bab ii tinjauan pustaka 1.1. limbah praktikum kimia analisisrepository.ump.ac.id/4361/3/bab ii_umi...

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1. Limbah Praktikum Kimia Analisis

Menurut Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 23 Tahun 1997

tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup, limbah adalah sisa suatu usaha

dan/atau kegiatan. Limbah cair adalah limbah berupa cairan yang berasal dari

hasil buangan dari bahan-bahan yang telah terpakai dari suatu proses produksi

industri, domestik (rumah tangga), pertanian serta laboratorium yang

tercampur (tersuspensi) dan terlarut didalam air.

Limbah laboratorium berasal dari buangan hasil reaksi-reaksi berbagai

larutan kimia berbahaya dalam suatu eksperimen. Larutan kimia tersebut

diantaranya mengandung bahan-bahan kimia toksik dan logam-logam berat

seperti Pb, Cd, Ni, Mg, Cu dan lainnya, yang berbahaya bagi makhluk hidup

dan lingkungan (Azamia 2012). Limbah laboratorium hasil Praktikum Kimia

Analisis merupakan limbah yang memilliki jenis dan jumlah bahan kimia

yang beragam, terutama jenis bahan anorganik yang mendominasi limbah ini.

Pada praktikum ini terjadi berbagai reaksi kimia dari zat yang berbahaya

seperti zat dari golongan kation dan golongan anion. Limbah yang dihasilkan

dari hasil Praktikum Kimia Analisis memiliki pH yang relatif rendah atau

dapat dikatakan bersifat asam. Jenis praktikum kimia analisis yang dilakukan

meliputi :

Pengolahan Limbah Cair…, Umi Uswatun Khasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

6

a. Analisis Kualitatif

Analisis kualitatif dilakukan untuk mengidentifikasi unsur yang terdapat

dalam suatu sampel, yang terdiri dari golongan kation, dan anion.

Analisis golongan kation meliputi :

1. Golongan I, disebut golongan asam klorida (Pb2+

, Ag+, Hg

2+)

2. Golongan II, disebut golongan hidrogen sulfida (As, Sn, Sb, Cu, Pb2+

,

Bi2+

, Cd2+

, Hg2+

)

3. Golongan III, disebut golongan amonium sulfida (Al, Cr, Fe, Zn,

MN, Co, dan Ni)

4. Golongan IV, disebut golongan amonium karbonat (Ba, Sr, dan Ca)

5. Golongan V, disebut golongan sisa (Mg, K, NH4+

)

Analisis golongan anion

Perubahan spesifik dari sampel yang diuji, meliputi perubahan

warna/terjadinya gas/bau dari sampel atas penambahan asam sulfat encer

atau pekat. Analisis anion dilakukan dengan menambah larutan Na2CO3

jenuh, untuk menghilangkan logam berat. Hal ini menyebabkan logam-

logam akan terlarutkan sebagai garam karbonat, sedangkan anion terlarut

sebagai garam natrium. Analisis anion meliputi :

o Uji sulfat dengan HCl encer dan BaCl2 : jika terjadi endapan maka

mengandung Sulfat (SO42-

).

o Uji untuk reduktor dengan H2SO4 encer dan KmnO4 : jika warna

ungu hilang maka ada sulfit (SO32-

), tiosianat (SCN-), sulfida (S

2-),


7

nitrit (NO2-), bromida (Br

-), iodida (I

-), dan arsenit (AsO3

2-). Jika

warna ungu hilang pada pemanasan maka ada oksalat (COO)22-

o Uji untuk oksidator dengan HCl pekat dan MnCl2 jenuh : jika larutan

coklat atau hitam maka ada nitrat (NO3-), klorat (ClO3), nitrit (NO2

-),

kromat (CrO42-

), ferisianida, bromat (BrO3-), iodat, dan permanganat

(MnO4-). Jika hasil uji negatif maka hanya sedikit nitrat dan nitrit.

