Proposal Penelitian PKM-RE [PDF]

Citation preview

PENGOLAHAN AIR BERSIH MELALUI PENYERAPAN LOGAM BERAT OLEH PASIR ALAMI YANG DAPAT MENINGKATKAN KUALITAS BETON



Disusun Oleh : Diandra Galuh Kinanti; 519125004 Aditya Aliffikram Nongah Sinaga; 5193250013 Jenni Silaban; 5193550020



UNIVERSITAS NEGERI MEDAN MEDAN 2021



LEMBAR PENGESAHAN



ii



KATA PENGANTAR Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemudahan, sehingga tim dapat menyelesaikan karya tulis ilmiah dengan judul “Pengolahan Air Bersih Melalui Penyerapan Logam Berat Oleh Pasir Alami yang Dapat Meningkatkan Kualitas Beton”. Tidak lupa pula tim mengucapkan terimakasih kepada bapak Moondra Zubir, P.hd sebagai dosen pendamping sekaligus pembimbing yang telah bersusah payah membantu tim dalam menyelesaikan karya tulis ilmiah ini. Tim menyadari bahwa penulisan karya ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan dan keberhasilan dalam penyusunan. Dalam kesempatan ini tim ingin mengucapkan terimakasih juga kepada semua pihak yang telah membantu tim dalam menyelesaikan karya tulis ilmiah ini. Semoga segala kebaikan dan pertolongan dari semua pihak mendapatkan. Akhir kata Tim mohon maaf apabila masih banyak kekurangan dalam penulisan karya ilmiah ini, dan semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Aamin.



Medan, Februari 2021



Tim Penulis



iii



DAFTAR ISI HALAMAN DEPAN…………………………………………………….......………...i LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................................... ii



KATA PENGANTAR................................................................................................ iii DAFTAR ISI................................................................................................................ iv DAFTAR GAMBAR.....................................................................................................v DAFTAR TABEL........................................................................................................vi ABSTRAK...................................................................................................................vii BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1 1.1.Latar Belakang.....................................................................................................................1 1.2. Rumusan Masalah...............................................................................................................2 1.3. Tujuan.................................................................................................................................2 1.4. Manfaat...............................................................................................................................2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................4 2.1.Air Bersih 4 2.2.Pengunaan pasir alami dalam adsorpsi logam berat sebagai upaya pengolahan air bersih...4 2.3.Inovasi Campuran Beton......................................................................................................5 2.4.Penelitian terdahulu.............................................................................................................6



BAB III METODE PENELTIAN...............................................................................7 3.1.Proses Adsorpsi Logam Berat Zn(II), Pb(II), dan Mn(II).....................................................8 3.1.1. Pengaruh Massa Pasir alami Terhadap Adsorpsi Logam Zn(II)...............................8 3.1.2. Penentuan Konsentrasi Optimum Terhadap Adsorpsi Logam Zn (II)......................8 3.1.3. Penentuan Pengaruh Waktu Kontak Optimum Terhadap Logam Zn (II)..................8 3.2. Pembuatan Beton Dari Pasir alami Pasca Adsorbsi dan Pasir Biasa...................................8



BAB IV PEMBAHASAN............................................................................................10 4.1.Hasil Adsorpsi Logam Berat Pasir.....................................................................................10 4.2.Hasil Kuat Tekan Beton Menggunakan Pasir Biasa dan Pasir alami..................................11 4.3.karakterisasi pasir alami.....................................................................................................13 4.4.Modifikasi pasir alami pasca adsorpsi sebagai campuran agregat halus pada beton..........13



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN......................................................................15 5.1. Kesimpulan.......................................................................................................................15 5.2. Saran.................................................................................................................................15



DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................16



iv



DAFTAR GAMBAR Gambar 3. 1Tahapan Pengujian.............................................................................7



v



DAFTAR TABEL Tabel 4. 1 Kandungan pasir zeolit dan pasir silika logam berat pasca adsorpsi...............10 Tabel 4. 2 Pengujian Pasir alami.....................................................................................11



vi



PENGOLAHAN AIR BERSIH MELALUI PENYERAPAN LOGAM BERAT OLEH PASIR ALAMI YANG DAPAT MENINGKATKAN KUALITAS BETON Diandra Galuh Kinanti, Aditya Aliffikram N. Sinaga, Jenni Silaban Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Medan [email protected]



