Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi sebagai Adsorben Cu (II) dan Zn (II) Dalam Pengolahan Limbah Cair Batik ( Weight Ratio of Black Tea Waste and Spent Coffee Grounds as Cu (II) and Zn (II) Adsorbent in the Batik Wastewater Treatment ) Oleh : Yosephine Liliana Intan Danar Saputri NIM : 652012024 TUGAS AKHIR Diajukan kepada Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2016
23
Embed
Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi sebagai ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi sebagai Adsorben Cu (II) dan Zn (II) Dalam Pengolahan Limbah Cair Batik
( Weight Ratio of Black Tea Waste and Spent Coffee Grounds as Cu (II) and Zn (II) Adsorbent in the Batik Wastewater Treatment )
Oleh : Yosephine Liliana Intan Danar Saputri
NIM : 652012024
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
2016
ii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
iii
iv
1
Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi sebagai Adsorben Cu (II) dan Zn (II) Dalam Pengolahan Limbah Cair Batik
( Weight Ratio of Black Tea Waste and Spent Coffee Grounds as Cu (II) and Zn (II) Adsorbent in the Batik Wastewater Treatment )
Yosephine Liliana Intan Danar Saputri*, Sri Hartini** dan A. Ign. Kristijanto**
*Mahasiswa Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika **Dosen Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga Jln. Diponegoro no 52 – 60 Salatiga 50711 Jawa Tengah – Indonesia
ABSTRACT The objectives of this study were : Firstly, to determine the weight ratio of black
tea waste and spent coffee grounds in the batik wastewater purification process. Secondly, to determine the adsorption isotherm models of various weight ratio of black tea waste and spent coffee grounds as adsorbent of the batik wastewater as revealed by the government quality standards (Perda Jateng No. 5 / 2012). Data were analyzed by Randomized Completely Block Design (RCBD), 5 treatments and 5 replications, and as the block is the time analysis. As the treatments were various weight ratio of black tea waste and spent coffee grounds (g / g), which are : 15 : 5 ; 12,5 : 7,5 ; 10 : 10 ; 7,5 : 12,5 ; and 5 : 15, respectively. To test the differences between treatment means, the Honestly Significant of Differences (HSD) were used at 5% level of significant.
The results of the study showed that the weight ratio (12,5 gr : 7,5 gr) of black tea waste and spent coffee grounds can decrease effectively the following parameters : 84,90% COD, 91,98% copper (Cu) and 62,68% zinc (Zn) in period of 600 minutes contact time with stirring. The adsorption isotherm model for COD is Freundlich Isotherm with the maximum capacity of adsorption is 59,88 mg/g, while the adsorption isotherm model of Cu and Zn are Langmuir Isotherm with the maximum capacity of adsorption is 43,67 mg/g (Cu) and 41,67 mg/g (Zn).
Keywords : Isotherm Adsorption, Spent Coffee Grounds, Black Tea waste, Batik Wastewater
PENDAHULUAN
Industri batik, di beberapa wilayah Indonesia, merupakan salah satu sumber
penghasilan utama yang menopang kelangsungan hidup keluarga. Menjamurnya
industri ini akan berdampak pada peningkatan sumber pencemar lingkungan, terutama
air, yang berasal dari limbah cair industri tersebut. Limbah cair industri batik pada
umumnya mengandung logam berat (Zn, Cu, Cr, Cd, Ni, Pb, Fe dan Ag), NH3 bebas,
540, 570, 600 menit). Pengujian purata antar perlakuan digunakan uji Beda Nyata Jujur
(BNJ) dengan tingkat kebermaknaan 5% (Steel and Torie, 1989).
