.
Adanya logam berat di perairan, berdampak negatif dan berbahaya, baik secara
langsung terhadap kehidupan organisme, maupun efeknya secara tidak langsung
terhadap kesehatan manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat (PPLHIPB, 1997) yaitu:
1.
Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan
keberadaannya secara alami sulit terurai (dihilangkan).
2.
Dapat terakumulasi dalam organisme, termasuk kerang dan ikan, serta akan
membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi organisme tersebut.
3.
Mudah terakumulasi pada sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari
konsentrasi logam dalam air. Selain itu sedimen mudah tersuspensi karena
pergerakan massa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke
dalam air, sehingga sedimen berpotensi menjadi sumber pencemar sekunder dalam
rentang waktu tertentu.
Hembusan angin yang kuat juga dapat mengangkat debu, pasir, bahkan material
yang lebih besar ke muara. Makin kuat hembusan angin maka daya angkutnya akan
semakin kuat. Semua material batuan yang terendap dalam muara yang diangkut oleh air
dan angin akan mengalami proses sedimentasi [2]. Hal ini menyebabkan logam-logam
berat terakumulasi pada pasir maupun komponen tanah yang lebih kompleks.
1
Universitas Sumatera Utara
Remediasi/pencucian pasir dapat digunakan sebagai metode untuk menghilangkan
kontaminan [3]. Dalam praktis remediasi, karena kontaminan melekat pada permukaan
partikel pasir dan biasanya memiliki kelarutan air rendah juga bersifat aditif seperti
asam, surfaktan dan agen chelating sering ditambahkan ke dalam cairan pencuci untuk
melarutkan kontaminan dari pasir.
Keberhasilan penerapan remediasi pasir terkontaminasi dengan metode pencucian
surfaktan dipengaruhi oleh beberapa faktor ilmiah, seperti: potensi molekul surfaktan
berinteraksi dan mendesorpsi ion logam pada permukaan pasir dan kemampuan
surfaktan terdispersi ke target kontaminan pada area pori [4].
Adanya larutan SDS, memungkinkan tipe interaksi inner-sphere menjadi interaksi
tipe outer-sphere dan logam terdesorpsi ke larutan surfaktan karena adanya pengaruh
mekanik dari aliran. Ion logam yang terdesorpsi kemudian berinteraksi dengan misel
surfaktan pada area interpartikel pori.
Surfaktan adalah kelompok bahan kimia amfifilik yang mengandung kedua hidrofilik
dan bagian hidrofobik dalam struktur molekul secara bersamaan. Struktur molekul yang
unik dari surfaktan memungkinkan untuk meningkatkan kelarutan kontaminan dalam
pasir terkontaminasi, terutama untuk senyawa organik hidrofobik [5].
2
Universitas Sumatera Utara
Beberapa Penelitian Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Surfaktan
yang telah dilakukan disajikan pada tabel 1.1 :
Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Surfaktan
No. Peneliti
1.
Judul
Anhua
Hasil
Long Surfactant flushing
Molekul surfaktan menyerap
a,b, Hui Zhang remediation of toluene
a,⇑, Yang Lei a
contaminated soil.
pada permukaan PAH sebagai
hemimicelles, menyebabkan
tolakan antara kelompok, grup
(2014)
kepala molekul surfaktan dan
partikel tanah, yang memicu
pemisahan kontaminan.
2.
3
Chenju
Liang, Evaluation of Surfactant
Cheng-Lin
Flushing for Remediating
Hsieh (2015)
EDC-tar Contamination
Pencucian merupakan metode
yang efektif dan ekonomis.
Bode Haryanto, Foam-enhanced removal of
Adanya larutan SDS,
Chien-Hsiang
adsorbed metal ions from
memungkinkan tipe interaksi
Chang (2014)
packed sands with
inner-sphere menjadi interaksi
biosurfactant solution
tipe outer-sphere dan logam
flushing
terdesorpsi ke larutan surfaktan
karena adanya pengaruh
mekanik dari aliran.
4
Xuhui Mao Rui Use of Surfactants for the
Surfaktan dapat meningkatkan
Jiang Wei Xiao Remediation of Contaminated
desorpsi polutan dari tanah,
Jiaguo
dan memacu proses
Yu soils: A Review
(2014)
bioremediasi.
