Daun Kelor NanoBiokoagulan [PDF]

Citation preview

USULAN GARIS BESAR TUGAS AKHIR



UNIVERSITAS DIPONEGORO



STUDY PENURUNAN TURBIDITY,TSS,COD MENGGUNAKAN BIJI KELOR (Moringa oelifera) SEBAGAI NANOBIOKOAGULAN (Study Kasus : Pencemaran Saluran Drainase oleh limbah domestik, di Kelurahan Barusari, Semarang)



Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata 1 (S1)



DIMAS KRESHNA WIBAWARTO 21080110110001



FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN SEMARANG



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Air limbah merupakan sisa dari suatu usaha dan/atau kegiatan yang berwujud cair yang apabila dibuang ke lingkungan dapat menurunkan kualitas lingkungan, sehingga untuk melestarikan lingkungan agar dapat bermanfaat bagi hidup dan kehidupan manusia (PERDA Jateng No.5 tahun 2012), dan dewasa ini karena perilaku dan kebiasaan masyarakat yang menyalurkan saluran buangan rumahnya langsung ke saluran drainase sehingga mengubah fungsi dari drainase menjadi saluran buangan masyarakat. Seperti halnya kasus yang terjadi di saluran drainase Kelurahan Barusari, Semarang, banyak sekali terlihat Pipa-pipa buangan dari rumah langsung di salurkan menuju ke drainase. Karena hal inilah sehingga menimbulkan pencemaran pada saluran drainase yang menjadikan tingkat kekeruhan, TSS dan COD menjadi meningkat sehingga tidak memenuhi baku mutu yang akan di buang ke badan air. Di Indonesia terdapat banyak sekali tanaman-tanaman yang dapat digunakan untuk dimanfaatkan sebagai biokoagulan, salah satunya adalah Biji Kelor (Moringa oleifera) ini adalah tanaman dari familia Moringaceae. Di Indonesia khususnya di perkampungan dan pedesaan tanaman kelor baru sampai digunakan untuk pagar hidup dan juga bunga muda buah muda dimanfaatkan untuk sayuran.Padahal biji ini dapat digunakan sebagai pengolahan limbah cair yang lebih ekonomis dan lebih ramah lingkungan. Dalam penelitian yang sudah dilakukan biji kelor ini sangat memuaskan dalam hal penjernihan air karena mempunyai senyawa rhamnossyloxy-benzil-isothiocyanate yang mampu mengabsorpsi partikel-partikel air limbah.



1.2 Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka identifikasi masalah pada penelitian ini adalah: 1. Belum diketahuinya variasi dosis dan pengaruhnya dari Nano biokoagulan biji kelor terhadap penurunan dari kadar Turbidity, TSS, dan COD 2. Belum diketahuinya variasi kecepatan pengadukan cepat dan pengaruhnya dari biokoagulan biji kelor terhadap penurunan dari kadar Turbidity, TSS, dan COD 3. Belum diketahuinya efisiensi penurunan kadar Turbidity, TSS, dan COD pada air saluran di Kelurahan Barusari, Semarang Selatan dengan menggunakan Nano biokoagulan biji kelor



1.3 Pembatasan Masalah Pembatasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Kemampuan proses koagulasi-flokulasi dengan biokoagulan biji kelor dalam menurunkan konsentrasi Turbidity, TSS, dan COD. 2. Kecepatan pengadukan cepat dan dosis koagulan yang optimal sehingga membantu keberhasilan proses koagulasi-flokulasi. 3. Pengukuran konsentrasi awal parameter air limbah Saluran Drainase di Kelurahan Barusari, Semarang Sealatn



lalu hasil dari proses Jartest



dengan : a. Memvariasikan kecepatan pengadukan cepat dan dosis koagulan. b. Menganalisa hasil proses tersebut terhadap penurunan tersebut terhadap penurunan konsentrasi Turbidity, TSS dan COD. c. Menganalisa pengaruh dari variasi dosis koagulan dan kecepatan pengadukan cepat.