ABSTRAK Pencemaran logam berat Pb(II) dan Mn(II) pada perairan sangat berdampak buruk bagi kesehatan masyarakat. Berdasarkan hasil analisis kandungan logam berat Pb(II) pada daerah perairan Laut Belawan, Medan didapatkan sebesar 26.91 ppm, dan sumber air bersih di daerah Percut Sei Tuan, Deli Serdang juga mengandung Mn(II) sebesar 4.92 ppm. Hasil ini melewati batas maksimal kandungan logam berat Mn dan Pb pada air bersih berturut-turut sebesar 0,1 ppm dan 0,05 ppm. Berdasarkan laporan sebelumnya, 15,7% masyarakat di sekitar daerah tersebut menderita diare, 30% menderita penyakit kulit, dan 20,3% menderita penyakit gabungan yakni Diare, ISPA dan penyakit kulit, Strategi dalam penanganan permasalahan di atas merupakan bentuk kontribusi dalam mewujudkan salah satu tujuan dari SDGs yakni memastikan ketersediaan dan pengelolaan air dan sanitasi yang berkelanjutan untuk semua. Selain itu ketersediaan air bersih bagi masyarakat pada era new normal, juga dapat berdampak dalam mengurangi penyebaran virus Covid-19, dimana masyarakat dianjurkan untuk selalu mencuci tangan ketika hendak beraktifitas maupun sesudah beraktifitas. Adsorpsi merupakan salah satu metode paling efektif dalam proses penjernihan air dari kontaminasi logam berat karena prosesnya yang mudah dan biaya yang murah. Pasir merupakan salah satu adsorben yang sering digunakan dan mudah didapatkan di masyarakat. Adsoprsi logam berat Pb(II) dan Mn(II) pada pasir didapatkan sebesar 0,4 mgL -1 dan 1,293 mgL-1. Adsorpsi logam berat oleh pasir akan menghasilkan limbah pasir yang mengandung logam berat, limbah tersebut dapat dimanfaatkan menjadi campuran agregat halus pada beton dalam upaya mewujudkan tujuan dari SDGs yang lain yaitu membangun infrastruktur yang berketahanan, mendorong industrialisasi yang inklusif dan berkelanjutan serta membina inovasi. Pasir alami yang berasal dari Desa Padang Bulan Kecamatan Kota Pinang Kabupaten Labuhan Batu Selatan memiliki butiran yang sangat halus serta bobot yang lebih ringan dari pada pasir galian biasa. Kelimpahan pasir alami ini harusnya dapat dimanfaatkan untuk kepentingan masyarakat luas. Pasir alami ini juga dapat digunakan sebagai agregat halus pada campuran pembuatan beton, namun dari hasil penelitian sebelumnya kuat tekan beton dari pasir alami sebesar 20.03 Mpa lebih rendah dibandingkan pasir biasa yaitu 21.95 Mpa. Untuk meningkatkan kualitas pasir alami sebagai agregat halus pada beton, penambahan logam berat bisa menjadi solusi yang di dapatkan dari hasil penyerapan limbah cair terkontaminasi logam berat yang tinggi. Metode adsorpsi logam berat yang ada di dalam perairan dengan menggunakan adsorben pasir alami ini kemudian dapat dimanfaatkan kembali untuk beton sebagai reuse material dalam penanganan masalah lingkungan tersebut. Hasil kualitas beton yang di dapatkan dari modifikasi pasir alami ini diharapkan dapat meningkatkan kuat tekan beton dengan campuran pasir mengandung logam berat. Kandungan logam berat pada pasir alami dapat menjadi salah satu strategi untuk meningkatkan kualitas beton dengan meningkatnya kuat tekan yang di terima serta dapat mengurangi pencemaran logam berat pada perairan. Keywords: adsorpsi, logam berat, pasir alami, reuse material, beton



vii



BAB I PENDAHULUAN 1.1.



