Pemanfaatan Zeolit Alam Sarulla sebagai Penyerap Amonia dari Limbah Cair Peternakan di Simalingkar B Medan
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI
PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN
DI SIMALINGKAR B MEDAN
TESIS
Oleh
SERMAIDA HOTMARIA HARAHAP
117006030/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI
PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN
DI SIMALINGKAR B MEDAN
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains
dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
SERMAIDA HOTMARIA HARAHAP
117006030/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Judul Tesis : PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLAH
SEBAGAI PENYERAP AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN DI SIMALINGKAR B MEDAN
Nama Mahasiswa : Sermaida Hotmaria Harahap Nomor Pokok : 117006030 Program Studi : Magister Ilmu Kimia
Menyetujui, Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Harlem Marpaung Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc.,M.Phil Ketua
Anggota Ketua Program Studi Dekan Prof. Basuki Wirjosentono, MS.Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc
Telah diuji pada Tanggal : 27 April 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Harlem Marpaung
Anggota : 1. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil
2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
3. Jamahir Gultom, Ph.D
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI PENYERAP
AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN
DI SIMALINGKAR B MEDAN
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 27 April 2013 Sermaida Hotmaria Harahap
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut gelar : Sermaida Hotmaria Harahap, S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 17 Nopember 1970 Alamat Rumah : Jl. Pelita IV Gg. Pelita No. 1 Medan Telepon / HP : (061) 6610757 / 082167772556 Email Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 1 Percut Sei Tuan Alamat Kantor : Jln. Irian Barat No. 37 Sampali Telepon / Faks / HP :
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Swasta HKBP Padangsidimpuan Tamat : 1983 SMP : SMP Negeri 6 Padangsidimpuan Tamat : 1986 SMA : SMA Negeri 2 Padangsidimpuan Tamat : 1989 D-3 : Pendidikan Kimia IKIP Negeri Medan Tamat : 1992 Strata-1 : Pendidikan Kimia IKIP Negeri Medan Tamat : 1999 Strata-2 : Program Studi Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2013
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SARULLA SEBAGAI PENYERAP
AMMONIA DARI LIMBAH CAIR PETERNAKAN
DI SIMALINGKAR B MEDAN
ABSTRAK
Pemanfaatan zeolit alam Sarulla yang telah diaktivasi pada suhu 300 C selama 3 jam untuk menyerap ammonia dari limbah cair peternakan babi, telah dilakukan dengan berbagai variasi massa zeolit. Massa zeolit yang digunakan 10 g (Z ), 20 g
1
(Z ), 30 g (Z ), 40 g (Z ), 50 g (Z ), 60 g (Z ), 80 g (Z ) dan 100 g (Z ). Metode
2
3
4
5
6
7
8
analisis terhadap daya adsorpsi zeolit dilakukan dengan metode impregnasi basa, zeolit direndam selama 3 jam dalam 100 ml sampel limbah cair peternakan babi. Analisis ammonia dalam filtrat hasil impregnasi zeolit menggunakan spektofotometer visibel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia dalam sampel limbah cair peternakan babi mula-mula sebesar 427,23 mg/L setelah penambahan zeolit didapat Z
1
(281,6 mg/L), Z
2 (224,73 mg/L), Z 3 (175,1434 mg/L), Z 4 (132,7595 mg/L), Z 5 (96,244
mg/L), Z
6 (92,9838 mg/L), Z
7 (54,4256 mg/L) dan Z
8 (8,203 mg/L). maka didapatkapasitas adsorpsi optimum pada penambahan 100 g zeolit alam Sarulla dengan daya serap 98,08%. Karakterisasi zeolit alam Sarulla hasil impregnasi menggunakan
- 1
spektofotometer FTIR nampak puncak / spectra baru pada 1537 cm merupakan ammonium yang terperangkap oleh zeolit alam Sarulla. Karakterisasi zeolit awal (Z ) dengan difraksi sinar
- – X menunjukkan bahwa deposit zeolit alam Sarulla yang digunakan adalah jenis anortit – monmorilonit.
Kata Kunci : Zeolit alam, Ammonia, limbah cair peternakan.