1.4 Perumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Berapa konsentrasi



dosis nano biokoagulan yang optimal serta



pengaruhnya dari penggunaan biokoagulan biji kelor dalam menurunkan konsentrasi Turbidity, TSS, dan COD? 2. Berapa besarnya kecepatan pengadukan cepat yang optimal serta pengaruhnya dari penggunaan biokoagulan biji kelor dalam menurunkan konsentrasi Turbidity, TSS, dan COD? Berapa besar efisiensi penurunan kadar Turbidity, TSS, dan COD pada saluran drainase di Kelurahan Barusari, Semarang Selatan dengan menggunakan biokoagulan biji kelor?



1.5 Tujuan 1. Menganalisa dosis nano biokoagulan yang optimal serta pengaruhnya dari penggunaan biokoagulan biji kelor dalam menurunkan konsentrasi Turbidity, TSS, dan COD. 2. Menganalisa kecepatan pengadukan cepat yang optimal serta pengaruhnya dari penggunaan biokoagulan biji kelor dalam menurunkan konsentrasi Turbidity, TSS, dan COD. 3. Menganalisa efisiensi penurunan kadar Turbidity, TSS, BOD, dan COD pada air saluran drainase di Kelurahan Barusari, Semarang dengan menggunakan biokoagulan biji kelor.



1.6 Ruang Lingkup 1.6.1 Ruang Lingkup Materi Ruang lingkup materi dalam tugas akhir ini adalah : 1. Percobaan ini dilakukan dalam skala laboratorium. 2. Air yang digunakan adalah Air Saluran Drainase Kelurahan Barusari, Semarang.



3. Variabel bebas : Dosis dan Kecepatan Pengadukan Cepat Variabel kontrol : Suhu Variabel terikat : Turbidity, TSS, BOD, dan COD 1.6.2 Ruang Lingkup Waktu dan Tempat Pelaksanaan percobaan dilakukan selama 3 bulan (Maret-Mei 2014) di Laboratorium Lingkungan Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang.



1.7 Manfaat Penelitian 1.7.1 Manfaat terhadap Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Manfaat penelitian dalam tugas akhir ini adalah: 1. Sebagai landasan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam penggunaan biokoagulan biji kelor pada limbah farmasi 2. Sebagai bahan referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian yang sama. 1.7.2 Manfaat terhadap Masyarakat Manfaat penelitian dalam tugas akhir ini adalah: 1. Sebagai bahan acuan bagi masyarakat khususnya masyarakat Kelurahan Barusari, Semarang untuk memanfaatkan Tanaman menjadi nano biokoagulan pada pengolahan limbah domestik



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biokoagulan Biokoagulan adalah suatu koagulan organik alami yang memiliki zat aktif yang memiliki peran sebagai kationik dan mampu mengikat partikel-partikel koloid didalam air (Tarigan, 2011). Beberapa biokoagulan dari tanaman yang dapat digunakan antara lain: 2.1.1 Kelor (Moringa Oleifera) Biji kelor (Morinaga Oleifera) mengandung karbohidrat, protein, dan lemak. Biji kelor dapat dimanfaatkan sebagai koagulan untuk menjernihkan air. Didalam biji kelor yang berperan sebagai koagulan adalah protein yang akan menghasilkan protein larut dalam air yang bermuatan positif. Larutan tersebut memiliki sifat seperti polielektrolit alum dan merupakan polimer yang dapat mengikat partikel koloid dan dapat membentuk flok yang dapat mengendap. Biji kelor dapat menurunkan logam berat didalam air limbah. Meknisme penurunan konsentrasi logam berat juga karena aktiitas asam amino biokoagulan yang mampu mengadsorpsi dan membentuk ikatan antara partikel air limbah sehingga membentuk ikatan-ikatan stabil yang dapat mengendap secara gravitasi. Tanaman kelor (Moringa olifera) secara klasifikasi di kelompokkan dengan tatanan sebagai berikut : 1. Kingdom : Plantae 2. Filum



: Magnoliophyta



3. Kelas



: Magnoliopsida



4. Famili



: Moringaceae



5. Genus



: Moringa



6. Spesies



: Moringa olifera L.



