4

Bab II Tinjauan Pustaka

II.1 Lumpur Panas Sidoardjo

Semburan lumpur panas yang terjadi pada tanggal 29 Mei 2006 di Desa

Renokenongo Kecamatan Porong Kabupaten Sidoarjo, Jawa Timur berdasarkan

laporan BPPT dinyatakan sebagai sebuah mud vulcano (Media Center Lusi, edisi

V November 2006) yang dipicu oleh kelalaian operasi pengeboran (Davies, R.J et

al, 2007).

Mud volcano adalah suatu fenomena alam munculnya sebentuk gunung kecil yang

berasal dari keluaran lumpur berlempung dengan tinggi sekitar 1-2 meter. Gunung

lumpur ini terbentuk dari campuran air panas dan sedimen halus/lempung yang

keluar melalui dua cara yaitu: secara lambat dari sumbernya di dalam tanah

seperti lelehan lahar atau menyembur ke udara seperti air mancur lahar yang

mengeluarkan gas vulkanik dan air panas. Lumpur yang mengandung lempung

tersebut berasal dari batuan padat yang mendapat tekanan dari gas vulkanik dan

panas yang berusaha keluar dari magma di bawah tanah sehingga menyebabkan

air tanah berubah menjadi campuran yang panas dan bersifat asam yang secara

kimia dapat merubah batuan tersebut menjadi bentuk sedimen halus seperti

lempung (http://volcanoes.usgs.gov)

Sumber:www.hotmudflow.wordpress.com

Gambar II. 1 Pusat semburan lumpur Sidoardjo

5

Awalnya sumber semburan lumpur panas terbagi atas dua, yaitu berjarak 100 m

dan 500 m dari drilling rigg Sumur Banjar Panji I. Lokasi sumber semburan

lumpur panas yang kedua tersebut berada dekat perumahan penduduk Dusun

Balongkenongo di areal persawahan sebelah Utara drilling rigg. Hingga tanggal 2

Juni 2006 lokasi semburan lumpur panas yang berada ± 100 m dari drilling rigg

masih aktif mengeluarkan lumpur, sedangkan yang berada ± 500 m dari drilling

rigg sudah tidak aktif. Ketika semburan lumpur terjadi pertama kali, volume

lumpur yang dihasilkan masih pada tingkat 5.000 m3/hari dan lubang semburan

terjadi di beberapa tempat, sebelum akhirnya menjadi satu lubang yang dari waktu

ke waktu menyemburkan lumpur panas dengan volume yang terus membesar dan

hingga kini masih belum berhenti (Laporan Tim Balai Lingkungan Keairan

PUSAIR, 2006).

Sumber: Sabtanto et.al, 2007

Gambar II. 2 Peta lokasi semburan lumpur Sidoardjo

6

Daerah Sidoardjo sebelumnya dikenal sebagai daerah pertanian, kawasan industri

dan pusat kerajinan kulit di Jawa Timur, juga merupakan jalur transportasi utama

yang menghubungkan kota Surabaya dengan kota sekitarnya melalui jalan tol dan

jalur kereta api. Citra satelit IKONOS milik Space Imaging USA memperlihatkan

perubahan yang terjadi di daerah sekitar Sidoardjo sebelum dan sesudah

terjadinya semburan lumpur panas.

Sumber: www.hotmudflow.wordpress.com

Gambar II. 3 Perubahan kondisi daerah Sidoardjo akibat semburan lumpur panas

Semburan lumpur ini membawa dampak yang luar biasa bagi masyarakat sekitar

maupun bagi aktivitas perekonomian di Jawa Timur, diantaranya:

• Lumpur menggenangi duabelas desa di tiga kecamatan, yaitu Kecamatan

Porong, Jabon, dan Tanggulangin, dengan total warga yang dievakuasi

sebanyak lebih dari 8.200 jiwa dan 25.000 jiwa mengungsi.

• Sekitar 30 pabrik yang tergenang terpaksa menghentikan aktivitas produksi

dan merumahkan sekitar 1.873 tenaga kerjanya.

7

• Tidak berfungsinya sarana pendidikan (SD, SMP), kantor pemerintahan, serta

rusaknya sarana dan prasarana infrastruktur diantaranya jalan tol, jaringan

listrik dan telepon.

• Meledaknya pipa gas milik Pertamina akibat penurunan tanah karena tekanan

lumpur dan sekitar 2,5 km pipa gas terendam.

Sumber: dok. pribadi

Sumber: Laporan Pusair Dept. PU Sumber: www.id.wikipedia.org

Sumber: http://ochaonline.un.org/ochaunep

Gambar II. 4 Daerah yang terkena dampak semburan lumpur panas

Berdasarkan hasil karakterisasi lumpur di lapangan dengan titik sampling berjarak

100 m dari pusat semburan yang dilakukan oleh Balai Lingkungan Keairan

Puslitbang Pengairan Departemen Pekerjaan Umum pada tanggal 4 Juni 2006

8

diperoleh hasil sebagai berikut: Jenis material: lempung, Plastisitas sangat tinggi,

Warna: abu-abu kehitaman, Temperatur lumpur: 44oC, Daya hantar listrik (DHL):

>10.000 µmhos/cm, Rasa: asin dan pH: 6,06.

Pemeriksaan terhadap air formasi memberikan hasil sebagai berikut : Temperatur

air 35oC, DHL: >10.000 µmhos/cm, Rasa: asin dan pH: 6,8. Hasil karakterisasi

selengkapnya diperlihatkan pada Tabel II.1 dan Tabel II.2.

