J. MANUSIA DAN LINGKUNGAN, Vol. 21, No.2, Juli 2014: 143-148

PENURUNAN KADAR PROTEIN LIMBAH CAIR TAHU DENGAN PEMANFAATANKARBON BAGASSE TERAKTIVASI

(Protein Reduction of Tofu Wastewater Using Activated Carbon Bagasse)

Candra Purnawan1,*, Tri Martini1 dan Shofiatul Afidah1

1,*Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret,Jl. Ir. Sutami 36ª, Kentingan Surakarta 57126

*Penulis korespondensi. Email: candra_pr@yahoo.com

Diterima: 18 Januari 2014 Disetujui: 7 Juni 2014

Abstrak

Penurunan kadar protein limbah tahu telah dilakukan dengan pemanfaatan karbon Bagasse teraktivasi. Tujuan daripenelitian ini adalah untuk mengetahui kondisi optimum dari karbon teraktivasi NaOH dan H2SO4 dalam menurunkankadar protein limbah cair tahu dan mengetahui jenis isoterm adsorpsi dari karbon aktif yang digunakan untuk menyerapprotein limbah cair tahu. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi NaOH yang optimum untuk aktivasi karbon aktif15%, massa optimum karbon bagasse teraktivasi NaOH adalah 2 g dan penurunan kadar proteinnya 71,95%, sedangkanmassa optimum karbon bagasse teraktivasi H2SO4 adalah 1 g dengan penurunan kadar protein sebesar 38,19%. Waktukontak optimum karbon bagasse teraktivasi NaOH dan H2SO4 adalah 12 jam. Adsorpsi protein oleh karbon bagasseteraktivasi NaOH mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich sedangkan karbon bagasse teraktivasi H2SO4

dominan mengikuti isoterm Freundlich.

Kata Kunci: karbon aktif, bagasse, biomassa, protein, limbah cair, tahu, isoterm adsorpsi

Abstract

The protein reduction of tofu wastewater using activated carbon from bagasse had been conducted. The purposesof this research were to analysis optimum condition of activated carbon bagsse using NaOH and H2SO4 for reductionprotein in tofu wastewater, and analysis adsorption isotherm of activated carbon with protein. The result showed thatoptimum mass of carbon bagasse activated NaOH was 2 g with 71.95% protein reduction, while carbon bagasseactivated H2SO4 has 1 g with 38.19% protein reduction. The optimum contact time between protein and activatedcarbon (with NaOH and H2SO4) was happened in 12 hours. Adsorption protein with carbon bagasse activated NaOHhad followed Langmuir and Freundlich adsorption isotherm, while adsorption with carbon bagasse activated H2SO4

dominantly had followed Freundlich adsorption isotherm.

Keywords: activated carbon, bagasse, biomass, protein, wastewater, tofu, adsorption isotherm

PENDAHULUAN

Industri tahu merupakan salah satu jenis industrikecil yang berkembang di Indonesia khususnyaPulau Jawa. Namun, adanya limbah cair dalamproses pembuatan tahu perlu dilakukan pengolahansebelum masuk ke lingkungan karena dapatmencemari lingkungan perairan dan udara disekitarnya. Menurut penelitian Basuki dalamRaliby dkk. (2009) mengatakan bahwa limbah cairtahu mempunyai kandungan protein, lemak dankarbohidrat yang masih cukup tinggi, jika senyawaorganik tersebut diuraikan maka akan dihasilkangas metan, karbon dioksida dan gas–gas lain.keberadaan protein yang cukup tinggi dan senyawaorganik lainnya dapat menyebabkan kadar BODdan COD perairan tinggi. Damayanti dkk. (2004)dalam penelitiannya mengatakan bahwa pada

limbah cair tahu memiliki nilai BOD 5389,5 mg/L,COD 7050 mg/L, N-total 161,5 mg/L dan pH 4,11.