Latar Belakang Seiring berjalannya waktu pertumbuhan industri semakin meningkat hal ini sejalan dengan meningkatannya limbah industri yang dihasilkan, dimana limbah tersebut dibuang ke perairan air laut yang berdampak terhadap tercemar nya air laut, perairan laut belawan di Medan, Sumatera Utara merupakan salah satu perairan laut yang menerima dampak tersebut berdasarkan hasil pengamatan langsung ke lapangan nilai kandungan Pb (II) sebesar 26.91 ppm. Selain itu air resapan di Percut Sei Tuan juga mengandung Mn(II) sebesar 4.92 ppm, dimana batas kandungan logam berat Mn dan Pb pada air bersih menurut Peraturan Menteri PU No.39/PRT/M/2006 sebesar 0,1 mg/L dan 0,05 mg/L, Ironisnya sebagian besar masyarakat masih menjadikan air sumur bor sebagai sumber air dan menggunakan air laut untuk kebutuhan MCK, berdasarkan hasil analisis keluhan penyakit masyarakat daerah sekitar belawan, sebanyak 15,7% menderita diare, 30% menderita penyakit kulit, dan 20,3% menderita penyakit gabungan yakni Diare, ISPA, dan penyakit kulit. (Indirawati, 2017), Penanganan permasalahan di atas dapat dilakukan dengan cara adsorpsi logam berat yang ada dalam air dengan menggunakan adsorben seperti pasir alami yang banyak terdapat di Labuhan Batu Sumatera Utara. Strategi penanganan ini merupakan bentuk kontribusi dalam mewujudkan salah satu tujuan dari SDGs yakni memastikan ketersediaan dan pengelolaan air dan sanitasi yang berkelanjutan untuk semua. Selain itu penelitian ini juga dapat berdampak dalam meminimalisirkan penyebaran virus Covid-19 melalui ketersediaan air bersih bagi masyarakat pada era new normal, dimana masyarakat dianjurkan untuk selalu mencuci tangan ketika hendak beraktifitas dan sesudah beraktifitas. Adsorpsi logam berat oleh pasir alami akan menghasilkan limbah pasir alami yang mengandung logam berat, dan pada penelitian ini pasir alami yang terserap logam berat akan dimanfaatkan menjadi campuran agregat halus pada beton dalam upaya meningkatkan kualitas konstruksi beton. Dari penelitian sebelumnya penggunaan pasir alami sebagat agregat halus pada konstruksi



1



beton menurunkan kekuatan beton tersebut (Prasetya dkk., 2017). Solusi yang pernah dilakukan dengan cara mencampur pasir alami dengan pasir yang biasa digunakan untuk campuran agregat halus pada beton, penambahan agregat halus pasir alami memberikan dampak pada peningkatan mutu beton (kekuatan tekanan dari SNI K-175 menjadi K-400), demikian juga pada daya serap air yang semakin kecil. (Sembiring dan Hilda, 2018). Penambahan logam berat ke dalam struktur pasir alami diharapkan menjadi inovasi untuk meningkatkan kekuatan beton yang dibuat dari agregat pasir alami tersebut. Hal ini juga merupakan bentuk upaya dalam mewujudkan tujuan dari SDGs lainnya yaitu membangun infrastruktur yang berketahanan, mendorong industrialisasi yang inklusif dan berkelanjutan serta membina inovasi. Penggunaan pasir alami sebagai penyerap logam berat sekaligus bisa dimanfaatkan untuk konstruksi beton menjadikan pasir alami sebagai reuse material dalam penanganan masalah lingkungan. 1.2. Rumusan Masalah 1. Berapa banyak kandungan logam berat pasca adsorpsi pada sumber air bersih yang tercemar 2. Apakah ada peningkatan kualitas beton dengan menggunakan campuran pasir alami yang teradsorpsi logam berat 1.3. Tujuan 1. Untuk mengetahui kemampuan pasir alami yang digunakan sebagai adsorben dengan mendapatkan kondisi optimum penyerapan logam berat dari variasi massa adsorben, konsentrasi logam berat dan waktu kontak adsorpsi 2. Untuk mendapatkan peningkatan kualitas konstruksi beton dengan menggunakan campuran pasir alami yang teradsorpsi logam berat