Tabel II. 1 Hasil analisis kualitas air formasi lumpur Sidoardjo

Hasil Analisis Baku Mutu

No Parameter Satuan 29-5-2006 1) 4-6-2006 2) Limbah cair 3)

Limbah cair 4)

Parameter Fisika

1 Temperatur oC 38 35 38 40

2 Total Dissolved Solid mg/l 38.800 25540 2000

3 Rasa - Asin

4 Total Suspended Solid mg/l 16.420 - 200

5 DHL µmhos/cm - 33600

Parameter Kimia

1 Salinitas o/oo - 27,51

2 pH 7,00 6,8 6-9 6-9

3 Besi (Fe) mg/l 5,34 0,56 10

4 Mangan (Mn) mg/l tt 0,53 2

5 Seng (Zn) mg/l tt 0,019 10

6 Fluor (F) mg/l tt - 15

7 Kadmium (Cd) mg/l tt 0,035 0,05

8 Nikel (Ni) mg/l tt 0,396 0,2

9 Krom Hexavalen (Cr+6) mg/l tt - 0,1

10 Krom Total (Cr total) mg/l tt 0,050 0,5

11 Krom terlarut mg/l - tt

12 Tembaga (Cu) mg/l tt 0,179 2

13 Kalsium (Ca) mg/l - 810

9

14 Magnesium (Mg) mg/l - 492

15 Kalium (K) mg/l - 186

16 Amonia total (NH3– N) mg/l 0,02 17,6 1 5

17 Amonia bebas (NH3-N) mg/l - 0,132

18 Nitrat (NO3) mg/l 1,607 - 20

19 Nitrit (NO2) mg/l - tt 1

20 H2S mg/l tt - 0,1 0,5

21 Timbal (Pb) mg/l tt tt 0,5

22 Deterjen mg/l 0,31 - 1

23 CN mg/l 0,007 - 0,1

24 Fenol mg/l - 11,12 1 2

25 Minyak dan lemak mg/l tt - 5 25

26 SAR - 42,35

27 Boron (B) mg/l - 1,28

28 Natrium mg/l - 6192

29 Klorida mg/l - 15520 Keterangan : 1). Hasil Analisis Laboratorium Dinas Pekerjaan Umum Bina Marga Propinsi Jawa Timur 2). Hasil Analisis Laboratorium Lingkungan Keaiaran, Pusat Litbang Sumber Daya Air 3). SK Gub. Jawa Timur No. 45 Th 2002 “ Baku Mutu Limbah Cair Bagi Industri dan usaha

lainnya di JaTim “ 4). Kep. MenLH No. KEP-42/MENLH/10/1996 “ Baku mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Minyak dan Gas Serta Panas Bumi -: tidak dianalisis tt: tidak terdeteksi

Tabel II. 2 Hasil uji TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) lumpur formasi pada tanggal 29 Mei 2006

No Parameter Satuan Hasil Analisis ** Baku Mutu *

1 Tembaga (Cu) mg/l tt 10

2 Krom (Cr) mg/l 0,07 5

3 Kadmium (Cd) mg/l tt 1

4 Timbal (Pb) mg/l tt 5 Keterangan :

* Peraturan Pemerintah No. 85 Tahun 1999, tentang Baku Mutu TCLP Zat Pencemar dalam Limbah untuk Penentuan Karakteristik Sifat Racun

** Hasil Analisis Laboratorium Dinas Pekerjaan Umum Bina Marga Propinsi Jawa Timur

10

Beberapa upaya penanggulangan semburan lumpur telah dicoba oleh Tim

Nasional Penanggulangan Lumpur Sidoardjo dan Badan Penanggulangan Lumpur

Sidoardjo untuk mencegah meluasnya luberan lumpur dan dampak yang

merugikan masyarakat Sidoardjo, diantaranya (Media Center Lusi, edisi 6, 2006

dan berbagai sumber):

a. Penutupan pusat semburan dengan metode snubbing unit yaitu suatu sistem

peralatan bertenaga hidrolik yang umumnya digunakan untuk pekerjaan well-

intervention & workover/melakukan suatu pekerjaan ke dalam sumur yang

sudah ada, sidetracking/pengeboran miring, relief well untuk mengepung

retakan-retakan tempat keluarnya lumpur dan insersi bola beton.

b. Pembentukan tanggul di sekeliling pusat semburan (tanggul cincin) dan area

pemukiman.

c. Pengendalian lumpur dengan cara mengelola air dan lumpur dengan upaya

pembangunan spillway agar lumpur dari pusat semburan dapat dialirkan ke

Kali Porong.

Hingga saat ini hanya pembangunan spillway yang menunjukkan hasil yang cukup

memuaskan.

Upaya pemanfaatan lumpur Sidoardjo pun telah dicoba oleh beberapa pihak di

sekitar daerah semburan lumpur, diantaranya (dari berbagai sumber):

Juli 2006, pembuatan bata merah oleh penduduk di Desa Siring Sidoardjo dan

pembuat batu bata di Mojotamping dengan perbandingan tanah liat

Mojotamping:Lumpur Sidoardjo 1:1.

Agustus 2006, LAPI ITB melakukan uji coba pembuatan beton untuk

pembangunan gardu jaga dua tingkat dengan bahan baku lumpur, penambahan

semen serta polimer dengan mencampurkan satu sak semen kelas 1, tiga ember

besar lumpur dan 5 liter polimer.

September 2006, Anggota Komando Distrik Militer (Kodim) 0816 Sidoarjo

bekerja sama dengan Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya (ITS)

mencoba membuat batu bata dengan proses mencampur 1 truk lumpur dengan 1

truk tanah liat dan 5 karung sekam (kulit padi) serta zat pengikat 1 liter polimer.