Berbagai adsorben dapat digunakan untukpengolahan limbah cair tahu diantaranya: karbonaktif, alumina aktif, silika gel, dan zeolit (molecularsieves). Namun, diantara beberapa jenis adsorbentersebut karbon aktif paling mudah ditemukan danmemiliki luas permukaan paling besar, sehinggakemampuan untuk menjerap juga paling besar(Wahjuni dkk., 2005). Karbon aktif adalah suatupadatan berpori yang mengandung 85 – 95%karbon, dihasilkan dari bahan–bahan yangmengandung karbon dengan pemanasan pada suhutinggi (Suherman dkk., 2009). Bahan alam yangmengandung banyak unsur karbon dalam bentukpersenyawaan organik dapat digunakan sebagaibahan baku pembuatan karbon aktif. Bahan tersebutantara lain tempurung kelapa, kayu tanaman,

144 J. MANUSIA DAN LINGKUNGAN Vol. 21, No.2

serbuk gergaji dan bagasse. Jaguaribe dkk (2005)meneliti 3 karbon aktif dari bahan yang berbedayaitu tempurung kelapa, batang pohon aren danbagasse. Di antara ketiga karbon aktif tersebut yangmemiliki karakteristik dan daya serap terhadapklorin yang paling baik adalah karbon aktifbagasse.

Bagasse merupakan limbah pabrik gula yangbelum banyak dimanfaatkan. Sutawati (2002)mengatakan bahwa abu bagasse memiliki titik leleh1050–1200 oC. Kandungan abu pada karbon aktifbagasse dapat dikurangi dengan perlakuan tertentu.Salah satu perlakukan yang dapat dilakukan adalahdengan aktivasi. Pori–pori karbon akan lebihterbuka saat aktivasi sehingga luas permukaankarbon akan semakin besar yang menyebabkanlebih banyak molekul teradsorp (Yunianto, 2002).Aktivasi dapat dilakukan secara fisika maupunkimia, secara fisika dilakukan dengan pemanasan,hal ini menyebabkan hilangnya pengotor. Aktivasisecara kimia dapat dilakukan dengan basa sepertiNaOH dan asam seperti H2SO4, hal ini akanmenyebabkan pengotor terbawa oleh zat pengaktif.Aktivasi menggunakan basa maupun asam akanmemberikan perbedaan kemampuan adsorpsibagasse. Oleh karena itu, perlu adanya kajian yangperlu dilakukan untuk mengetahui tentangpenurunan kadar protein limbah cair tahumenggunakan karbon bagasse teraktivasi.

METODE PENELITIAN

BahanBahan-bahan yang digunakan terdiri dari

bagasse dari pabrik gula, limbah cair tahu, airsuling, kertas saring, aluminium foil, kertas pHdan kertas lakmus merah. Untuk khemikalia yangdigunakan meliputi natrium hidroksida, natriumtiosulfat pentahidrat, asam sulfat 95–97%, asamborat, indikator fenolftalein p.a (Merck), asamklorida 37%, kalium sulfat, tembaga sulfatpentahidrat, kalium di-hidrogen fosfat, di-natriumhidrogen fosfat dan kalium hidrogen ftalat.

AlatPeralatan yang digunakan terdiri dari tungku

pemanas/furnace, cawan porselin, neraca analitik,sentrifuse, penangas air, shaker rotator, deksikator,ph meter, oven, heating mantel, peralatan destilasikjeldahl, alat–alat gelas dan plastik

Prosedur PenelitianPembuatan Karbon Aktif Bagasse

Bagasse yang telah kering dibakar dengan apikecil dan dalam ruang tertutup hingga semuabagasse berubah menjadi arang, kemudian

dipanaskan dalam furnace pada suhu 500 oC sampaitidak terbentuk asap. Karbon yang telah terbentukkemudian diayak pada ayakan 100–200 mesh dansebanyak 50 g karbon direndam dalam 500 mLNaOH 15% (Afidah, 2010) dan H2SO4 10%(Yunianto, 2002) selama 12 jam, kemudian disaringdan residunya dicuci dengan air suling sampaifiltrat hasil pencucian netral. Setelah itu karbondikeringkan pada suhu 110 oC dan setelah itudipanaskan dalam tungku furnace pada suhu 500 oCselama 1 jam.