UTILIZATION OF NATURAL ZEOLITE SARULLA AS AMMONIA ADSORB
FROM FARM WASTE WATER AT SIMALINGKAR B MEDAN
ABSTRACT
Utilization of natural zeolite Sarulla which has been activated at a temperatureof 3000C for 3 hours to absorb ammonia in pig farm waste water has performed with
a variety of zeolite mass. The zeolit mass which used are 10 g (Z 1 ), 20 g (Z 2 ), 30 g (Z 3 ), 40 g (Z4 ), 50 g (Z 5 ), 60 g (Z 6 ), 80 g (Z 7 ) dan 100 g (Z 8 ). Methods of analysis of the
zeolite adsorption performed with alkaline impregnation method, zeolite soaked for 3
hours in a 100 ml sample of pig farm wastewater. Analysis of ammonia in the filtrate
of zeolite impregnation results is using visible spectrophotometer. The results showed
that the initial concentration of ammonia in the effluent pig farm samples is 427.23 mg
/ L after the addition of zeolite obtained Z 1 (281.6 mg / L), Z 2 (224.73 mg / L), Z 3 (175,1434 mg / L), Z (132.7595 mg / L), Z (96.244 mg / L), Z (92.9838 mg / L), Z
4
5
6
7 (54.4256 mg / L) and Z 8 (8.203 mg / L ). It is then obtained the optimum adsorption
capacity of addition 100 g of natural zeolite Sarulla with absorption of 98.08%.
Characterization of natural zeolite Sarulla impregnation result using FTIR
spectrophotometer visible peak / new spectra at 1537 cm-1 represents ammonium
trapped by natural zeolite Sarulla. Initial zeolite (Z ) characterization with diffraction
- – - X ray indicates that the natural zeolite Sarulla deposits used is the anortit montmorillonite type.
Key word : Natural Zeolit, Ammonia, Farm Waste Water
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kepada Allah Bapa Yang Maha Kuasa Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “Pemanfaatan Zeolit Alam Sarulla Sebagai Penyerap Ammonia Dari Limbah Cair Peternakan di Simalingkar B Medan” ini dapat diselesaikan.
Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya ditujukan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Harlem Marpaung selaku Pembimbing Utama dan Bapak Prof. Dr.
Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.
2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Jamahir Gultom, Ph.D, dan Bapak Dr. Darwin Yunus Nasution, MS, selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
3. Ir. P. Pakpahan suami tercinta serta anak-anak saya yang tersayang Porman Pakpahan, Daniel Pakpahan, Johannes Pakpahan, dan Jonatan Pakpahan, yang telah memberi doa restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis
4. Bella dan Indah, serta teman-temannya selaku Asisten Laboratorium Analitik FMIPA USU.
5. Rekan-rekan angkatan 2011, Kakak Susilawati, Boston Pasaribu, Pantas Silaban, Ria Nasution, Nelly Sihombing, Puji Purworini, Kakak Rislima Sihombing, Kakak Terkelin Ginting, dan kawan-kawan lain yang tidak bisa kusebutkan satu persatu atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian, dan rekan-rekan guru SMA Negeri 1 Percut Sei Tuan yang telah banyak memberikan motivasi, dorongan, dan doa.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.
DAFTAR ISI
HalamanKATA PENGANTAR
i ABSTRAK iii ABSTRACT iv DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR x DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1
1 Latar Belakang
1.2
2 Permasalahan
1.3
3 Pembatasan Masalah
1.4
3 Tujuan Penelitian
1.5
3 Manfaat Penelitian
1.6
3 Lokasi Penelitian
1.7
3 Metodologi Penelitian
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 Peternakan Babi
6
2.2 Limbah Peternakan Babi
6
2.3 Manur Babi
6
2.4 Proses Pembentukan ammonia dan hidrogen sulfida
8
2.4.1 Proses Pembentukan ammonia dalam peternakan babi
8
2.4.2 Proses pembentukan hidrogen sulfida dalam peternakan babi
9
2.5 Dampak negatif ammonia dan hidrogen sulfida terhadap kesehatan 9
2.6 Zeolit
11
2.7 Aktivasi Zeolit Alam
13
2.8.1.1 Luas Permukaan Zeolit
17
2.8.2 Sifat pertukaran ion dari zeolit
16
2.9 Zeolit alam Sarulla
16
2.10 Penentuan Ammonia
18
2.10.1 Metode Nessler
18
2.10.2 Spektofotometri UV
18
- – Vis
2.11 Pemanfaatan zeolit alam
19 BAB 3 METODE PENELITIAN
20
3.1 Bahan
20
3.2 Alat
20
3.3 Prosedur Penelitian