11

September 2006, percobaan Direktorat Jenderal Perindustrian dan Perdagangan

bahwa lumpur Sidoardjo berpotensial untuk dijadikan bahan baku pembuatan

keramik.

Oktober 2006, Ir. V. Totok Noerwasito, MT, dosen Jurusan Arsitektur ITS

melakukan percobaan pembuatan batako, paving blok dan genting berbahan

baku lumpur-semen-kapur dengan perbandingan 85:5:10 dengan kuat tekan 30

kg/cm2, nilai ini memenuhi persyaratan nilai kuat tekan bata sederhana.

Sumber: dok.pribadi

Gambar II. 5 Batako dan rumah contoh berbahan baku lumpur Sidoardjo

II.2 Proses Solidifikasi/ Stabilisasi

Solidifikasi adalah suatu tahapan proses penanganan limbah berbahaya,

khususnya yang mengandung logam berat untuk mengurangi potensi racun dan

kandungan berbahaya melalui upaya memperkecil atau membatasi daya larut,

pergerakan atau penyebaran daya racunnya dengan prinsip perubahan sifat fisika

atau kimia bahan pencemar dengan penambahan senyawa pengikat sehingga

pergerakan senyawa berbahaya dapat dihambat/dibatasi dengan membentuk suatu

struktur yang massif dengan penambahan zat pengikat, biasanya digunakan

semen, kapur, tanah liat dan tras kapur, dan bahan pengisi atau agregat halus

diantaranya gypsum, pasir, lempung dan fly ash (Ahsani, 2004).

Umumnya proses solidifikasi merupakan suatu usaha pemanfaatan bahan

pencemar/ limbah padat menjadi campuran bahan bangunan diantaranya mortar

(Ahsani, 2004) atau bata merah (Hardayani, 1996). Kontrol kualitas produk

solidifikasi pada umumnya ditentukan dengan nilai kuat tekan sebagai parameter

12

utama disamping nilai absorpsi, pelindian materi toksik dan durabilitas (Ahsani,

2004).

Stabilisasi biasanya mengacu kepada teknik yang menggunakan senyawa kimia

untuk mengurangi tingkat toksisitas atau bahaya terhadap lingkungan sekitarnya

dengan menurunkan potensial bahayanya yang lebih dikenal dengan proses

imobilisasi (Meegoda et.al, 2003). Imobilisasi secara kimia merupakan salah satu

teknik penambahan bahan kimia terhadap tanah tercemar guna mengurangi

kelarutan logam melalui proses penyerapan atau pengendapan (Ma, L.Q. et.al,

2001). Penurunan kelarutan dan mobilitas logam akan menurunkan perpindahan

logam dari tanah tercemar ke badan air (Vangronsveld and Cunningham, 1998

dalam McGowen et.al 2001).

Mekanisme stabilisasi (La Grega, 1994):

1. Makroenkapsulasi: unsur pokok limbah berbahaya secara fisik diperangkap

dalam struktur matriks yang besar, kemudian ditahan oleh pori-pori diskontinyu

sehingga materi yang terperangkap masih bebas untuk berpindah.

2. Mikroenkapsulasi: unsur limbah berbahaya diperangkap dalam struktur kristal

dari matriks solidifikasi pada level miksroskopik.

3. Absorpsi: penambahan materi solid untuk menyerap cairan dalam limbah

seperti spons dalam penyerapan air, umumnya digunakan tanah, fly ash, cement

kiln dust, lime kiln dust, clay mineral, bentonit, kaolinit, zeolit, saw dust, atau

jerami.

4. Adsorpsi: kontaminan secara elektrokimia diikat oleh agregat stabilisasi dalam

suatu matriks akibat dari gaya Van der Waals yang menyebabkan terjadinya

ikatan hidrogen di permukaan.

5. Presipitasi: pengendapan kontaminan dari limbah menjadi unsur dalam bentuk

yang lebih stabil/ tidak larut, umumnya digunakan zat pengendap seperti

hidroksida, sulfida, silika, karbonat dan fosfat.

6. Detoksifikasi: suatu proses yang menjadikan unsur kimia pada suatu limbah

menjadi unsur kimia yang kurang toksik atau tidak toksik sama sekali.

13

II.3 Mekanisme Adsorpsi

Sorpsi adalah suatu proses penyerapan ion oleh partikel sorben/penyerap yang

terjadi akibat reaksi fisika-kimia. Jika ion tersebut hanya tertahan dipermukaan

partikel penyerap proses ini disebut adsorpsi, tetapi jika proses penyerapan

berlangsung sampai ke dalam partikel sorben proses tersebut dinamakan absorpsi.

Faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi diantaranya karakteristik fisika-kimia

zat yang akan diserap (adsorbat), zat penyerap (adsorben), konsentrasi adsorbat

dalam fasa cair, pH, temperatur serta waktu tinggal dalam sistem/waktu kontak

antara sorbat dengan sorben. Dalam proses pembentukan beton/mortar atau

matriks padat lainnya melalui teknik S/S terjadi reaksi fisika-kimia diantaranya

adsorpsi (Vebbyana, 2001).

Proses adsorpsi terjadi karena ketidakseimbangan gaya pada permukaan. Adsorpsi

adalah pemisahan suatu senyawa dari larutannya yang kemudian terdeposisi pada

permukaan padatan atau pada bidang kontak antara padatan dengan larutan

(Sawyer et.al, 2003).