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Karakterisasi Awal Parameter Fisiko - Kimiawi dari Limbah Batik
Hasil karakterisasi parameter fisiko – kimiawi awal limbah batik sebelum
diperlakukan dengan penambahan ampas teh hitam dan ampas kopi dengan berbagai
variasi bobot disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Karakterisasi Awal Limbah Batik Parameter Awal *Baku Mutu
KIMIAWI pH 8,4 6 – 9
COD (mg/L) 848 150 Chrom total (mg/L) 0,0299 1,0
Pb (mg/L) 1,0662 0,1 Cu (mg/L) 4,6133 2 Cd (mg/L) 2,2615 0,05 Zn (mg/L) 7,1546 5
FISIKAWI Kekeruhan (FTU) 64 -
Warna (PtCo) 360 - DHL( ) 1.550 -
TDS (ppm) 760 1000 TSS (ppm) 1,25 50
Keterangan : ( - ) : Tidak ada Baku Mutu, keterangan ini juga berlaku untuk Tabel 4. *Baku Mutu sesuai Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah No. 5 Tahun 2012
tentang Baku Mutu Limbah Industri Batik.
Dari Tabel 4 terlihat paramater kimiawi yang belum memenuhi baku mutu limbah
industri batik adalah COD, Pb, Cu, Cd, dan Zn, sedangkan parameter kimiawi (pH dan
chrom total) dan fisikawi (TDS dan TSS) sudah memenuhi baku mutu yang ditetapkan.
8
Dalam penelitian ini digunakan nisbah bobot ampas teh hitam dan ampas kopi
sebagai adsorben alami. Kedua bahan ini dipilih karena selain gampang diperoleh,
ampas teh hitam dan ampas kopi memiliki kandungan selulosa, lignin, karbohidrat yang
memiliki grup hidroksil dalam strukturnya. Gugus fungsional adalah lignin, tannin atau
senyawa phenolik lainnya terutama karboksilat (-COO-), fenolik hidroksil dan golongan
oksil dengan pengaktivasi (HCl) mampu menjadi agen pengikat pengotor limbah cair
batik (Nandal et al., 2014). Berbagai kombinasi variasi nisbah bobot ampas teh hitam
dan ampas kopi (g / g) yang digunakan yaitu (15 : 5) ; (12,5 : 7,5) ; (10 : 10) ; (7,5 :
12,5) ; (5 : 15).
2. Pengaruh Nisbah Bobot Campuran Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi
terhadap Penurunan COD, Cu, dan Zn
Rataan kandungan parameter kimiawi berkisar antara 0,37 ± 0,03 ppm, sampai
dengan 137,6 ± 10,88 ppm, sedangkan parameter fisikawi (TDS dan TSS) telah
memenuhi baku mutu meski sebelum diberi perlakuan, berkisar antara 39,06 ± 0,89
bobot ampas teh hitam dan ampas kopi (7,5 g : 12,5 g) dengan pengadukan selama 600
menit menurunkan COD, sedangkan nisbah (12,5 g : 7,5 g) menurunkan Cu dan Zn
limbah cair batik.
Tabel 5. Rataan Kandungan Parameter Fisiko Kimiawi ( ) Limbah Cair Batik Berbagai Kombinasi Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi dalam Waktu Kontak 600 menit.
No. Parameter Konsentrasi Parameter
Awal
Nisbah Bobot Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi (g / g) BM A
*Angka - angka yang diikuti dengan huruf yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak ada beda secara bermakna, sedangkan angka – angka yang diikuti huruf yang berbeda menunjukkan adanya beda nyata.
9
10
Hasil rataan COD selama 600 menit pengadukan Tabel 5 berkisar antara 128 ±
14,05 mg/L - 163,20 ± 8,88 mg/L. Dari beberapa nisbah bobot campuran ampas teh
hitam dan ampas kopi, terlihat bahwa nisbah bobot (7,5 g : 12,5 g) paling efektif
menurunkan COD sesuai baku mutu yang disyaratkan. Menurut penelitian Reza and
Abedin (2011) ampas teh hitam mampu menurunkan COD dari 259,85 mg/L menjadi
27,58 mg/L pada 1.000 mL larutan Dychufix Turkish Blue G selama 120 menit.