Adsorpsi Protein Limbah Cair Tahu denganVariasi Komposisi Massa Karbon Aktif Bagasse

Sebanyak 0,5; 1; 1,5 dan 2 g karbon aktifbagasse teraktivasi H2SO4 10% dan 0,5; 1; 1,5; 2;2,5 dan 3 g karbon aktif bagasse teraktivasi NaOH15% dimasuk ke dalam masing-masing 25 mllimbah cair tahu dan dikocok selama 24 jam,kemudian disaring dan filtratnya diambil 5 mLuntuk ditentukan kadar proteinnya sehinggadiperoleh komposisi massa karbon aktif bagasseyang optimum. Penentuan kadar protein sebelumdan sesudah adsorbsi dilakukan menggunakanmetode Kjeldahl - SNI 06-6989.52 (Anonim, 2005).

Adsorpsi Protein Limbah Cair Tahu denganVariasi Waktu Kontak

Sebanyak massa optimum untuk karbon aktifdiaktivasi H2SO4 10% dan NaOH 15%dicampurkan dengan masing-masing 25 mL limbahcair tahu dan dikocok selama 12, 18, 24, 36 dan 48jam. Kemudian disaring dan filtratnya diambil 5mL untuk ditentukan kadar proteinnya.

Penentuan Isoterm AdsorpsiSebanyak massa optimum untuk karbon aktif

diaktivasi H2SO4 10% dan NaOH 15%dicampurkan dengan 25 ml limbah cair tahu dengankonsentrasi 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100% (v/v).selama waktu kontak optimum, kemudian disaringdan filtratnya diambil 5 mL untuk ditentukan kadarproteinnya. Analisis isotherm adsorpsi karbon aktifbagasse menggunakan persamaan garis lurusisoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Adsorpsi Protein Limbah Cair Tahu denganVariasi Komposisi Massa Karbon Aktif Bagasse

Optimasi proses aktivasi karbon bagassedilakukan pada penelitian sebelumnya dandiperoleh kondisi optimum pada konsentrasi NaOH15% dan H2SO4 10%. Jumlah karbon aktif yangdigunakan pada adsorpsi mempengaruhi banyaksedikitnya jumlah protein yang terserap oleh karbon

Juli 2014 CANDRA PURNAWAN DKK:.: PENURUNAN KADAR PROTEIN 145

aktif. Selanjutnya dilakukan variasi massa karbonteraktivasi NaOH 15% dan H2SO4 10% untukmenentukan massa optimum karbon teraktivasiNaOH 15% dan H2SO4 10% dalam menyerapprotein. Efisiensi penurunan protein limbah cairtahu (%) pada berbagai variasi massa karbonteraktivasi NaOH 15% ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 menunjukkan bahwa padapenambahan karbon teraktivasi NaOH 15%sebanyak 0,5 g hingga 2 g terjadi peningkatansignifikan jumlah protein yang teradsorp. Hal inidisebabkan semakin banyak massa karbon aktifyang diberikan maka semakin banyak pori dan situsaktif yang digunakan untuk adsorpsi protein.Adapun pada penambahan jumlah karbonteraktivasi NaOH 15% sebesar 2,5 g dan 3,0 gbanyaknya protein yang terserap tidak terlaluberbeda secara signifikan. Hal ini karena massakarbon aktif yang diberikan terlalu banyak sehinggaantar karbon aktif sendiri saling berdesakan danmenyebabkan interaksi karbon aktif dengan limbahcair tahu kurang efektif. Berdasarkan analisisstatistik melalui uji Duncan menunjukkan bahwapada massa karbon teraktivasi NaOH 15% sebesar2 g merupakan massa optimum untuk menurunkankadar protein limbah cair tahu sebesar 71,95%.Adapun efisiensi penurunan protein limbah cairtahu (%) pada berbagai variasi massa karbonteraktivasi H2SO4 10% ditunjukkan Gambar 2.