20
3.3.1 Pembuatan Reagent
20
3.3.1.1 Larutan NaOH 6 N
20
3.3.1.2 Reagent Nessler
21
3.3.1.3 Larutan ammonia 1000 mg/L
21
3.3.1.4 Larutan Standar ammonia 100 mg/L
21
3.3.1.5 Larutan Seri standar ammonia 2,0 ; 4,0 ; 6,0 ; 8,0 ; 10 mg/L
21
3.3.1.6 Pembuatan Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Amm7nia
21
3.3.2 Pengambilan Sampel Zeolit
22
3.3.3 Pengambilan sampel limbah cair peternakan babi
22
3.3.4 Preparasi Zeolit alam Sarulla dan aktivasi
22
3.3.5 Preparasi sampel limbah cair peternakan babi
23
3.3.6 Penentuan ammonia yang diserap oleh zeolit aktif
23
3.3.7 Karakterisasi zeolit
23
3.4 Bagan Penelitian
24
3.4.1 Pengolahan zeolit
24
3.4.1.2 Aktivasi Zeolit
4.1.3.1 Penentuan kadar Ammonia di dalam sampel limbah cair peternakan babi sebelum penambahan zeolit alam Sarulla
32
4.1.3.7 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah Cair peternakan babi penambahan 60 g zeolit alam Sarulla
32
4.1.3.6 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 50 g zeolit alam Sarulla
31
4.1.3.5 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi penembahan 40 g zeolit alam Sarulla
31
4.1.3.4 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 10 g zeolit alam Sarulla
30
4.1.3.3 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 20 g zeolit alam Sarulla
30
4.1.3.2 Penentuan Kadar Amonium didalam sampel Limbah cair peternakan babi setelah penambahan 10g zeolit alam Sarulla
30
30
24
4.1.3 Perhitungan
4.1.2 Hasil data pengukuran kapasitas adsorpsi zeolit alam Sarulla 28
28
4.1.1.2 Perhitungan Koefisien Korelasi
27
4.1.1.1 Penurunan Persamaan garis regresi
27
4.1.1 Penentuan persamaan garis regresi dengan metode kurva kalibrasi
27
4.1 Hasil Penelitian
27
26 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.4.1.4 Penentuan ammonia yang diserap oleh zeolit aktif
3.4.1.3 Pembuatan kurva kalibrasi larutan seri standar ammonia 25
4.1.3.8 Penentuan Kadar Ammonium didalam sampel Limbah
4.1.3.9 Penentuan Kadar ammonia dalam sampel limbah cair peternakan babi setelah penambahan 100 g zeolit alam Sarulla
33
4.1.4 Penentuan Persen Penyerapan ammonia
34
4.1.4.1 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 10 g zeolit alam Sarulla
34
4.1.4.2 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 20 g zeolit alam Sarulla
34
4.1.4.3 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 30 g zeolit alam Sarulla 34 cair peternakan babi setelah penambahan 100 g zeolit alam Sarulla
34
4.1.4.4 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 40 g eolit alam Sarulla
34
4.1.4.5 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 50 g zeolit alam Sarulla
34
4.1.4.6 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 60 g zeolit alam Sarulla
35
4.1.4.7 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 80 g zeolit alam Sarulla
35
4.1.4.8 Persen penyerapan ammonium setelah penambahan 100% zeolit alam Sarulla
35
4.2 Pembahasan
35
4.2.1 Preparasi Zeolit
35
4.2.2 Preparasi Sampel limbah cair peternakan
36
4.2.3 Uji Adsorpsi
37 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
40
5.1 Kesimpulan
40
5.2 Saran
40 DAFTAR PUSTAKA
47
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman
Tabel 2.1 Jumlah Manur yang Dihasilkan Oleh Seekor Ternak Babi8 Tabel 2.2 Kandungan Zat Makanan di Dalam Manur Ternak Babi
8 Tabel 2.3 Dampak Terpaparnya Gas Ammonia pada Manusia
10 Tabel 2.4 Dampak Terpaparnya Gas Hidrogen Sulfida pada Manusia
11 Tabel 2.5 Baku Mutu Ambien dan Emisi Ammonia dan H S
11
2 Tabel 2.6 Komposisi Kimia Zeolit Alam Sarulla
17 Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Persamaan Garis Regresi Untuk Larutan Standar Ammonia
27 Tabel 4.2 Konsentrasi Ammonia Dalam Sampel Limbah Cair Peternakan Babi Sebelum Penambahan Zeolit
29 Tabel 4.3 Konsentrasi Ammonia Dalam Sampel Limbah Cair Peternakan Babi Dengan Penambahan Zeolit Alam Sarulla
29
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Struktur Kerangka Zeolit12 Gambar 2.2 Proses adsorpsi
15
- – desorpsi berbagai kation dalam zeolit
19 Gambar 4.1 Pertukaran Kation antara ammonium dengan kation zeolit
39