Hasil rataan Cu berkisar antara 0,37 ± 0,03 mg/L - 1,34 ± 0,02 mg/L (Tabel 5). Dari
berbagai variasi nisbah bobot yang digunakan, nisbah bobot ampas teh hitam dan ampas
kopi (12,5 g : 7,5 g) memberikan nilai yang optimum untuk Cu, sedangkan untuk logam
Zn diperoleh rata – rata berkisar antara 2,65 ± 0,03 mg/L - 4,16 ± 0,02 mg/L dan
memberikan nilai yang optimum pada nisbah bobot (12,5 g : 7,5 g). Kemampuan
penyerapan logam Cu dan Zn ini terjadi karena adanya proses pertukaran ion yang
berlangsung pada permukaan adsorben dengan Cu maupun Zn. Gugus fungsional pada
ampas teh hitam dan ampas kopi yang berperan dalam pengikatan logam Cu dan Zn ini
adalah karboksilat (Kyzas, 2012). Terjadi reaksi antara muatan positif ion Cu dan Zn
dan beberapa muatan negatif pada permukaan protein, dimana ikatan kovalen terbentuk
antara ion Cu atau ion Zn dan N- , O- atau C- terminal protein. Selain itu, senyawa
fenolik yang terkandung dalam daun teh memiliki afinitas yang signifikan untuk
menangkap logam berat dari suatu larutan (Zuorro and Lavecchia, 2010), sedangkan
kopi terdapat komposisi quinic acid dan niacin yang memiliki gugus karboksilat
(Anonim, 2015). Perbedaan persentase efekitivitas pengolahan dari masing – masing
logam berat pada dosis adsorben dan waktu kontak yang sama disebabkan oleh adanya
perbedaan afinitas kimia masing – masing dan kapasitas pertukaran ion yang
11
dipengaruhi oleh gugus fungsional yang ada pada permukaan adsorben tersebut (Thakur
and Parmar, 2013).
3. Efektivitas Pengolahan Limbah Cair Batik dengan Berbagai Nisbah Bobot
Ampas Teh Hitam dan Ampas Kopi terhadap Penurunan COD, Cu, dan Zn
Model isoterm adsorpsi Cu dalam pengolahan limbah cair batik pada nisbah bobot
ampas teh hitam : ampas kopi (12,5 g : 7,5 g) mengikuti persamaan Langmuir dengan
persamaan Ce/(x/m) = 0,0229x – 0,0153 dengan nilai R2 = 0,8906 dan r = 0,9437. Dari
persamaan Langmuir diperoleh kapasitas adsorpsi maksimum Cm (mg/g) sebesar
43,6681 mg/g (Tabel 7),
Hasil penelitian Kyzas (2012) menunjukkan bahwa ampas kopi dapat
menurunkan Cu (II) dari larutan standar CuSO4.5H2O dan mengikuti model isoterm
Langmuir – Freundlich dengan nilai R2 = 0,993 , b = 0,612 serta kapasitas adsorpsi
maksimum Cu (II) sebesar 70 mg/g. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Cay et
al., (2004) menunjukkan bahwa ampas teh hitam dapat menurunkan Cu mengikuti
model isoterm Freundlich dengan nilai KF = 2,8379 dan nilai R2 = 0,992.
Isoterm Adsorpsi Seng (Zn)
Model isoterm adsorpsi Zn dalam pengolahan limbah cair batik pada nisbah bobot
ampas teh hitam : ampas kopi (12,5 g : 7,5 g) mengikuti persamaan Langmuir dengan
persamaan Ce/(x/m) = 0,024x - 0,059 dengan nilai R2 = 0,8423 dan r = 0,9178. Dari
persamaan Langmuir diperoleh kapasitas adsorpsi maksimum Cm (mg/g) sebesar
41,6667 mg/g (Tabel 7),
Berdasarkan penelitian Wasewar et al., (2008 ), ampas teh hitam dapat
menurunkan Zn mengikuti semua model isoterm (Langmuir, Freundlich, Redlich-
Peterson, dan Tempkin) dengan kapasitas adsorpsi maksimum Zn (II) sebesar 14,2 mg/g
dengan nilai R2 = 0,9917 pada suhu 333, serta nilai KF = 6,3624 dan R2 = 0,9684.