o Uji dengan larutan perak nitrat : untuk menguji adanya tiosulfat

(S2O32-

), iodida (I-), klorida (Cl

-), dan bromida (Br

-).

b. Analisis Kuantitatif

Analisis kuantitatif dilakukan untuk penetapan banyaknya suatu zat

tertentu (analit) yang ada dalam sampel. Analisis kuantitatif digolongkan

dalam dua jenis yaitu :

1. Analisis Titrimetri (Volumetri)

Analisis ini berkaitan dengan pengukuran volume suatu larutan

dengan konsentrasi yang diketahui, yang diperlukan untuk bereaksi

dengan analit. Berdasarkan reaksi kimianya, titrimetri dikelompokkan

dalam empat jenis yaitu :

a. Titrasi Asidi Alkalimetri (Reaksi Asam–Basa)

Reaksi antara ion hidrogen yang berasal dari asam dengan ion

hidroksida yang berasal dari basa untuk menghasilkan air yang

bersifat netral, analisis asam sitrat, analisis asam salisilat, analisis

natrium tetraborat (boraks), analisis natrium bikarbonat

(NaHCO3).


8

b. Titrasi Oksidasi-Reduksi (Reaksi Redoks)

Reaksi kimia yang melibatkan oksidasi-reduksi, seperti analisis

iod bebas, analisis ion iodida (I-), analisis ion ferro (Fe

2+)

c. Titrasi Argentometri (Reaksi Pengendapan)

Pengendapan kation perak dengan anion halogen pada suasana

tertentu, seperti analisis ion kalium (K+) dalam KCl, analisis ion

bromida (Br-), analisis ion iodida (I

-)

d. Titrasi Kompleksometri (Reaksi Pembentukan Kompleks)

Suatu titrasi berdasarkan pembentukan senyawa kompleks antara

kation dengan zat pembentuk kompleks, seperti analisis MgSo4,

analisis ion kalsium (Ca2+

), analisis ion alumunium (Al3+

),

analisis ion timbal (Pb2+

)

2. Analisis Gravimetri

Analisis ini merupakan salah satu metode analisis kuantitatif suatu zat

atau komponen yang telah diketahui dengan cara mengukur berat

komponen dalam keadaan murni setelah melalui proses pemisahan.

Analisis gravimetri dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :

a) Penguapan, misalnya untuk menentukan kadar air, yaitu air kristal

atau air yang ada dalam suatu spesies.

b) Elektrolisis, zat yang dianalisa ditempatkan didalam sel

elektrolisa, sehingga logam yang mengendap pada katoda dapat

ditimbang.


9

c) Pengendapan, menggunakan pereaksi yang akan menghasilkan

endapan dengan zat yang dianalisa sehingga mudah dipisahkan

dengan cara penyaringan. Contohnya, Ag+ diendapkan sebagai

AgCl, atau ion besi (Fe3+) diendapkan sebagai Fe(OH)3, yang

setelah dipisahkan, dipijarkan dan ditimbang sebagai Fe2O3.

Contoh lain yaitu:

BaCl2 (aq) + K2CrO4 (aq) BaCrO4 (s) + 2 KCl (aq)

Contoh senyawa yang dapat diendapkan dan ditimbang dapat dilihat

pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Senyawa yang dapat di endapkan dan di timbang pada

Analisis Gravimetri

1.2. Koagulasi

Koagulasi adalah proses pencampuran koagulan dan air baku serta

pengadukan secara cepat didalam suatu wadah, agar diperoleh suatu

campuran koagulan dan air baku yang homogen, sehingga proses

pembentukan gumpalan atau flok dapat terjadi secara merata.

(Hardina,dkk.,2012). Partikel-partikel dalam sistem koloid mempunyai


10

ukuran yang sangat kecil, yaitu berkisar antara 10-7

cm sampai dengan 10-5

cm. Sifat partikel selalu dalam keadaan stabil, hal ini disebabkan karena

muatan antar partikel sama sehingga terjadi gaya tolak menolak. Karena

sifatnya tersebut, maka partikel koloid akan selalu menyebabkan kekeruhan

dan sulit untuk dipisahkan dengan cara penyaringan maupun pengendapan.