Ada tiga proses yang menunjukkan cara perpindahan ion logam ke dalam fasa

solid dalam bentuk larutannya, yaitu:

1. Proses yang menggunakan adsorpsi secara fisika melalui reaksi pertukaran ion

atau gaya van der Waals dan adsorpsi secara kimia melalaui ikatan antara

permukaan mineral yang terkandung dalam padatan dan ion yang bermuatan

berlawanan.

2. Proses pembentukan campuran melalui ikatan dengan ligan.

3. Proses pembentukan fasa padat yang baru melalui sedimentasi di atas

permukaan solid (Kim, Y. et.al, 2005).

Proses adsorpsi dapat terjadi melalui mekanisme seperti diperlihatkan oleh

Gambar II.8. Partikel adsorben memiliki lapisan film yang stagnan dengan

ketebalan tertentu yang mengelilingi partikel. Transfer larutan untuk melewati

lapisan hanya dapat terjadi melalui difusi molekul yang biasanya berjalan lambat,

14

jika pada proses difusi ini dilakukan suatu pengocokan maka ketebalan lapisan

film akan berkurang sehingga kesulitan transfer akan berkurang (Cooney, 1999).

Sumber: Cooney, 1999

Gambar II. 6 Skema adsorpsi dalam partikel

Tahapan proses adsorpsi umumnya terdiri dari (Indarti, 1996):

1. Kontak fluida dengan padatan adsorben, pada tahap ini terjadi adsorpsi

fluida/adsorbat ke permukaan padatan adsorben.

2. Pemisahan adsorbat yang mengalami adsorpsi.

3. Regenerasi adsorben

Berdasarkan reaksi yang terjadi, adsorpsi terdiri atas dua jenis yaitu (Montgo

mery, 1985):

1. Adsorpsi fisika, dimana gaya elektrostatik merupakan prinsip dasar yang

menggambarkan interaksi antara molekul adsorben dengan adsorbat yang

dipengaruhi oleh gaya Van der Waals. Adsorpsi secara fisika merupakan

reaksi bolak balik yang terjadi pada kekuatan gaya tarik menarik antara

molekul adsorben dan adsorbat dimana gas yang terkondensasi pada

Film

difusi molekul dlm film

Partikel Adsorben

Adsorbat

15

permukaan padatan bertekanan rendah dengan temperatur adsorpsi pun relatif

rendah.

2. Adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang dipicu oleh reaksi kimia yang

menyebabkan terbentuknya ikatan kimia sebagai akibat proses kimia antara

adsorben/adsorbat, beberapa contoh ikatan kimia yang terjadi adalah ikatan

kovalen dan ikatan hidrogen. Proses adsorpsi kimia berlangsung tidak

reversibel dan kalor reaksi yang dihasilkan umumnya lebih besar daripada

adsorpsi fisika.

II.4 Model Adsorpsi

Ada dua macam model yang umum digunakan untuk menggambarkan proses

terjadinya adsorpsi yaitu model adsorpsi isoterm/sesaat dan model kinetika

adsorpsi.

II.4.1 Model Adsorpsi Isoterm

Bila dalam suatu percobaan sorpsi dilakukan pada temperatur konstan, secara

teoritis jumlah zat yang teradsorpsi adalah fungsi dari kesetimbangan tekanan gas

yang disebut adsorpsi isoterm. Adsorpsi isoterm umum dipakai untuk menyatakan

hubungan antara konsentrasi zat terlarut dalam keadaan setimbang pada suhu

tertentu. Dalam model adsorpsi isoterm dikenal adsorpsi linier dan adsorpsi non

linier. Adsorpsi isoterm digunakan untuk menentukan (Sawyer et.al, 2003):

a) Kelayakan adsorpsi dengan adsorben tertentu

b) Afinitas relatif dari adsorben

c) Sensitifitas perubahan konsentrasi adsorbat pada garis isoterm

d) Efek pH, temperatur, ion kompetitif dan lainnya pada kapasitas adsorpsi

Adsorpsi linier adalah adsorpsi isoterm yang paling sederhana dan paling sering

dipakai. Hubungan isoterm dari konsentrasi adsorbat dan penyerapan pada

temperatur konstan dinyatakan sebagai:

S = kd x C

16

dimana S adalah konsentrasi zat yang terserap, kd adalah koefisien distribusi

adsorpsi setimbang dan C adalah konsentrasi zat pada larutan saat ketimbangan

(mg/l) (Sincero, 1996).

Beberapa kondisi yang menyebabkan terjadinya adsorpsi non linier adalah adanya

kondisi tidak setimbang yang diakibatkan oleh perbedaan kecepatan penyerapan

antara sorben dan sorbat, proses adsorpsi mungkin terjadi mengikuti kinetika

reaksi orde kedua yang mengharuskan suatu molekul bersifat non linier terutama

pada larutan berkonsentrasi tinggi, adanya senyawa organik yang mengadsorpsi

mikropartikel tersuspensi bahan organik dan terjadi kompetisi akibat lokasi sorpsi

yang terbatas. Model yang umum digunakan untuk adsorpsi non linier adalah

(Sawyer et.al, 2003):

a) Adsorpsi isoterm Freundlich

b) Adsorpsi isoterm Langmuir

II.4.1.1 Adsorpsi Isoterm Freundlich

Persamaan isoterm Freundlich sering digunakan dalam penetapan praktis karena

umumnya memberikan korelasi yang memuaskan. Persamaan Freundlich

berasumsi bahwa adsorpsi terjadi secara multilayer pada permukaan adsorben dan

adsorpsi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi.