2



1.4. Manfaat Diharapkan pencemaran sumber air bersih bagi masyarakat dapat berkurang karena pengabrsopsian logam berat pada pasir alami yang akan digunakan sebagai campuran agregat halus pada beton. diharapkan karya tulis ini menjadi rujukan bagi instansi-instansi terkait agar dapat mengkomersialisasikan ide dari karya tulis ini sehingga dapat terealisasikannya 2 tujuan dari 17 tujuan SDGs dan membantu kebijakan pemerintah dalam menerapkan new normal. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.



Air Bersih Air merupakan salah satu sumber daya alam yang memiliki fungsi sangat penting bagi kehidupan seluruh makhluk hidup, termasuk manusia. Kebutuhan akan air bersih meningkatkan setiap tahunnya berdasarkan data Badan Pusat Statistik tahun 2019 Jumlah pelanggan PDAM Sumatera Utara secara rata-rata mengalami pertumbuhan 2,97 persen per tahun. Namun kapasitas produksi efektif air di Sumatera Utara menurun, pada tahun 2017 sebesar 18.699 liter per detik, tahun 2018 menurun menjadi 11.502 liter per detik, dan tahun 2019 menurun menjadi 11.484 liter per detik. Hal ini menyebabkan Sebagian masyarakat di daerah pesisir perairan laut Belawan dan Percut Sei Tuan mengambil alternatif air bersih dari hasil air resapan yang tercemar logam berat untuk memenuhi kebutuhan air setiap harinya, namun tidak hanya di perairan Belawan dan Percut Sei Tuan



saja di Kota Medan yang tercemar, logam berat di



perairan Medan Marelan dan medan labuhan juga ikut tercemar dengan kandungan logam berat Cd(II) dan Pb(II) di perairan Medan Marelan sebesar 0.0023 mg/L dan 0.57 mg/L, dan di perairan Medan Labuhan sebesar 0.0029 mg/L dan 0.052 mg/L (Indirawati, 2017), 2.2.



Pengunaan pasir alami dalam adsorpsi logam berat sebagai upaya pengolahan air bersih Pencemaran logam berat pada perairan berdampak buruk terhadap kesediaan air bersih bagi masyarakat sekitar perairan, pengolahan air bersih diperlukan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Pengolahan air bersih dapat dilakukan dengan cara menggunakan media penyaring pasir



3



alami sebagai adsorben dalam adsorpsi logam berat. Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), adsorpsi adalah melekatnya molekul atau ion pada permukaan zat padat, dimana zat padat yang dimaksud biasa disebut dengan adsorben. Dalam pengujian nya untuk melihat perubahan sifat adsorben setelah adsorpsi maka adsorben yang telah digunakan untuk larutan logam berat dikarakterisasi dengan FTIR, EDX, SEM, XRD untuk melihat perbedaan kadar logam berat yang terserap setelah dimodifikasi logam (Elhussein, 2017). 2.3.



Inovasi Campuran Beton Meningkatnya pertumbuhan industri sejalan dengan meningkatnya limbah yang dihasilkan, hal ini mendorong pemanfaatan limbah tersebut di berbagai bidang, termasuk bidang konstruksi. Beton merupakan suatu bahan komposit (campuran) dari beberapa material, yang bahan utamanya terdiri dari campuran antara semen, agregat halus, agregat kasar, air dan atau tanpa bahan tambah lain dengan perbandingan tertentu (Abdillah, 2019), salah satu limbah yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan campuran beton ialah limbah logam berat, kandungan logam berat terdapat di berbagai jenis limbah salah satunya limbah fly ash, hasil dari peneltian terhadap limbah abu fly ash PLTU Bangko Barat memiliki kandungan logam berat kromium (26-43 ppm), timbal (22,2-29,3 ppm), arsen (4,4-20 ppm), tembaga (30,7-42,6 ppm), nikel (10,6-24,8), seng (77,5-128 ppm) dan mangan (144-396 ppm) (Firman dkk., 2020). Penggunaan fly ash sebagai bahan campuran Semen pada beton mengalami penurunan kuat tekan beton dibandingkan kuat tekan beton normal, dimana penambahan fly ash sebanyak 25% serta limbah karbit sebesar 2,5%, 5%, 10%, 15% menghasilkan kuat tekan beton pada umur 7 hari berturut-turut sebesar 14,13 MPa; 13,37 MPa; 13,73 MPa; 10,98 MPa. Penurunan kuat tekan beton berturut-turut sebesar 2,95% ; 8,17% ; 8,44% ; dan 24,5% dari beton normal. Namun hasil ini berbeda dengan inovasi penambahan logam berat sebagai bahan campuran agregat halus, inovasi limbah sanblesting sebagai pengganti