Hasil penelitian Kumar et al., (2009) menunjukkan bahwa ampas kopi dapat
menurunkan Zn (II) dari larutan standar ZnSO4.7H2O mengikuti model isoterm
15
Langmuir dengan nilai R2 = 0,968 dan kapasitas adsorpsi maksimum Zn (II) sebesar
46,05 mg/g.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1) Antar berbagai kombinasi nisbah bobot ampas teh hitam dan ampas kopi, diperoleh
hasil optimum untuk COD pada nisbah bobot (7,5 g : 12,5 g), sedangkan untuk
parameter Cu dan Zn nisbah bobot (12,5 g : 7,5 g). Efektivitas yang diperoleh
untuk parameter kimiawi COD, Cu, dan Zn berturut - turut adalah : 84,90%;
91,98%; dan 62,68%.
2) Model isoterm adsorpsi untuk COD adalah isoterm Freundlich, sedangkan untuk
Cu dan Zn adalah isoterm Langmuir. Kapasitas adsorpsi untuk COD adalah 0,0130
, sedangkan kapasitas adsorpsi maksimum Cu dan Zn berturut – turut sebesar 43,67
mg/g (Cu) dan 41,67 mg/g (Zn).
SARAN
Untuk penelitian selanjutnya digunakan arang ampas teh hitam yang diarangkan.
Dilakukan decolorisasi pada masing – masing ampas teh hitam maupun ampas kopi
sebelum pengaplikasian adsorben.
DAFTAR PUSTAKA
Alaerts, G. & S.S Santika. 1987. Metode Penelitian Air. Surabaya : Usaha nasional.
Anbalagan, K., P Senthilkumar and R Karthikeyan. 2015. Adsorption of Toxic Cr (VI) Ions From Aqueous Solution by Sulphuric Acid Modified Strychnos Potatorum Seeds in Batch and Column Studies. Desalination and Water Treatment. London, 21 May 2015. 1 – 23.
Anonim. 2015. 10 Kandungan Kimiawi yang Terdapat pada Kopi. Diambil dari http://www.hasbihtc.com/10-kandungan-kimiawi-yang-terdapat-pada-kopi.html. [4 Mei 2016].
Badan Standarisasi Nasional Indonesia. SNI No.06-3730-1995: Baku Mutu Arang Aktif. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional Indonesia.
Cay, S., A Uyanik andA Ozasik. 2004. Single and binary component adsorption on copper (II) and cadmium (II) from aqueous solution using tea industry waste. Sep. Purif. Technol 38 (3), 273-280.
Dhas, J.P.A/L.A. 2008. Removal of COD and colour from textile wastewater using limestone and activated carbon. Penang. Master of Science. Universiti Sains Malaysia. [Thesis]
Handayani, M dan E Sulistiyono. 2009. Uji Persamaan Langmuir dan Freundlich pada Penyerapan Limbah Chrom (VI) oleh Zeolit. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir PTNBR – BATAN. Bandung, 3 Juni 2009. 130 – 136.
Hernayanti dan E Proklamasiningsih. 2004. Fitoremediasi Limbah Cair Batik Menggunakan Kayu Apu (Pistia stratiotes L.) sebagai Upaya untuk Memperbaiki Kualitas Air . Phytoremediation of Batik Liquid Waste Using Water Lettuce (Pistia stratiotes L.) for Improving Water Quality. Jurnal Pembangunan Pedesaan 4 (03), 164 - 172.