Persamaan isoterm Freundlich dinyatakan sebagai,

n1

t CK x q = ......................... (II. 1)

dimana: q = jumlah adsorbat yang diadsorpsi per unit berat adsorben (mg/g)

Ct = konsentrasi adsorbat pada kondisi setimbang (mg/l)

K, n1 = konstanta empiris

Penentuan nilai K dan n1 dapat dilakukan dengan linierisasi persamaan Freundlich

menjadi: tlogCn1 K log q log += ................. (II. 2)

17

Apabila data percobaan log q diplotkan terhadap log C maka akan terbentuk suatu

garis lurus. Perpotongan dengan sumbu Y menyatakan nilai log K dan

kemiringannya adalah nilai n1 .

Sumber: Sawyer et.al, 2003

Gambar II. 7 Grafik persamaan linier kinetika Freundlich

Nilai q secara teoritis dapat dihitung dengan rumus )C -(C V )q-(q m too = ,

dimana qo = 0 sehingga )CV(Cq x m to −= , m x q = X, maka X = V (Co – C ),

sehingga didapat suatu persamaan,

m)C - (C V

q to= …………………. (II. 3)

Co = konsentrasi awal adsorbat (mg/l)

Ct = konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan (mg/l)

m = berat adsorben (gram)

q = konsentrasi adsorbat pada media pada kesetimbangan (mg/g)

qo = konsentrasi adsorbat pada pada kondisi awal (mg/g)

X = jumlah adsorbat yang diserap oleh adsorben (mg)

V = volume larutan (l)

II.4.1.2 Adsorpsi Isoterm Langmuir

Persamaan Langmuir berdasarkan pada asumsi bahwa hanya ada satu lapisan yang

terbentuk pada permukaan padat. Persamaan ini awalnya dikembangkan untuk

menerapkan sorpsi gas oleh zat padat, namum dapat juga untuk menerangkan

sorpsi ion pada permukaan padat.

Log Ct

Log

q

Log K

n1

18

Adsorpsi yang mengikuti persamaan isoterm Langmuir menggambarkan kondisi

kesetimbangan antara permukaaan dan larutan yang dapat bersifat bolak-

balik/reversible.

Persamaan Langmuir berlaku untuk adsorpsi lapis tunggal/ monolayer pada

permukaan yang homogen. Keuntungan dari adsorpsi Langmuir adalah

merupakan adsorpsi yang sangat sederhana dengan ciri sebagai berikut:

a) Daya dari adsorpsi adalah independen

b) Bersifat bolak balik

c) Hanya untuk adsorpsi satu lapis atau monolayer

Persamaan Langmuir dinyatakan sebagai :

)Cx (K 1)C x K x (q

qtads

tadsm

+= .............. (II. 4)

q = konsentrasi adsorbat pada media pada kesetimbangan (mg/g)

Ct = konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan (mg/l)

qm , Kads = konstanta empiris

Persamaan tersebut dapat dilinierkan untuk mendapatkan konstanta qm dan Kads.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

tadsmm C1 x

K x q1

q1

q1 ................................(II. 5)

Apabila data percobaan q1 diplotkan terhadap

tC1 akan terbentuk garis lurus dan

perpotongan terhadap sumbu Y menyatakan nilai mq1 sedangkan kemiringannya

menyatakan nilai adsKx mq

1 .

19

Sumber: Sawyer et.al, 2003

Gambar II. 8 Grafik persamaan linier kinetika Langmuir

II.4.2 Model Kinetika Sorpsi

Kinetika adalah laju perubahan dalam mekanisme suatu sistem yang dapat

memberikan efek perubahan dalam reaksi fisika dan kimia. Secara umum

persamaan kinetika isoterm untuk menyatakan proses adsorpsi dan desorpsi

adalah model empirik dan model mekanis. Model empirik adalah model yang

memiliki bentuk sederhana dan menggunakan konstanta yang dikembangkan dari

hasil percobaan. Beberapa model yang digunakan untuk menghitung kinetika

proses sorpsi adalah model kinetik Barrow – Shaw dan model Lagergren

(Rusmaya, 2006).

Model kinetika sorpsi mengasumsikan bahwa proses sorpsi tergantung pada

waktu dan kesetimbangan tidak bias yang tercapai selama waktu kontak. Model

kinetik Barrow-Shaw didasari oleh persamaan Freundlich (Vebbyana, 2001).

S = k Cta tb …………………………...(II. 7)

batm

X tCk x = ....................................... (II. 8)

log mX = log k + a log Ct + b log t ................ (II. 9)

mengacu kepada perhitungan teoritis nilai q pada persamaan (II.3) maka

persamaan (II.8) dan persamaan (II.9) dapat dinyatakan sebagai: ba

t tCk x q = .......................................(II.10)

1/Ct1/

q mq1

adKx mq1

20

log q = log k + a log C + b log t ................ (II.11)

S atau

mX atau q = jumlah yang disorpsi (mg/kg)

C = konsentrasi zat dalam larutan pada waktu kontak (mg/l)

k = konstanta, kapasitas sorpsi

a = konstanta, intesiitas sorpsi

b = konstanta, kecepatan sorpsi

t = waktu kontak

Konstanta k, a, dan b dapat dihitung dengan regresi linier multi varians Y = aX1 +

bX2 + C jika dihubungkan dengan persamaan (II.7), maka Y = log q, dimana:

a, b = konstanta a dan b, X1 = log C , X2 = log t, C = log k

n C = X1a + X2b = Y ......................................(II. 12)

X1C + (X1)2 a + ( X1X2) b = X1Y …………….(II. 13)

X2C + (X1X2) a + (X2)2 b = X2 Y ……………(II. 14)

dari persamaan (II.12), (II.13), dan (II.14) akan didapat nilai konstanta k, a, dan b.