agregat



halus



dengan



penambahan



serat



ijuk



dan



superplasticizer pada beton mengandung logam berat Hg, Pb, Cd, Cr 6+,



4



Cu, Ni, Zn sebesar 0,0004 Ppm, 0,0283 Ppm, 0,0117 Ppm, 0,0012 Ppm, 0,0263 Ppm, 0,0156 Ppm dan



12,309 Ppm, penambahan limbah



sandblasting yang mengandung logam berat sebagai campuran agregat halus pada beton dapat meningkatkan kuat tekan beton (Putri, 2016).



2.4.



Penelitian terdahulu Pasir alami yang digunakan merupakan pasir alami galian yang berasal dari Desa Padang Bulan Kecamatan Kota Pinang Kabupaten Labuhan Batu Selatan, pasiar ini memiliki perbedaan dari pasir biasa yakni butiran yang sangat halus dan berat yang lebih ringan. Pasir alami ini biasanya digunakan untuk badan jalan. Salah satu perusahaan yang menggunakan pasir ini ialah PT. Air Bah, salah satu pengerjaan penimbunan badan jalan dari perusahaan ini menggunakan pasir alami. Dan terbukti jalan tersebut masih kuat dan hanya terkikis sedikit pertahunnya. Berdasarkan hasil pengujian impak diperoleh kuat patah maksimum beton dengan campuran 50% pasir alami didapatkan kekuatan 18,6 Mpa. Hasil ini melampaui kekuatan yang ditetapkan oleh Badan Standart Nasional Indonesia. ukuran pasir yang lebih halus dan kandungan silicon yang lebih banyak dapat menjadi penyebab meningkatnya kuat patah. (Harahap dan Harahap, 2013), dalam penelitian lainnnya pasir juga diguakan sebagai campuran agregat halus beton, dimana hasil rata – rata kuat tekan beton pada campuran pasir alami dan pasir Kaliwo didapatkan kekuatan maksimal pada campuran 70% pasir alami dan 30% pasir Kaliworo, (Prasetya., 2016), namun dalam penelitian ini pasir alami yang digunakan tidak mengandung logam berat



5



6



BAB III METODE PENELTIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode studi kepustakaan. Penelitian studi kepustakaan merupakan suatu jenis penelitian yang digunakan dalam pengumpulan informasi dan data secara mendalam melalui berbagai literatur, buku, catatan, majalah, referensi lainnya, serta hasil penelitian sebelumnya yang relevan, untuk mendapatkan jawaban dan landasan teori mengenai masalah yang akan diteliti (Yaniawati, 2020) dan juga metode penelitian langsung dengan pengambilan data di daerah perairan belawan dan sei percut. Pada penelitian ini, sumber data yang menjadi acuan adalah Jurnal, standar nasional yang berlaku di Indonesia, laporan/dokumen dari dinas terkait yang berhubungan dengan penelitian ini. Berdasarkan fungsinya penelitian ini merupakan penelitian terapan di bidang kontruksi dan lingkungan, Subjek dalam penelitian ini adalah pasir alami pasca adsorpsi limbah logam berat pada perairan air, objek dalam penelitian ini adalah peningkatan kualitas beton dengan menggunakan pasir alami pasca adsorpsi logam berat sebagai bahan campuran agregat halus. data dikumpulkan secara kuantitatif. Adapun metode tahapan pelaksanaan peneltian sebagai berikut: Kondisi Optimum Adsorpsi Logam Berat Zn(II), Mn(II) dan Pb(II) oleh Pasir alami