Hasil beberapa penelitian terdahulu yang telah dilakukan menunjukkan logam berat
dari pasir terkontaminasi berhasil terdesorpsi dengan metode pencucian dengan
surfaktan. Dalam studi ini ditinjau pengaruh laju alir surfaktan (SDS) dan konsentrasi
surfaktan (SDS) terhadap kemampuan mencuci/remediasi pasir terkontaminasi logam
Cd2+ pada kolom.
3
Universitas Sumatera Utara
Interaksi antara ion logam dengan permukaan pasir akan mempengaruhi sifat dan
tahap proses desorpsi ion logam dalam proses remediasi [4]. Beberapa faktor ilmiah
yang layak dipertimbangkan dalam remediasi pasir terkontaminasi adalah potensi
molekul surfaktan berinteraksi dan mendesorpsi ion logam pada permukaan pasir dan
kemampuan surfaktan terdispersi ke target kontaminan pada area pori.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah:
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
2. Bagaimana pengaruh Laju alir SDS terhadap logam berat yang terdesorpsi
dari pasir terkontaminasi logam Cd2+.
3. Bagaimana pengaruh pengambilan effluent setiap 4 pore volume terhadap
removal logam yang dicuci. Menghitung kinetika pencucian pasir
terkontaminasi Cd2+.
1.3
TUJUAN PENILITIAN
Penelitian ini bertujuan:
1.
Mempelajari pengaruh konsentrasi SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
2. Mempelajari pengaruh laju alir SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
3. Mempelajari pengaruh pengambilan pengambilan effluent setiap 4 pore volume
terhadap removal logam yang dicuci. Menghitung kinetika pencucian pasir
terkontaminasi Cd2+.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun Manfaat dari penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi tentang kemampuan pasir mengadsorpsi logam Cd2+ pada
kasus studi ini.
2. Memberikan informasi tentang kemampuan surfaktan dalam mendesorpsi logam
Cd2+ kontaminan.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Memberikan informasi tentang teknologi remediasi dengan surfaktan pada kolom
pencuci.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan.
2. Penelitian ini terdiri dari dua tahap: kontaminasi pasir dan pencucian pasir.
Bahan baku utama yang digunakan adalah pasir putih yang diperoleh dari
Pantai Wisata pasir di Kecamatan Pantai Cermin, Kabupaten
Serdang
Berdagai, Sumatera Utara. Dan Larutan ion logam Cd2+ (cadnium) diperoleh
dari pembuatan larutan Cd2+ 50 ppm dari padatan Cd(CH3COO)2.2H2O.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah propeler, kontainer kaca,
shaker, saringan mesh 20, pH meter, gelas ukur, beaker glass 1 Liter, corong,
erlenmeyer, kolom pencuci, neraca analitik, cawan, termometer, pipet tetes,
cutter, statif dan klem.
3. Variabel – variable pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Proses ini dilakukan pada saat pencucian dengan memvariasikan :
1) Variabel tetap :
A. Variabel tetap untuk kontaminasi pasir :
a) Ukuran mesh pasir
: 20 mesh
b) Berat pasir
: 100 gram
c) pH
: 4,5 [4]
d) Kecepatan pengadukan
: 100 rpm [4]
e) Lama pengadukan
: 2 jam [4]
f) Konsentrasi Larutan
: 50 ppm
g) Suhu
: 25 °C (298 K)
h) Volume larutan
: 100 mL [4]
B. Variabel tetap untuk pencucian pasir:
a) Ukuran kolom pencuci
b) Berat pasir
: 13 gram
5
Universitas Sumatera Utara
2) Variabel berubah : Konsentrasi SDS dan Laju Alir
a) Konsentrasi SDS : 0; 0,5; 1; 2; 5 cmc
b) Laju Alir: 2, 4, 6, 8, 10 ml/menit
4. Analisa yang dilakukan :
a. Analisa Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS)
b. Analisa pH dengan menggunakan pH meter.
c. Analisa berat sampel menggunakan neraca analitik.
d. Analisa luas permukaan adsorben menggunakan SAA dengan analisa
BET
e. Analisa panjang gelombang gugus menggunakan FTIR.
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pencemaran logam berat di lingkungan merupakan masalah serius karena kelarutan
dan mobilitasnya menimbulkan toksisitas dan ancaman bagi kehidupan makhluk hidup,
termasuk manusia [1]. Logam-logam berat tersebut berasal dari aktifitas manusia seperti
buangan rumah tangga, buangan sisa industri yang tidak terkontrol yang mengalir ke
perairan dan pembakaran hidrokarbon dan batu bara diantaranya ada yang melepaskan
senyawa logam berat ke udara kemudian bercampur dengan air hujan dan mengalir juga
ke perairan.