Percobaan Barrow - Shaw merupakan persamaan empiris dengan kekurangan

tidak dapat menerangkan proses yang sebenarnya terjadi dalam sistem tetapi

mudah diaplikasikan dengan harga parameter yang dengan mudah dapat diperoleh

dari percobaan sederhana (Vebbyana, 2001).

Persamaan kinetika Lagergren digunakan untuk melihat perubahan dalam proses

sorpsi secara kuantitatif. Persamaan ini terdiri dari reaksi orde-1 dan reaksi pseudo

orde-2 dengan h yang merupakan nilai kecepatan inisial adsorpsi (Quek et.al,

1998).

Persamaan kinetika Lagergren Orde-1 (Ho et al, 2003) dinyatakan sebagai:

log (qe - qt) = log qe – ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛2,303

k1 t ……………(II. 15)

21

dimana:

qe : massa logam yang teradsorbsi dalam kesetimbangan (mg/g)

qt : massa logam yang teradsorpsi dalam waktu t (mg/g)

k1 : konstanta kapasitas sorpsi

Persamaan II.15 mengikuti persamaan linier Y= ax + b dimana:

Y = log (qe - qt), x = t, a = – ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛2,303

k1 dan b = log qe

Apabila nilai log (qe - qt) dan t diplotkan dalam bentuk grafik persamaan linier

maka konstanta kapasitas sorpsi dapat diketahui.

Sumber: Ho et al, 2003

Gambar II. 9 Grafik persamaan linier kinetika Lagergren orde-1

Persamaan Lagergren Orde-2 (Ho et al, 2003) dinyatakan sebagai:

tqqkq

t

eet

112

2

+= ...................... (II.16)

Persamaan II.16 mengikuti persamaan linier Y = ax = b, dengan Y= tq

t , a = eq

1 ,

x = t dan b = 22

1

eqk, jika nilai percobaan

tqt diplotkan terhadap t, maka konstanta

kapasitas sorpsi k2 dapat diketahui.

t

Log

(qe-q

t)

Log qe

– ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛2,303

k1

22

Sumber: Ho et al, 2003

Gambar II. 10 Grafik persamaan linier kinetika Lagergren orde-2

II. 5 Tembaga

Tembaga di alam membentuk sulfida, sulfat, garam sulpho, karbonat dan senyawa

lainnya. Sumber utama tembaga adalah pertambangan. Mineral yang paling

umum adalah chalcopyrite, CuFeS ( Alloway, 1995).

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Copper

Gambar II. 11 Spesimen logam tembaga

Kelarutan tembaga dalam air laut yang teraerasi (pH 7,8-8,2 dan suhu 18-23oC)

adalah 0,4-0,8 ppm, pada konsentrasi yang lebih tinggi garam tembaga akan

terendapkan. Di air tawar, lebih dari 90% tembaga berikatan dengan asam humat.

Tembaga dapat didesorpsi dari sedimen hingga 50% dalam 96 jam. Beberapa

studi memperlihatkan desorpsi akan berkurang dengan peningkatan salinitas

tt/q

t

22

1

eqk

eq1

23

akibat dari kompetisi dengan ion klorida (Cl) dalam penggunaan tempat

pengikatan (Mantaoura et.al, 1987).

Tembaga merupakan logam berwarna kemerahan, merupakan konduktor panas

dan listrik yang baik. Logam tembaga bersifat lunak, dapat ditempa dan melebur

pada suhu 1038oC, tidak larut dalam asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4)

encer, meskipun dengan adanya oksigen dapat sedikit larut.

Menurut Vogel, asam nitrat dengan konsentrasi 8 M dapat dengan mudah

melarutkan tembaga dengan reaksi,

3Cu + 8HNO3 3Cu2+ + 6NO3 + 2NO2 + 4 H2O

asam sulfat melarutkan logam tembaga dengan reaksi,

3Cu + 2HSO4 3Cu2+ + SO42- + SO2 + 2 H2O

sedangkan reaksi pelarutan logam tembaga oleh aqua regia adalah,

3Cu + 6 HCl+ 2HNO3 3Cu2+ + 6Cl- + 2NO2 + 4 H2O

Ada 2 senyawa tembaga yaitu senyawa tembaga(I) yang diturunkan dari

tembaga(I) oksida Cu2O yang berwarna merah. Senyawa-senyawa ini tidak

berwarna dan kebanyakan garam tembaga(I) tidak larut dalam air, mudah

dioksidasi menjadi tembaga (II), yang dapat diturunkan dari tembaga(II) oksida

CuO berwarna hitam.

Garam-garam tembaga(II) umumnya berwarna biru baik dalam bentuk hidrat,

padat atau larutan yang merupakan warna khas ion tetrakuokuprat(II)

[Cu(H2O)4]2+. Garam-garam tembaga(II) anhidrat seperti tembaga(II) sulfat

CuSO4 berwarna putih kekuningan. Ion tembaga(II) Cu2+. Dalam percobaan reaksi

terhadap logam tembaga, hanya ion tembaga(II) Cu2+ merupakan ion yang

penting.