2.1.2 Kacang Babi (Vicia Faba) Kacang babi (Vicia Faba) dikenal memiliki kandungan protein yang cukup tinggi, berkisar 20-25% dan beragam jenis asam amino dengan kadar yang cukup tinggi. Dalam 100 gram kacang babi, mengandung 26,2 protein. Protein yang terkandung dalam kacang babi (Vicia Faba) inilah yang nantinya diharapkan dapat menggantikan fungsi dari PAC. Protein yang merupakan salah satu penyusun dari kacang babi (Vicia Faba) dan beberapa tanaman family Leguminosae lainnya dapat berfungsi sebagai polielektrolit kationik alami dan menunjukkan hasil koagulasi positif. 2.1.3 Asam Jawa (Tamarindus Indica) Asam Jawa (Tamarindus Indica) adalah suatu koagulan organik alami (biokoagulan) yang bahan aktifnya adalah suatu polipeptida yang bertindak sebagai kationik. Bahan aktif dalam biji dan daun asam jawa (Tamarindus Indica) mengandung protein, saponin, flavonois yang berperan sebagai koagulan dalam mengikat partikel-partikel koloid dalam air. Mekanisme koagulasi dengan menggunakan biji dan daun Biji kelor (Tamarindus Indica) terdapat pada kemampuan adsorpsi dan neutralisasi muatan koloidal. Biji dan daun asam jawa (Tamarindus Indica) dikenal memiliki polielektrolit kationik. Olek karena itu jika jumlah optimum dosis dari campuran biji dan daun asam jawa (Tamarindus Indica) sebanding dengan ukuran partikel tersuspensi maka partikel berukuran kecil akan menghasilkan massa gumpalan yang lebih besar.



2.2



Pilihan Koagulan



2.2.1 Tanaman Kelor



Gambar 2. 1 Daun Kelor



Biji kelor merupakan alternatif koagulan organik. Kelor sebagai koagulan dapat digunakan dengan dua cara yaitu : Biji kering dengan kulitnya dan biji kering dengan kulitnya (Ndabigengesere dkk,1995). Kandungan protein, lemak dan karbohidrat dapat dilihat pada table 2.1



Tabel 2. 1 Kandungan Protein, Lemak dan Karbohidrat dalam biji kelor (%berat)



Preparat



Protein (%) Lemak (%) Karbohidrat (%)



Biji dengan Kulit 1.Bubuk



36,7



34,6



5,0



2.Larutan



0,9



0,8



-



50,3



1,3



3.Padatan Residu 29,3 Biji tanpa kulit 1.Bubuk



27,1



21,1



5,5



2.Larutan



0,3



0,4



-



27,3



-



3.Padatan Residu 26,4 Sumber : Ndabigengesere dkk,1995



Biji Kelor juga memiliki zat aktif yaitu rhamnossyloxy-benzilisothiocyanate yang mampu mengabsorpsi partikel-partikel dalam air limbah



dengan mengubah bentuk menjadi bentuk yang lebih kecil maka zat aktif dalam biji kelor akan semakin banyak karena luas permukaan biji kelor semakin luas. Apabila kandungan air dalam kelor besar, maka kemampuan menyerap limbah cair nya kecil,sehingga biji kelor harus di ubah dulu menjadi ukuran lebih kecil agar presentasi penyerapannya semakin besar.