Salah satu cara untuk dapat memperbesar ukuran partikel tersebut adalah

dengan menetralkan muatan partikel dengan jalan menambahkan larutan

kimia tertentu, sehingga partikel-partikel koloid akan membentuk suatu

gumpalan. Cara tersebut dinamakan koagulasi (Buchari,1981).

Senyawa kimia yang dapat digunakan sebagai bahan kogulan biasanya

adalah senyawa yang mempunyai molekul berukuran besar dan mempunyai

gugus reaktif disepanjang rantainya, misalnya selulosa, protein dan senyawa

polimer lainnya (Prayudi & Susanto 2000). Bahan koagulan yang digunakan

dalam proses pengendapan limbah cair adalah bahan koagulan utama dan

bahan koagulan pendukung. Bahan koagulan utama termasuk tawas,

ferosulfat, ferisulfat, feriklorida, dan bahan koagulan pendukung termasuk air

kapur, soda abu, dan polyalumunium chlorida

(Droste,R.L1975;Kiely,G.,1997).

Faktor-faktor yang mempengaruhi koagulasi

Proses koagulasi untuk pengolahan air dipengaruhi oleh beberapa

faktor antara lain:

a. pH


11

Nilai pH untuk proses koagulasi beragam, bergantung pada koagulan dan

karakteristik air yang dipilih. Sebagai contoh, pH optimum untuk

aluminium sulfat 5,5-7,5, untuk garam besi 5,0-8,5, sedangkan pH

optimum untuk kitosan adalah pH 5 (Roussy et al., 2005).

b. Suhu

Dengan turunnya suhu, maka viskositas air semakin tinggi sehingga

kecepatan flok untuk mengendap semakin turun. Penurunan suhu

menyebabkan kecepatan reaksi berkurang, sehingga flok lebih sukar

mengendap.

c. Konsentrasi koagulan

Konsentrasi koagulan akan berpengaruh pada banyaknya jumlah bahan

kimia (koagulan) yang ditambahkan, sehingga proses pengendapan dari

tiap konsentrasi akan bervariasi. Selain itu, hal ini akan berpengaruh

terhadap tumbukan antar partikel yang akan membentuk flok-flok

(Azamia 2012).

d. Kecepatan dan waktu pengadukan

Pengadukan ini diperlukan agar tumbukan antar partikel untuk netralisasi

menjadi sempurna. Dalam proses koagulasi ini, pengadukan dilakukan

dengan cepat. Air yang memiliki turbiditas yang rendah memerlukan

pengadukan yang lebih banyak dibandingkan dengan air yang memiliki

turbiditas yang tinggi.

Mekanisme Koagulasi


12

Mekanisme koagulasi ada dua jenis, yaitu sweep coagulation dan

adsorption coagulation. Sweep coagulation ialah koagulasi yang dimana

partikel koloid yang tidak terlarut membentuk flok-flok yang ternetralkan

oleh koagulan, sedangkan adsorption coagulation ialah koagulasi yang

dimana muatan elektris partikel koloid diubah oleh molekul koagulan yang

menempel pada permukaan koloid (Lilis.,2006). Mekanisme koagulasi dapat di

lihat pada Gambar 2.1

Gambar 2.1. Mekanisme Koagulasi

1.3. Koagulan

Koagulan adalah bahan kimia yang ditambahkan ke dalam air untuk

mengendapkan partikel-partikel koloid yang sulit terhilangkan di dalam air.

Penggunaan koagulan pada proses koagulasi dimaksudkan untuk destabilisasi

muatan dengan menekan atau menghilangkan lapisan diffused layer, sehingga

yang tersisa adalah gaya tarik menarik antar partikel. Koagulan memegang

peranan cukup penting dalam pengolahan air bersih, yaitu dalam hal

menurunkan kekeruhan, total dissolved solid (TDS) dan total suspended solid

(TSS).