Imawati, A dan Adhitiyawarman. 2015. Kapasitas Adsorpsi Maksimum Ion Pb (II) oleh Arang Aktif Ampas Kopi Teraktivasi HCl dan H3PO4. JKK 4 (02), 50 - 61.
Kumar, Y.P., C.B Kumar., B Samalatha and G.B Rao. 2009. “Removal of Zinc from Aqueous Solution Using Coffee Industry Waste” in Separation Processes ICSP 2009. Mishra, P.K., Mondal M.K., and Srivastava P., (Eds). India. Institute of Technology Banaras Hindu University. 118 – 126.
Kyzas, G.Z. 2012. Commercial Coffe Wastes as Materials for Adsorption of Heavy Metals from Aqueous Solutions. Materials1826 – 1840.
Nandal, M., R. Hooda and G. Dhania. 2014. Tea Wastes as a Sorbent for Removal of Heavy Metals from Wastewater. International Journal of Current Engineering and Technology 4(01), 243 – 247.
Peraturan Daerah Jawa Tengah. 2012. Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah Nomor 5 Tahun 2012 Tentang Perubahan Atas Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah Nomor 10 Tahun 2004 Tentang Baku Mutu Air Limbah. Jawa Tengah : Gubernur Jawa Tengah.
Putra, A.D.K. 2014.Nisbah Bobot Campuran Kulit Jeruk (Citrus sp.) dan Arang Tongkol Jagung (Zea mays L.) sebagai Adsorben dalam Pengolahan Air Limbah Tekstil. Salatiga. Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana. [Skripsi].
Qiao, W., K Takayanagi., M Shofie., Q Niu., H.Q Yu., & Y.Y Li. 2013. Thermophilic anaerobic digestion of coffee grounds with and without waste activated sludge as co-substrate using a submerged AnMBR : System amendments and membrane performance. Bioresource Technology, 150, 249 – 258.
Retnowati. 2005. Efektivitas Ampas Teh sebagai Adsorben Alternatif Limbah Cair Industri Tekstil. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. [Skripsi]
17
Reza, A., & M.Z Abedin. 2011. Application of Bioadsorbents for The Wastewater Treatment of a Composite Knit Industry. Journal of the Environment 8(1), 19 – 26.
Seniunaite, J., R Vaiskunaite and V Bolutiene. 2014. Coffee Grounds as an Adsorbent for Copper and Lead Removal from Aqueous Solutions. The 9th International Conference”ENVIRONMENTAL ENGINEERING”. Lithuania, 22 – 23 May 2014. 1 – 6.
Steel, R.G.D. and J.H Torie, 1981.Principle and Procedures of Statistic A Biometrical Approach, 2nd ed. Mc Grow-Hill International.Book Co, Kuga Kusha, Japan.
Sudarja dan N Caroko. 2012. Kaji Eksperimental Efektivitas Penyerapan Limbah Cair Industri Batik Taman Sari Yogyakarta Menggunakan Arang Aktif Mesh 80 dari Limbah Gergaji Kayu Jati. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika 14(01), 50 - 58.
Thakur, L. S., & M Parmar. (2013). Adsorption of Heavy Metal (Cu2+, Ni2+ and Zn2+) from Synthetic Waste Water by Tea Waste Adsorbent. International Journal of Chemical and Physical Sciences 2(06), 6 – 19.
Wasewar, K.L., M Atif.,B Prasad and I.M Mishra. 2008a. Adsorption of Zn using factory tea waste : kinetics, equilibrium and thermodynamics.CLEAN : Soil, Water, Air. 36 (3), 320 - 329.
Wu, C. H., C.Y Kuo and S.S Guan. 2015. Adsorption Kinetics of Lead and Zinc Ions by Coffee Residues. Pol. J. Environ. Stud 24(2), 761 – 767.
Zuorro, A and R Lavecchia. 2010. Adsorption of Pb(II) on Spent Leaves of Green and Black Tea. American Journal of Applied Sciences 7(02), 153 – 159.