Gambar 2. 2 Biji Kelor



2.3



Penelitian Terdahulu Sebelum dilaksanakannya penelitian ini, sebelumnya sudah ada penelitian



yang serupa tetapi hanya memafaatkan sebagai biokoagulan,sedangkan di penelitian ini akan di jadikan sebagai nano biokogaulan.



Tabel 2. 2 Penelitian-Penelitian Terdahulu



No.



Penulis



Judul



1.



Khairul Amdani Pemanfaatan (Thesis)



Kelor



Universitas



oleifera)



Sumatra Utara



Koagulan Proses



Hasil Biji 1.Koagulasi



(Moringa berpengaruh Sebagai sangat nyata di Pada pH



3



penyisihan



dengan



No.



Penulis



Judul



Hasil



Koagulasi/Flokulasi turbiditas Dan



Sedimentasi sebanyak 83,08%



Limbah



Cair 2.Dosis optimum



Industri Pencucian penyisihan Jeans



turbidity



di



120mg/250mL dengan penyisihan turbiditas sebanyak 92,01% 2.



Dalam Ayu



Skripsi Pengaruh Ridaniati Air,



Bangun



Kadar Lama



Dosis



Dan pengendapan



Lama Pengendapan selama 60 menit Koagulan



Serbuk dengan



Biji Kelor Sebagai penurunan Alternatif



turbiditas sebesar



Pengolahan Limbah 77,43%, Cair Industri Tahu



TSS



90,32



%,



dan



COD



63,26



%



pada



dosis



koagulan



5000



mg/L,



pH



air



limbah tahu 4, dan kadar air 7% 3.



Dalam



Skripsi Pemanfaatan



Riko Putra 2013



Kelor



Biji Waktu



Sebagai Pengendapan 50



Biokoagulan Pada menit Proses Limbah



dengan



Koagulasi penyisihan Cair turbidity 89,42 %,



No.



Penulis



Judul Industri



Hasil Tahu TSS 98,73 % ,



Dengan Metode Jar COD Test



pada



69,38%, dosis



3000mg/L,pH 4



2.4



Kerangka Pikir Penelitian Dalam penelitian memerlukan dasar pemikiran yang jelas untuk



menerangkan hubungan antarkonsep yang akan diteliti. Penelitian ini memiliki kerangka pikir yang digambarkan pada gambar 2.4 sebagai berikut :



Kebiasaan masyarakat yang membuang limbah cair domestik langsung ke badan air yang dapat menimbulkan dampak negatif



Limbah cair domestik mengandung senyawa organik yang cukup tinggi dengan Total Suspended Solid yang cukup tinggi pula



Pemanfaatan Biji Kelor yang berfungsi sebagai nano biokoagulan untuk menyisihkan senyawa organik dan TSS yang terkandung dalam air limbah



Faktor yang mempengaruhi koagulasi: - Gradien Kecepatan (G) - Waktu pengendapan (Td) - G x Td -



Penentuan Variabel



Variasi Kontrol : Suhu



Parameter Uji



1. Turbidity, TSS, dan COD



Variasi Bebas : 3 - Dosis nanobiokoaguan 4 - Kec. Pengadukan cepat



5 6 Variasi pembubuhan dosis nano biokoagulan khitin dari Biji Kelor dan 7 kecepatan pengadukan cepat mempengaruhi penurunan Turbidity, TSS, dan COD yang terkandung dalam 8 Air Saluran Kelurahan Barusari, Semarang -



Gambar 2. 3 Kerangka Penelitian



2.5 Hipotesis Penelitian Hipotesis penelitian berjudul “Study



Penurunan Turbidity,TSS,COD



Menggunakan Biji Kelor (Moringa Oelifera) Sebagai Nanobiokoagulan (Studi



Kasus : Air Saluran Kelurahan Barusari, Semarang)” berdasarkan kerangka pikir penelitian dengan variasi dosis nano biokoagulan dan variasi kecepatan pengadukan cepat dapat berpengaruh terhadap penurunan parameter Turbidity, TSS, dan COD yang terkandung dalam air saluran Kelurahan Barusari, Semarang



BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Operasional Penelitian Penelitian dilakukan dengan pengambilan data primer. Pengambilan data primer meliputi pengambilan Sample air di Saluran Drainase, di Kelurahan Barusari Semarang dan penyediaan biji (Moringa olifera). Dilakukan juga analisa pH, suhu, Turbidity, TSS, dan COD pada air limbah. Setelah diketahui konsentrasi awal pH, suhu, Turbidity, TSS, dan COD pada air limbah, selanjutnya dilakukan uji kinerja koagulan dengan metode jartest. Melalui uji kinerja koagulan ini diharapkan dapat diketahuinya dosis optimum biji dan serbuk Biji Kelor dan kecepatan pengadukan yang efektif dalam menurunkan Turbidity, TSS, dan COD. 3.2 Diagram Alir Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap yaitu: Tahap Persiapan, Tahap Pelaksanaan serta tahap analisis dan pembahasan. Bagan alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1:



Data Primer:  Penyiapan Biji Kelor yang sudah tua dan dikeringkan  Kualitas air disaluran drainase kelurahan Barusari, Semarang



Tahap



Uji Pendahuluan:



Persiapan



Penentuan Range Dosis



Persiapan Penelitian



Pengambilan Air Limbah



Uji Karakteristik Air Limbah



Tahap Pelaksanaan



a. Khitin sebesar 1 gr yang dilarutkan dalam 100 ml asam fosfat (H3PO4) 85%. Larutan ini digunakan untuk penelitian selanjutnya. Kemudian larutan khitin diambil sebanyak 0.1 ml, 0.2 ml, 0.3 ml, 0.4 ml, dan 0.5 ml dimasukkan ke dalam labu ukur 10 ml. selanjutnya diencerkan dengan aguadest sampai tanda batas. Maka diperoleh larutan sebesar 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05% yang akan dimasukkan kedalam 1L sample air saluran Kelurahan Barusari,Semarang b. Diaduk dengan jartest dengan 3 variasi pengadukan cepat yaitu 100 rpm, 125 rpm, dan 150 rpm selama 1 menit, kemudian dengan pengadukan lambat 45rpm selama 20 menit, dan di diamkan selama 15 menit.



Uji Kinerja biokoagulan dengan jartest Tahap Penulisan Laporan



Uji Parameter (Turbidity,TSS,BOD,dan COD) Analisa Data Kesimpulan



Selesai



Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian



3.3 Metode Penelitian Biji Kelor di ambil yang tua (sudah Berwarna coklat) lalu di keringkan, di ambil bijinya, lalu biji dan Kulit bijinya yang bersih kemudian di blender hingga menjadi serbuk dan diayak, lalu di keringkan dalam oven pemanas dengan suhu 120 0C selama 30 menit guna menghomogenkan kadar airnya. a. Bahan - Tanaman Kelor yang diambil dari Perumahan Ngaliyan, Semarang - H2SO4 2 N - NaOH 1 N - Aquades b. Alat - Blender merek Air Lux tipe Shocking Breaker - Ayakan nomor 18 ukuran 1mm merek Tatonas - Neraca Analitik merek OHAVS - pH meter merek WalkLab - Gelas Beker ukuran 1000ml - Wadah terbuat dari kaca - Kompor listrik merek Thermoscientific CIMAREX -Thermometer 3.4 Pembuatan Nano Biokoagulan Salah satu cara untuk menanokan suatu material mikro menjadi nano (10-9) adalah metode Top-Down. Dengan pendekatan ini maka jumlah, jenis, maupun cara penyusunan atom-atom dapat dikontrol yang berimplikasi pada rekayasa sifat material yang dihasilkan dan membuat material dengan sifat yang benar-benar baru. Metode ini di lakukan dengan menggunakan penggerusan mesin High Energy Milling (HEM) berkecepatan 1200 Rpm. Untuk memastikan bahwa partikel sudah dalam kategori nano partikel (1–100 nm) perlu di uji menggunakan Scanning Elektron Microscope (SEM) yang berfungsi sebagai kontrol morfologi permukaan.