13

Menurut Kawamura (1991), koagulan yang digunakan dapat

dibedakan menjadi polimer anorganik dan polimer alami. Koagulan yang

umum digunakan adalah koagulan kimia seperti alum sulfat, polyaluminium

chloride, ferro sulfat (FeSO4), dan ferri khlorida (FeCl3).

Jenis-jenis Koagulan:

Alumunium sulfat (Al2(SO4)3.14H2O)

Alumunium sulfat biasanya disebut tawas, bahan ini sering dipakai

karena efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Tawas berbentuk kristal

atau bubuk putih, larut dalam air, tidak larut dalam alkohol, tidak mudah

terbakar, ekonomis, mudah didapat dan mudah disimpan. Penggunaan tawas

memiliki beberapa keuntungan yaitu harga relatif murah dan sudah dikenal

luas oleh operator water treatment. Namun tawas juga memiliki kerugian,

yaitu umumnya dipasok dalam bentuk padatan, sehingga perlu waktu yang

lama untuk proses pelarutan. Mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut:

Al2(SO4)3 → 2 Al+3

+ 3SO4-2

H2O → H+

+ OH-

2Al+3

+ 6 OH- → 2 Al (OH)3

3SO4-2

+ 6 H+ → 3H2SO4


14

PAC (Poly Alumunium Chlorida)

Polimer alumunium merupakan jenis baru sebagai hasil riset dan

pengembangan teknologi air. Sebagai dasarnya adalah alumunium yang

berhubungan dengan unsur lain membentuk unit berulang dalam suatu ikatan

rantai molekul yang cukup panjang, pada PAC unit berulangnya adalah Al-

OH. Rumus empirisnya adalah Aln(OH)mCl3n-m, dimana : n = 2 2,7 <> 0

Dengan demikian PAC menggabungkan netralisasi dan kemampuan

menjembatani partikel-partikel koloid sehingga koagulasi berlangsung

efisien. Namun terdapat kendala dalam menggunakan PAC sebagai koagulan,

yaitu perlu pengarahan dalam pemakaiannya karena bersifat higroskopis.

Karbon aktif

Aktivasi karbon bertujuan untuk memperbesar luas permukaan arang

dengan membuka pori-pori yang tertutup sehingga memperbesar kapasitas

adsorbsi. Pori-pori arang biasanya diisi oleh hidrokarbon dan zat-zat organik

lainnya, yang terdiri dari persenyawaan kimia. Aktivasi yang ditambahkan

akan meresap dalam arang dan membuka permukaan yang mula-mula

tertutup oleh komponen kimia, sehingga luas permukaan yang aktif

bertambah besar.

Efisiensi adsorbsi karbon aktif tergantung dari perbedaan muatan listrik antara

arang dengan zat atau ion yang diserap. Bahan yang bermuatan listrik positif

akan diserap lebih efektif oleh arang aktif dalam larutan yang bersifat basa.


15

Jumlah karbon aktif yang digunakan untuk menyerap warna berpengaruh

terhadap jumlah warna yang diserap.

Activated silica

Activated silica merupakan sodium silikat yang telah direaksikan

dengan asam sulfat, alumunium sulfat, carbon dioxide, atau klorida. Sebagai

koagulan, activated silica memberikan keuntungan antara lain meningkatkan

laju reaksi kimia, menurunkan dosis koagulan, memperluas jangkauan pH

optimum dan mempercepat serta memperkeras flok yang terbentuk.

Umumnya digunakan bersama dengan koagulan alumunium dengan dosis 7 –

11% dari dosis alum.