Analisa Logam Berat terserap dalam Pasir alami dengan AAS dan EDX



Pembuatan beton dari mix design agregat halus pasir biasa dan mix design agregat halus pasir alami pasca adsorbsi



Pengujian beton Gambar 3. 1 Tahapan Pengujian



7



3.1.Proses Adsorpsi Logam Berat Zn(II), Pb(II), dan Mn(II) 3.1.1. Pengaruh Massa Pasir alami Terhadap Adsorpsi Logam Zn(II) Sediakan 10 beaker gelas lalu sebanyak 0,5g, 1g, 2g, 4g dan 8g adsorben ditimbang dimasukkan ke dalam beaker gelas. Setelah itu ditambahkan 30 mL ion Zn(II) dengan konsentrasi 2 ppm dan didiamkan selama 10 menit. Larutan tersebut diaduk dengan kecepatan 125 rpm, disaring dan filtrat dianalisa dengan AAS (Elhussein, 2017). 3.1.2. Penentuan Konsentrasi Optimum Terhadap Adsorpsi Logam Zn (II) Sediakan 10 beaker gelas lalu sebanyak massa optimum adsorben ditimbang dan dimasukkan ke dalam masing-masing gelas beaker. Setelah itu ditambahkan 30 mL ion Zn (II) ke dalam masing-masing variasi konsentrasi 4 ppm, 6 ppm, 8 ppm dan 10 ppm selama 10 menit. Larutan tersebut diaduk dengan kecepatan 125 rpm, kemudian disaring dan filtrat dianalisa menggunakan AAS (Elhussein, 2017). 3.1.3. Penentuan Pengaruh Waktu Kontak Optimum Terhadap Logam Zn (II) Sediakan 10 beaker gelas lalu sebanyak massa optimum adsorben ditimbang dan di masukkan ke dalam masing-masing gelas beaker. Setelah itu ditambahkan 30 mL ion Zn (II) dengan konsentrasi optimum yang diperoleh sebelumnya, larutan tersebut diaduk dengan menggunakan stirer dengan kecepatan 125 rpm dengan variasi waktu 30, 60, 90 menit. Kemudian disaring dan filtrat dianalisa denggan menggunakan AAS (Elhussein, 2017). Cara yang sama dilakukan untuk penyerapan logam Mn(II) dan Pb(II) dengan menggunakan larutan MnSO4 dan PbSO4 3.2. Pembuatan Beton Dari Pasir alami Pasca Adsorbsi dan Pasir Biasa Membuat rancangan Mix design beton dengan campuran pasir alami sebanyak 50% dari jumlah Agregat Halus dengan mutu beton K 250 menggunakan metode perbandingan perbandingan 1 semen: 1,5 pasir: 2,5 agregat kasar (Rahmadianty dkk., 2017) Melakukan pengecoran dengan melakukan uji slump test terlebih dahulu agar mengetahui tingkat kekentalan dari adonan beton yang mampengaruhi permeabilitas, workabilitas dengan standar nilai Faktor Air semen (FAS) berkisar 0,47 sampai dengan 0.43 (Rahmadianty dkk., 2017)



8



Membuat bekisting untuk membentuk beton sesuai dengan ukuran yang ingin dibuat, pada percobaan ini beton yang direncanakan berbentuk silinder yang berdimensi 15 cm x30 cm kemudian bekistin dilepaskan setelah berumur 28 hari (Rahmadianty dkk., 2017) Setelah umur beton 28 hari, berikutnya melakukan pengujian kuat tekan beton dengan menggunakan alat uji tekan beton (Rahmadianty dkk., 2017)



9



BAB IV PEMBAHASAN 4.1.



Hasil Adsorpsi Logam Berat Pasir Berdasakan penelitian absprpsi logam berat dilakukan di air Sungai Kaligarang dengan media penyaring zeolit dan pasir silika sebagai adsorben, dengan hasil pengasborpsian logam berat Pb(II), Zn(II), Cu(II) dan Cd(II) dengan adsorben zeolit sebesar