24

Tabel II. 3 Sifat fisika dan kimia logam tembaga

Umum Nama, simbol dan nomor atom Tembaga, Cu, 29 Unsur kimia Logam transisi Wujud Padatan logam berwarna kemerahan Berat atom relatif 63,546 g/mol Konfigurasi elektron [Ar] 3d10 4s1

Sifat Fisik dan Atom Fasa Padatan Berat jenis 8,96 g·cm−3 Berta jenis cair pada titik leleh 8,02 g·cm−3 Titik leleh 1084,62 °C Titik didih 2562 °C Struktur kristal Kubus terpusat Bilangan oksidasi 1, 2

1st: 745,5 kJ/mol 2nd: 1957,9 kJ/mol

Energi ionisasi

3rd: 3666 kJ/mol Kemagnetan diamagnetik Nomor CAS 7440-50-8

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Copper

II. 6 Sodium Silika

Sodium silika/ natrium silika atau lebih dikenal dengan nama water glass banyak

dipakai sebagai bahan pengikat seperti semen biasanya dipakai untuk produk yang

mengalami pemanasan atau pembakaran, zat aditif pada detergen, pengolahan air,

zat pengawet pada telur, zat pelapis pada bangunan, deflokulan pada industri

keramik dll (Mc Donald, PQ Corp).

Kualitas dan sifat silika ditentukan oleh perbandingan antara silika, oksigen dan

air. Perbandingan antara SiO2 dan Na2O menjadi ukuran kualitas silika. Persentase

SiO2 yang tinggi membuat silika bersifat lebih mudah membentuk gelas, keras

dan tidak larut, sedangkan persentase Na2O memberikan sifat lebih basa dan

mudah larut, persentase air memberikan lebih banyak hidrat bebas. Di pasaran

25

terdapat lebih dari 40 tingkat kualitas sodium silika dengan perbandingan

Na2O:SiO2 antara 0,5 – 2 (Mc Donald, PQ Corp).

Sumber: http://apps.kemi.se/flodessok/floden/kemamne/natriumsilikater_eng.htm

Gambar II. 12 Struktur ikatan kimia sodium silika

Tabel II. 4 Sifat fisika dan kimia sodium silika

Umum

Nama lain Waterglass atau Liquid Glass Rumus molekul Na2SiO3 Berat molekul 122,06 g/mol Wujud Padatan/gel tidak berwarna

CAS

Sodium silicate CAS no 1344-09-8, Sodium orthosilicate (Na2O/SiO2=2) CAS no 15859-24-2, Disodium silicate (Na2O/SiO2=1,5) CAS no 13870-28-5, Sodium metasilicate (Na2O/SiO2=1) CAS no 6834-92-0, Sodium metasilicate nonahydrate CAS no 13517-24-3, Sodium metasilicate pentahydrate CAS no 10213-79-3

Sifat Fisik Berat jenis 2,4 g/cm3 Kelarutan di air Larut, 150 g/l (20°C) Titik didih/Titik leleh 102 oC (216F) /1088°C pH 11 – 12,5

Potensi Bahaya Klasifikasi Uni Eropa Tidak terdaftar Karsinogenik Tidak termasuk daftar IARC, OSHA, ACGIH, atau NIOSH

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_silicate, http://apps.kemi.se/flodessok/floden/kemamne/natriumsilikater_eng.htm J.T.Baker® Material Safety Data Sheet Number: S4982

26

Sodium silika memiliki sifat yang unik yaitu dapat mengalami empat reaksi kimia

yang berbeda yaitu hidrasi/dehidrasi, pembentukan gel, pengendapan dan

modifikasi muatan permukaan. Sodium silika yang bermutu tinggi dapat

mengalami beberapa reaksi kimia di atas dalam waktu yang bersamaan (Mc

Donald, PQ Corp).

Anion silika dapat bereaksi dengan kation logam multivalen diantaranya kalsium

(K), kadmium (Cd), Seng (Zn), tembaga (Cu), mangan (Mn), besi (Fe), nikel (Ni),

magnesium (Mg), timbal (Pb), kromium (Cr) membentuk suatu logam silikat yang

tidak larut dan tidak reaktif (Vogel, 1990).

II. 7 Tanah Liat/Clay

Tanah terdiri dari tiga bagian yaitu butiran tanah itu sendiri, air dan udara yang

mengisi ruang kosong diantara butiran tanah tersebut. Butiran tanah dapat berupa

butiran kasar (kerikil, pasir), butiran halus (lanau, lempung). Lempung terdiri dari

butiran yang sangat kecil dan menunjukkan sifat plastisitas dan kohesi. Plastisitas

adalah sifat yang memungkinkan bentuk lempung dapat diubah tanpa perubahan

isi atau dapat kembali ke bentuk asli tanpa mengalami keretakan atau pecah

(Hardayani, 1996).

Fraksi mineral lempung adalah partikel tanah berukuran 2 mµ. Tanah bermineral

lempung terdiri dari alumunium amorf, besi silika dan ion logam. Mineral-mineral

ini yang akan menentukan plastisitas tanah, penyerapan air dan pertukaran ion.

Sifat lempung yang penting adalah plastisitas/liat, sifat ini hanya akan terjadi

apabila ada air yang menyebabkan tanah lempung dapat dibentuk dan dicetak

(Hardayani, 1996).

Gambar II.13 menunjukkan klasifikasi tanah menurut USDA yang ditentukan oleh

persentase butiran pasir, lempung dan silt yang terkandung dalan sample tanah

(Brown, 2003).

27

Sumber: Brown, 2003

Gambar II. 13 Klasifikasi tekstur tanah oleh USDA

Menurut Atterberg, mineral lempung mempunyai pengaruh terhadap sifat fisik

tanah, terutama indeks plastisitas. Semakin besar luas permukaan mineral

lempung dan semakin halus ukuran butirannya, maka semakin besar indeks

plastisitasnya, disebabkan oleh jumlah air yang terserap disekeliling permukaan

lempung. Hal ini menyebabkan adanya klasifikasi tanah bersifat plastis, semi

plastis dan padat (Hardayani, 1996).