Bentonic clay

Bentonic clay digunakan pada pengolahan air yang mengandung zat

warna tinggi, kekeruhan rendah dan mineral yang rendah.(Romel.2013)

Bahan-Bahan Pembantu Koagulan

a. Penambahan alkalinitas, biasanya menggunakan kapur dan soda abu.

b. Polielektrolit, untuk memperoleh koagulasi yang optimum seperti anionik,

kationik, dan poliamfolit.

c. Penambahan kekeruhan, dilakukan dengan meresirkulasikan lumpur

endapan, sehingga konsentrasi partikulat yang diperlukan untuk

menghasilkan koagulasi tumbuh dengan cepat, contohnya tanah liat.


16

1.4. Kitosan

Kitosan (C6H11NO4) merupakan polimer dengan nama kimia 2-amino-

2-deoksi-D-glukosa, mengandung gugus amino bebas dalam rantai karbonnya

dan bermuatan positif. Gugus amina bebas inilah yang banyak memberikan

kegunaan bagi kitosan. Kitosan berbentuk padatan amorf, merupakan salah

satu dari sedikit polimer alami yang berbentuk polielektrolit kationik dalam

larutan asam organik (Hirano.,1986). Struktur kimia kitosan disajikan pada

Gambar 2.3

Gambar 2.3 Struktur kimia kitosan

Kitosan merupakan turunan dari khitin melalui proses deastilasi.

Ekstraksi khitin dari kulit udang dilakukan dalam 2 tahap, yaitu deproteinasi

yang bertujuan untuk menghilangkan protein yang terdapat dalam kulit

udang, dan demineralisasi yang bertujuan untuk menghilangkan mineral yang

terkandung dari kulit udang (Suptijah et al., 1992). Semakin banyak gugus

asetil yang hilang dari polimer khitin, semakin kuat interaksi ikatan hidrogen

dan ion dari kitosan. Kitosan mempunyai potensi untuk digunakan dalam

industri dan bidang kesehatan.


17

Beberapa kegunaan kitosan antara lain sebagai berikut :

1. Membran penukar ion

2. Bahan pemurni air

3. Bahan baku benang untuk operasi plastik/bedah

4. Bahan powder untuk sarung tangan pembedahan

5. Koagulan dan flokulan

Penggunaan kitosan tergantung dari kualitasnya. Sebagai contoh

kitosan dengan kualitas rendah dapat digunakan pada pemrosesan limbah cair

industri, sedang kitosan dengan kemurnian tinggi dibutuhkan dalam bidang

kesehatan, seperti bahan obat-obatan (Bastaman,1989). Sebagai bahan

pemrosesan limbah cair, kitosan mampu menurunkan kadar COD, BOD,

padatan tersuspensi, warna, kekeruhan dan mampu mengikat logam berat

seperti Fe, Cu, Cd, Hg, Pb, Cr, Ni, Mn, Co, Zn dan lain lain (Bough,1976).

Kitosan mempunyai gugus amino bebas sebagai polikationik, pengkhelat dan

pembentuk dispersi dalam larutan asam asetat. Gugus amino bebas inilah

yang memberikan banyak kegunaan pada kitosan (Knorr,1982).

Menurut Dunn et al.,(1997) Pelarutan kitosan terjadi karena interaksi

hidrogen antara gugus karboksil dengan gugus amina dari kitosan. Kitosan

dapat larut dalam bermacam macam asam organik, asam klorida, dan asam

nitrat pada konsentrasi 0,15% s/d 1,1%. Kitosan tidak larut dalam asam sulfat

dan sedikit larut dalam asam ortho pospat pada konsentrasi 0,5%. Kualitas

kitosan tergantung pada beberapa parameter, misalnya untuk kitosan kualitas

komersil disajikan pada Tabel 2.2.


18

Tabel 2.2 Standar mutu kitosan

Parameter Nilai

Ukuran partikel Dari bubuk smpai serpihan

Kadar air < 10%

Kadar abu < 2 %

Warna larutan Jernih

Derajat deasetilasi > 70

Viskositas:

- Rendah < 200 (cps)

- Medium 200 s/d 799 (cps)

- Tinggi 800 s/d 2000 (cps)

- Ekstra tinggi >2000 (cps)

(Sumber : Protan Laboratories Inc)

Kelarutan kitosan dalam asam asetat dipengaruhi oleh suhu dan

lamanya perendaman dalam NaOH. Asam asetat tergolong asam lemah

golongan asam karboksilat yang mengandung gugus karboksil (-COOH).