Gambar 2 menunjukkan bahwa padapenambahan karbon teraktivasi H2SO4 10%sebanyak 0,5 g dan 1,0 g terjadi peningkatan yangcukup signifikan jumlah protein yang teradsorpsi.Hal ini karena semakin banyak massa karbon aktifyang diberikan maka semakin banyak pori dan situsaktif yang digunakan untuk adsorpsi protein.Adapun pada penambahan jumlah karbonteraktivasi H2SO4 10% sebesar 1,5 g dan 2,0 g

jumlah protein yang teradsorpsi tidak berbedasecara signifikan. Hal ini karena massa karbon aktifyang diberikan terlalu banyak sehingga antar

karbon aktif sendiri saling berdesakan dan interaksikarbon aktif dengan limbah cair tahu kurangefektif. Berdasarkan analisa statistik melalui ujiDuncan menunjukkan pada massa karbonteraktivasi H2SO4 10% sebesar 1 g merupakanmassa optimum untuk menurunkan kadar proteinlimbah cair tahu sebesar 38,19%.

Efisiensi penurunan limbah cair tahu (%) karbonaktif diaktivasi NaOH 15% lebih besar dibandingkarbon aktif diaktivasi H2SO4 10%, hal inidikarenakan karbon aktif diaktivasi NaOH 15%memiliki sifat basa lebih besar sehingga cenderungbermuatan parsial negatif, sedangkan protein dalamlimbah cair tahu bermuatan positif maka akanterjadi gaya tarik elektrostatik antara karbon aktifdiaktivasi NaOH dengan protein. Karbon aktifbersifat elektropositif pada larutan asam sedangkanpada larutan basa dia bersifat elektronegatif (Shendkk, 2007). Selain itu akan terjadi ikatan hidrogenantara H gugus amino dan karboksil pada proteindengan N dan O yang dimiliki gugus fungsi karbonaktif. Pada karbon aktif diaktivasi H2SO4 terjaditolakan elektrostatik dengan protein karena sama–sama cenderung bermuatan positif.

Adsorpsi Protein Limbah Cair Tahu denganVariasi Waktu Kontak

Efisiensi penurunan protein limbah cair tahu (%)oleh karbon teraktivasi NaOH 15% pada berbagaiwaktu kontak ditunjukkan Gambar 3. Untukefisiensi penurunan protein limbah cair tahu (%)oleh karbon teraktivasi H2SO4 10% pada berbagaiwaktu kontak ditunjukkan Gambar 4.

Gambar 3 dan 4 menunjukkan bahwa padawaktu kontak 12 jam jumlah protein yang terjerappaling besar, namun pada waktu kontak lebih dari12 jam jumlah protein yang terjerap mengalamipenurunan. Hal ini karena waktu kontak yangberlebih menyebabkan karbon aktif lewat jenuhdan mengakibatkan protein kembali terlepas daripori–pori karbon aktif (terjadi desorpsi).

Gambar 1. Efisiensi penurunan protein limbahcair tahu (%) dengan variasi massa karbon bagasseteraktivasi NaOH 15%.

Gambar 2. Efisiensi penurunan protein limbah cairtahu (%) dengan variasi massa karbon bagasseteraktivasi H2SO4 10%.

146 J. MANUSIA DAN LINGKUNGAN Vol. 21, No.2

Gambar 3. Efisiensi penurunan protein limbah cairtahu (%) oleh karbon bagasse teraktivasi NaOH15% dengan variasi waktu kontak.

Gambar 4. Efisiensi penurunan protein limbah cairtahu (%) oleh karbon bagasse teraktivasi H2SO4

10% dengan variasi waktu kontak.

Analisa Isoterm Adsorpsi untuk karbon aktifbagasse

Penentuan isoterm adsorpsi dilakukan untukmengetahui jenis adsorpsi yang terjadi pada karbonaktif bagasse sehingga dapat diketahui jenisinteraksi yang terjadi pada saat proses adsorpsi.Untuk mengetahui jenis isoterm adsorpsi yangterjadi, maka data yang ada diuji dengan persamaangaris lurus isoterm adsorpsi Freundlich danLangmuir (Adamson, 1990).