Adanya logam berat di perairan, berdampak negatif dan berbahaya, baik secara
langsung terhadap kehidupan organisme, maupun efeknya secara tidak langsung
terhadap kesehatan manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat (PPLHIPB, 1997) yaitu:
1.
Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan
keberadaannya secara alami sulit terurai (dihilangkan).
2.
Dapat terakumulasi dalam organisme, termasuk kerang dan ikan, serta akan
membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi organisme tersebut.
3.
Mudah terakumulasi pada sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari
konsentrasi logam dalam air. Selain itu sedimen mudah tersuspensi karena
pergerakan massa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke
dalam air, sehingga sedimen berpotensi menjadi sumber pencemar sekunder dalam
rentang waktu tertentu.
Hembusan angin yang kuat juga dapat mengangkat debu, pasir, bahkan material
yang lebih besar ke muara. Makin kuat hembusan angin maka daya angkutnya akan
semakin kuat. Semua material batuan yang terendap dalam muara yang diangkut oleh air
dan angin akan mengalami proses sedimentasi [2]. Hal ini menyebabkan logam-logam
berat terakumulasi pada pasir maupun komponen tanah yang lebih kompleks.
1
Universitas Sumatera Utara
Remediasi/pencucian pasir dapat digunakan sebagai metode untuk menghilangkan
kontaminan [3]. Dalam praktis remediasi, karena kontaminan melekat pada permukaan
partikel pasir dan biasanya memiliki kelarutan air rendah juga bersifat aditif seperti
asam, surfaktan dan agen chelating sering ditambahkan ke dalam cairan pencuci untuk
melarutkan kontaminan dari pasir.
Keberhasilan penerapan remediasi pasir terkontaminasi dengan metode pencucian
surfaktan dipengaruhi oleh beberapa faktor ilmiah, seperti: potensi molekul surfaktan
berinteraksi dan mendesorpsi ion logam pada permukaan pasir dan kemampuan
surfaktan terdispersi ke target kontaminan pada area pori [4].
Adanya larutan SDS, memungkinkan tipe interaksi inner-sphere menjadi interaksi
tipe outer-sphere dan logam terdesorpsi ke larutan surfaktan karena adanya pengaruh
mekanik dari aliran. Ion logam yang terdesorpsi kemudian berinteraksi dengan misel
surfaktan pada area interpartikel pori.
Surfaktan adalah kelompok bahan kimia amfifilik yang mengandung kedua hidrofilik
dan bagian hidrofobik dalam struktur molekul secara bersamaan. Struktur molekul yang
unik dari surfaktan memungkinkan untuk meningkatkan kelarutan kontaminan dalam
pasir terkontaminasi, terutama untuk senyawa organik hidrofobik [5].
2
Universitas Sumatera Utara
Beberapa Penelitian Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Surfaktan
yang telah dilakukan disajikan pada tabel 1.1 :
Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Remediasi Pasir Terkontaminasi Dengan Surfaktan
No. Peneliti
1.
Judul
Anhua
Hasil
Long Surfactant flushing
Molekul surfaktan menyerap
a,b, Hui Zhang remediation of toluene
a,⇑, Yang Lei a
contaminated soil.
pada permukaan PAH sebagai
hemimicelles, menyebabkan
tolakan antara kelompok, grup
(2014)
kepala molekul surfaktan dan
partikel tanah, yang memicu
pemisahan kontaminan.
2.
3
Chenju
Liang, Evaluation of Surfactant
Cheng-Lin
Flushing for Remediating
Hsieh (2015)
EDC-tar Contamination
Pencucian merupakan metode
yang efektif dan ekonomis.
Bode Haryanto, Foam-enhanced removal of
Adanya larutan SDS,
Chien-Hsiang
adsorbed metal ions from
memungkinkan tipe interaksi
Chang (2014)
packed sands with
inner-sphere menjadi interaksi
biosurfactant solution
tipe outer-sphere dan logam
flushing
terdesorpsi ke larutan surfaktan
karena adanya pengaruh
mekanik dari aliran.
4
Xuhui Mao Rui Use of Surfactants for the
Surfaktan dapat meningkatkan
Jiang Wei Xiao Remediation of Contaminated
desorpsi polutan dari tanah,
Jiaguo
dan memacu proses
Yu soils: A Review
(2014)
bioremediasi.