Dengan ukuran nano ini diharapkan akan memperbesar luas permukaan adsorbsi dan dapat menjerat logam berat yang ada dalam air lindi (Mikrajuddin Abdullah, 2009). 3.5 Pengujian kemampuan Biokoagulan Uji kinerja koagulan dilakukan dengan metode jartesht yaitu menentukan besar dosis optimum Biji Kelor Serbuk daun Biji kelor pada kondisi actual sebagai biokoagulan dalam menurunkan konsentrasi turbidity, TSS, , COD dalam air limbah. Selanjutya, menentukan kecepatan pengadukan cepat dan dosis biokoagulan yang optimum dalam proses jartest sehingga koagulan terdispersi dengan baik sehingga dapat diketahui kemampuan Biji Kelor Sebagai Nano biokoagulan dalam menurunkan konsentrasi turbidity, TSS, , COD pada air limbah. a. Bahan 1. Sample Air Di Saluran (Kelurahan Barusari, Semarang) 2. Serbuk Biji Kelor 3. Aquadest b. Cara Kerja 1. Dibuat biokoagulan cair dengan melarutkan masing-masing dosis Serbuk biji dan serbuk Biji kelor ke dalam 100 ml aquadest 2. Sampel limbah cair masing-masing dimasukkan ke dalam gelas beker 1000 ml 3.



Sebanyak 2 gr, 2,5 gr, 3 gr, 3,5 gr, dan 4 gr serbuk Daun Biji kelor yang telah dicampurkan dengan aquadest masing-masing dimasukkan ke dalam gelas eker yang telah berisi 1000 ml limbah. Dengan demikian variasi dosis yang digunakan adalah 20 gr/l, 25 gr/l, 30 gr/l, 35 gr/l, 40 gr/l. Sedangkan untuk serbuk biji biji kelor dosis yang digunakan adalah 5 gr/l, 10 gr/l, 20 gr/l, 30 gr/l, 40 gr/l, 50 gr/l.



4. Selanjutnya dilakukan Jartest dengan kecepatan pengadukan cepat dalam 4 variasi yaitu: 100 rpm, 125 rpm, 150 rpm, dan 175 rpm selama 1 menit diikuti dnegan pagadukan lambat 40 rpm selama 3 menit dan pengendapan



selama 60 menit pada setiap sample. Perlakuan jartest ini dilakukan sebanyak 2 kali ulangan untuk setiap sample yang digunakan. 3.6 Peralatan-Bahan Adapun bahan dan peralatan yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut: a. Bahan 1. Tanaman Kelor yang di ambil di sekitar Perumahan Ngaliyan, Semarang 2. Sample air sungai Kelurahan Barusari,Semarang 3. HCL 2 N 4. NaOH 1 N 5. Aquadest 6. Asam Fosfat (H3PO4) 85% 7. PAC 8. Makroflok b. Alat 1. Ember Plastik 2. Pipet Gondok 3. pH meter merek walklab 4. Peralatan Jartest 5. Spectrofotometer 6. Saringan 7. Neraca Analitik merek OHAUS 8. Gelas Beker ukuran 1000ml dan 250 ml 9. Labu Ukur 200 ml, 100 ml, 25 ml 10. Corong 11. Jerigen Plastik volume 25 liter 12. Erlenmeyer 13. Gelas ukur 100 ml 14. Tabung reaksi 15. Pipet tetes



16. Pipet Volumetrik 17. Kaca Arloji 18. DO meter merek walklab 19. Kompor Listrik merek Thermoscientific Cimarex 20. Turbidity meterCOD meter merek Velp Scientifica Eco 16 Thermoreactor