Isoterm adsorpsi karbon aktif bagasse teraktivasiNaOH 15%

Isoterm adsorpsi Freundlich diuji denganmemasukkan data yang ada dalam persamaan linierdalam bentuk logaritmanya :Log (X/m) = log k + 1/n log C kest (1)Di mana X adalah banyaknya protein yangteradsorpsi (mg), m adalah massa adsorben (g), Ckest adalah konsentrasi protein yang tersisa dalamlarutan setelah terjadi kesetimbangan (ppm).Isoterm Freundlich menggambarkan prosesadsorpsi yang terjadi secara fisika, dalam prosesadsorpsi terbentuk beberapa lapisan (multilayer).Protein akan terjerap oleh karbon aktif karenaadanya gaya Van Der Waals, yaitu dipol positifprotein akan menuju dipol negatif dari karbon aktif.

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dalambentuk linier untuk adsorpsi cairan adalah:

(2)Di mana (X/m) adalah kapasitas adsorpsi, Q adalahkapasitas adsorpsi maksimum, C kest adalahkonsentrasi protein yang tersisa dalam larutansetelah terjadi kesetimbangan (ppm). Isotermadsorpsi menunjukkan bahwa proses adsorpsiterjadi secara kimia, terjadinya ikatan antara proteindengan karbon aktif.

Kurva isoterm Freundlich untuk karbonteraktivasi NaOH 15% ditunjukkan pada Gambar 5dan diperoleh harga koefisien korelasi (r) = 0,9269

Gambar 5. Kurva isoterm Freundlich karbonbagasse teraktivasi NaOH 15%

dengan persamaan regresi linier y = -0,0956+0,3387x. Dengan y adalah kapasitas adsorpsi, xadalah konsentrasi protein yang tersisa dalamlarutan setelah terjadi kesetimbangan.

Kurva isoterm Langmuir ditunjukkan padaGambar 6 dan diperoleh persamaan linier y =11,90929 + 0,1384 x dengan harga koefisienkorelasi (r) adalah 0,9623. Pada adsorpsi proteindengan karbon aktif diaktivasi NaOH, antaraisoterm Langmuir dan Freundlich sama–samadominan ditunjukkan dengan harga r yangmendekati 1, sehingga dapat diasumsikan bahwainteraksi yang terjadi antara protein dan karbonaktif dapat terjadi secara fisika dan kimia, ikatankimia yang terjadi dimungkinkan karena adanyaikatan hidrogen antara H+ dari protein dengan Odari karbon aktif, bisa juga terjadi tarik menarikantara karbon aktif dengan protein (gayaelektrostatik) sedang interaksi fisika terjadi karenaadanya gaya van Der Waals antara protein dengankarbon aktif.

Isoterm adsorpsi karbon aktif bagasse teraktivasiH2SO4 10%

Kurva isoterm Langmuir ditunjukkan padaGambar 7 dan diperoleh persamaan linier y = 18,37+ 0,014 x dengan harga koefisien korelasi (r)

Juli 2014 CANDRA PURNAWAN DKK:.: PENURUNAN KADAR PROTEIN 147

Gambar 6. Kurva isoterm Langmuir karbonbagasse teraktivasi NaOH 15%

Gambar 7. Kurva isoterm adsorpsi Langmuirkarbon bagasse teraktivasi H2SO4 10%

adalah 0,409. Kurva isoterm Freundlichditunjukkan pada Gambar 8 dan diperoleh harga rsebesar 0,915 dengan persamaan regresi linier y = -1,09567 + 0,8984x.

Harga r pada isoterm Freundlich lebihmendekati 1 dibanding isoterm Langmuir, sehinggadapat diasumsikan bahwa interaksi antara karbonaktif diaktivasi H2SO4 10% dengan protein limbahcair tahu dominan terjadi secara fisika melaluipembentukan ikatan van Der Walls yaitu dipol darikarbon aktif akan berinteraksi dengan dipol dariprotein. Interaksi kimia yang rendah antara karbonaktif diaktivasi H2SO4 dengan proteindimungkinkan karena antara karbon aktif diaktivasiH2SO4 dengan protein sama–sama bermuatan ositifsehingga terjadi tolakan elektrostatik. Perbedaanjenis adsorpsi antara karbon aktif diaktivasi NaOH15% dan karbon aktif diaktivasi