Hasil beberapa penelitian terdahulu yang telah dilakukan menunjukkan logam berat
dari pasir terkontaminasi berhasil terdesorpsi dengan metode pencucian dengan
surfaktan. Dalam studi ini ditinjau pengaruh laju alir surfaktan (SDS) dan konsentrasi
surfaktan (SDS) terhadap kemampuan mencuci/remediasi pasir terkontaminasi logam
Cd2+ pada kolom.
3
Universitas Sumatera Utara
Interaksi antara ion logam dengan permukaan pasir akan mempengaruhi sifat dan
tahap proses desorpsi ion logam dalam proses remediasi [4]. Beberapa faktor ilmiah
yang layak dipertimbangkan dalam remediasi pasir terkontaminasi adalah potensi
molekul surfaktan berinteraksi dan mendesorpsi ion logam pada permukaan pasir dan
kemampuan surfaktan terdispersi ke target kontaminan pada area pori.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah:
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
2. Bagaimana pengaruh Laju alir SDS terhadap logam berat yang terdesorpsi
dari pasir terkontaminasi logam Cd2+.
3. Bagaimana pengaruh pengambilan effluent setiap 4 pore volume terhadap
removal logam yang dicuci. Menghitung kinetika pencucian pasir
terkontaminasi Cd2+.
1.3
TUJUAN PENILITIAN
Penelitian ini bertujuan:
1.
Mempelajari pengaruh konsentrasi SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
2. Mempelajari pengaruh laju alir SDS terhadap pencucian/remediasi pasir
terkontaminasi logam Cd2+.
3. Mempelajari pengaruh pengambilan pengambilan effluent setiap 4 pore volume
terhadap removal logam yang dicuci. Menghitung kinetika pencucian pasir
terkontaminasi Cd2+.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun Manfaat dari penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi tentang kemampuan pasir mengadsorpsi logam Cd2+ pada
kasus studi ini.
2. Memberikan informasi tentang kemampuan surfaktan dalam mendesorpsi logam
Cd2+ kontaminan.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Memberikan informasi tentang teknologi remediasi dengan surfaktan pada kolom
pencuci.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan.
2. Penelitian ini terdiri dari dua tahap: kontaminasi pasir dan pencucian pasir.
Bahan baku utama yang digunakan adalah pasir putih yang diperoleh dari
Pantai Wisata pasir di Kecamatan Pantai Cermin, Kabupaten
Serdang
Berdagai, Sumatera Utara. Dan Larutan ion logam Cd2+ (cadnium) diperoleh
dari pembuatan larutan Cd2+ 50 ppm dari padatan Cd(CH3COO)2.2H2O.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah propeler, kontainer kaca,
shaker, saringan mesh 20, pH meter, gelas ukur, beaker glass 1 Liter, corong,
erlenmeyer, kolom pencuci, neraca analitik, cawan, termometer, pipet tetes,
cutter, statif dan klem.
3. Variabel – variable pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Proses ini dilakukan pada saat pencucian dengan memvariasikan :
1) Variabel tetap :
A. Variabel tetap untuk kontaminasi pasir :
a) Ukuran mesh pasir
: 20 mesh
b) Berat pasir
: 100 gram
c) pH
: 4,5 [4]
d) Kecepatan pengadukan
: 100 rpm [4]
e) Lama pengadukan
: 2 jam [4]
f) Konsentrasi Larutan
: 50 ppm
g) Suhu
: 25 °C (298 K)
h) Volume larutan
: 100 mL [4]
B. Variabel tetap untuk pencucian pasir:
a) Ukuran kolom pencuci
b) Berat pasir
: 13 gram
5
Universitas Sumatera Utara
2) Variabel berubah : Konsentrasi SDS dan Laju Alir
a) Konsentrasi SDS : 0; 0,5; 1; 2; 5 cmc
b) Laju Alir: 2, 4, 6, 8, 10 ml/menit
4. Analisa yang dilakukan :
a. Analisa Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS)
b. Analisa pH dengan menggunakan pH meter.
c. Analisa berat sampel menggunakan neraca analitik.
d. Analisa luas permukaan adsorben menggunakan SAA dengan analisa
BET
e. Analisa panjang gelombang gugus menggunakan FTIR.
6
Universitas Sumatera Utara