Gugus karboksil mengandung sebuah gugus karbonil dan gugus hidroksil.

Titik didihnya mencapai 118˚C dan baunya sangat tajam (Fessenden &

Fessenden, 1986). Adapun dalam larutan asam, gugus amina bebas sangat

cocok sebagai polikationik untuk mengkhelat logam atau membentuk

dispersi. Oleh karena itu, dalam larutan asam kitosan akan menjadi polimer

dengan struktur lurus sehingga sangat berguna untuk flokulasi, pembentuk

film atau imobilisasi enzim. Gugus amina bebas dari kitosan dalam suasana

asam akan terprotonasi membentuk gugus amino kationik (NH3+

). Kation

dalam kitosan tersebut jika bereaksi dengan polimer anionik akan membentuk

kompleks elektrolit (Sanford, 1989). Reaksi pembentukan kitosan dari khitin


19

dan reaksi kelarutan kitosan dengan asam asetat dapat di lihat pada Gambar

2.4 dan Gambar 2.5

Gambar 2.4 Reaksi pembentukan kitosan dari khitin.

Gambar 2.5 Reaksi kelarutan kitosan dengan asam asetat.

Spesifikasi kitosan sebagai koagulan :

a. Kitosan merupakan senyawa polimer organik.

b. Kitosan berbentuk padatan amorf berwarna kuning.

c. Kitosan larut dalam larutan asam asetat.

d. Kitosan efektif pada pH 5.

e. Penambahan kitosan membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan

PAC untuk menghasilkan pengendapan zat terlarut dalam proses

koagulasi.


20

f. Jika penambahan kitosan berlebihan, akan menambah nilai kekeruhan dan

menurunkan nilai pH secara drastis namun tidak beracun, dan ramah

lingkungan.

g. Kitosan mampu mengikat logam berat seperti Fe, Cu, Cd, Hg, Pb, Cr, Ni,

Mn, Co, dan Zn.

1.5. Jar Test

Jar test atau uji jar merupakan metode standar yang digunakan untuk

menguji proses koagulasi. Data yang didapat dengan melakukan jar test

antara lain dosis optimum penambahan koagulan, lama pengendapan serta

volume endapan yang terbentuk. Jar test yang dilakukan adalah untuk

membandingkan kinerja koagulan yang digunakan untuk mendapatkan

padatan yang tersuspensi. Metode ini dapat dilakukan untuk menentukan pH

optimum, variasi dosis koagulan, alternatif kecepatan pengadukan atau

menguji jenis koagulan yang berbeda (Hardina.,2012).

Pelaksanaan jar test ini dilakukan agar diketahui titik kekeruhan akhir

pada penambahan kedua koagulan yang sesuai dengan baku mutu air bersih

yang ditetapkan oleh Kep Menkes RI No.416/Menkes/Per/XI/1990.

Konsentrasi koagulan yang optimum dapat ditentukan berdasarkan hasil jar

test, yaitu konsentrasi yang memberikan kekeruhan akhir tepat dibawah 5

NTU, bukan kekeruhan terendah (SOP Lab PDAM Tirta Pakuan, 2011). Jar

test dapat dilihat pada Gambar 2.6


21

Gambar 2.6 Jar test

Faktor-faktor yang mempengaruhi percobaan dengan Jar-Test, adalah :

1. Bahan kimia yang dipakai untuk menurunkan kadar logam berat

2. Penambahan dosis Presipitan

3. pH

4. Kecepatan pengadukan

5. Waktu pengendapan


bab ii tinjauan pustaka 1.1. limbah praktikum kimia analisisrepository.ump.ac.id/4361/3/bab ii_umi...

Documents