H2SO4 10% terhadap protein dikarenakanprotein yang digunakan dalam suasana asamsehingga protein cenderung bermuatan positif makaakan dengan mudah berikatan secara kimia dengankarbon aktif diaktivasi NaOH 15% yang dapatmendonorkan elektronnya, antara karbon aktifdiaktivasi H2SO4 10% dengan protein sama–samabersifat asam maka sulit terjadi interaksi secarakimia, protein dapat teradsorpsi ke dalam karbonaktif diaktivasi H2SO4 hanya karena keberadaanikatan antara dipol karbon aktif dengan dipol

Gambar 8. Isoterm adsorpsi Freundlich untukkarbon aktif diaktivasi H2SO4 10%

protein maka isotermnya dominan mengikutiFreundlich

KESIMPULAN

Massa optimum karbon aktif diaktivasi NaOHadalah 2 g dengan penurunan kadar proteinnya71,95%, sedangkan massa optimum karbon aktifdiaktivasi H2SO4 sebesar 1 g dengan penurunankadar protein 38,19%. Waktu kontak optimumkarbon aktif dengan aktivasi NaOH dan H2SO4

adalah 12 jam.Adsorpsi protein menggunakan karbon bagasse

teraktivasi NaOH mengikuti isoterm adsorpsiLangmuir dan Freundlich sehingga dimungkinkanterjadi adsorpsi kimia dan fisika terhadap proteinsedangkan adsorpsi protein menggunakan karbonbagasse teraktivasi H2SO4 dominan mengikutiisoterm Freundlich sehingga adsorpsi fisika lebihdominan terhadap protein limbah cair tahu.

DAFTAR PUSTAKA

Adamson, A.W. 1990. Physical Chemistry ofSurface. Jhon Wiley and Sons, Inc,California.

Afidah, S. 2010. Pemanfaatan Karbon BagasseTeraktivasi untuk Menurunkan Kadar Proteindalam Limbah Cair Tahu. Skripsi. JurusanKimia FMIPA Universitas Sebelas Maret,Surakarta

Anonim, 2005, SNI 06-6989.52-2005: Air dan airlimbah- Bagian 52: Cara uji kadar nitrogenorganik secara makro kjeldahl dan titrasi.

Damayanti, A., Joni, H., dan Ali, M. 2004. AnalisisResiko Lingkungan dari Pengolahan LimbahPabrik Tahu dengan Kayu Apu (PistiaStatiotes L), Jurusan Teknik LingkunganFTSP-ITS, Surabaya.

Jaguaribe, E. F., Medeiros, L. L, Barreto, M. C. S,dan Araujo, L. P, 2005. The Performance ofActivated Carbons from Sugarcane Bagasse,

148 J. MANUSIA DAN LINGKUNGAN Vol. 21, No.2

Babassu, and Coconut Shells in RemovingResidual Chlorine. Brazil.

Raliby, O., Retno, R., dan Imron, R. PengolahanLimbah Cair Tahu Menjadi Biogas SebagaiBahan Bakar Alternatif pada IndustriPengolahan Tahu, 27 Agustus 2009.

Shen, W., Zhijie, L., dan Yihong, L. 2007. SurfaceChemical Functional Groups Modification ofPorous Carbon. State Key Laboratory ofHeavy Oil, China University of Petroleum,Dongying, Shandong.

Suherman, Ikawati, dan Melati. 2009. PembuatanKarbon Aktif dari Limbah Kulit SingkongUKM Tapioka Kabupaten Pati. Teknik KimiaFakultas Teknik UNDIP, Semarang.

Sutawati, H. 2002. Pemanfaatan Bagasse untukPembuatan Karbon Aktif Menggunakan BahanPengaktif ZnCl2. Skripsi Sarjana KimiaFakultas Matematika dan Ilmu PengetahuanAlam UNS, Surakarta.

Wahjuni, N. S., Danny, A., dan Desty, R. 2005.Perbandingan Tingkat Adsorpsi Chitin danKarbon Aktif dalam Menjerap LogamChromium dalam Tangki Berpengaduk. Hal71- 72. Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS,Surakarta.

Yunianto. 2002. Studi Pembuatan Karbon Aktifdari Bagasse dengan Bahan Pengaktif H2SO4.Skripsi Sarjana Kimia Fakultas Matematikadan Ilmu Pengetahuan Alam UNS, Surakarta.