Kandungan mineral tanah liat telah diketahui dapat menjadi adsorben yang baik

untuk kation karena memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan bermuatan

negatif. Kemampuan menyerap mineral tanah liat tidak hanya tergantung pada

karakteristik kimia dan fisikanya saja, seperti keberadaan dan kandungan senyawa

organik di dalamnya, kemampuan menukar kation, oksida amorf, tetapi juga

komposisi senyawa kimia dan kondisi dari larutan logam yang akan diserap,

diantaranya pH, kekuatan ion serta tipe ligannya (Kim, Y. et.al, 2005).

28

II.8 Bata Merah

Bata merah adalah bahan bangunan yang digunakan untuk pembuatan konstruksi

bangunan yang dibuat dari tanah liat dengan atau tanpa campuran bahan lain dan

dibakar pada suhu yang cukup tinggi hingga tidak dapat hancur lagi bila direndam

dalam air. Tanah liat yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan bata,

sedikitnya harus memiliki dua macam komponen tanah yang berfungsi sebagai

bahan perekat dan pengisi. Bahan perekat yaitu senyawa SiO2, Al2O3 dan Fe2O3

sedangkan komponen pengisi umumnya seyawa K2O dan Na2O. Mutu bata merah

tergantung kepada jenis tanah yang digunakan sebagai bahan baku dan cara

pengolahannya (Hardayani, 1996).

Secara garis besar proses pembentukan bata merah menurut prosedur pembuatan

bata merah pejal adalah sebagai berikut (Departemen Perindustrian,1985):

1. Persiapan bahan baku, pada tahap ini dilakukan penggalian tanah dan

tahap penyiapan tanah untuk dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan bata yaitu, tahap pembasahan tanah liat dan pemerataan.

2. Pembentukan, pada umumnya pembentukan tanah dilakukan dengan cara

pembentukan massa lempung plastik lunak dengan menggunakan

pencetakan tangan menggunakan alat cetak kayu, alat press ulir, press

ungkit atau press pukul.

3. Pengeringan, secara umum dilakukan pengeringan alam (natural drying),

waktu pengeringan antara 3-14 hari.

4. Pembakaran, proses pembakaran dengan panas tinggi antara 800-1200oC

5. Proses pendinginan

Proses pembakaran model bata merah terjadi dalam beberapa tahapan, yaitu:

(Sagala, 2000)

a) Tahap Dehidrasi terdiri dari dua jenis yaitu Dehidrasi Mekanis yaitu

tahap dehidrasi yang terjadi pada suhu pemanasan 150oC. Tahapan ini

sering disebut tahap water smoking yaitu penguapan air bersama-sama

dengan asap bahan bakar (apabila yang digunakan bahan bakar yang

menghasilkan asap, contohnya sekam dan kayu bakar). Dehidrasi

29

Kristal/Kimia adalah temperatur dimana air kristal dari mineral yang

terkandung dalam lempung telah hilang. Temperatur akhir proses

dehidrasi ini tidak sama antara jenis lempung, contohnya temperatur

dehidrasi air kristal kaolinite adalah 400-600oC dan Illite 420-520oC. Pada

tahap ini tidak terjadi perubahan warna.

b) Tahap Oksidasi, tahap oksidasi mulai berlangsung pada suhu 350-500oC.

Tahap oksidasi terjadi pada semua bahan atau mineral yang terkandung

dalam lempung dengan adanya udara pembakaran. Reaksi oksidasi

berlangsung sempurna pada suhu pembakaran mencapai 950oC. Pada

tahap ini terjadi perubahan warna akibat dari oksidasi besi oksida yang

memberikan warna merah. Intensitas warna merah ini akan tertahan

apabila kandungan karbon dan sulfur pada lempung tinggi, kedua senyawa

tersebut mempunyai daya ikat yang lebih kuat dengan oksigen.

Jika udara pembakaran kurang, maka oksidasi besi tidak berlangsung

secara sempurna. Hal ini akan menyebabkan terjadinya warna hitam

kebiruan di bagian dalam atau lebih dikenal dengan nama black core yang

dapat menurunkan kekuatan mekanis/ kuat tekan produk.

Proses oksidasi selalu berlangsung bersamaan dengan proses dehidrasi air

kristal. Jika dalam lempung terdapat banyak senyawa sulfur dan senyawa

besi, apabila oksidasi besi berlangsung terlebih dahulu maka akan

dihasilkan garam sulfat pada suhu 500-800 oC yang berwarna putih dan

apabila reaksinya berlangsung bersamaan maka akan dihasilkan noda

berwarna coklat (brown scuming) pada permukaan lempung.

Jika dalam lempung terdapat kalsium karbonat dan senyawaan sulfur,

maka pada tahap oksidasi akan terbentuk senyawa kalsium sulfat yang

dapat menyebabkan bercak putih/scum pada permukaan lempung.

c) Tahap Vitrifikasi adalah tahap awal proses penggelasan dari senyawa

golongan garam alkali dan oksida besi yang berikatan dengan silikat. Jika

pada tahap oksidasi terdapat ruang kosong akibat hilangnya air maka pada

tahap vitrifikasi ruang kosong itu akan merapat kembali hal ini adalah

proses awal dari vitrifikasi. Bila temperatur dinaikkan terus maka lapisan

gelas akan melebur dan menyusut drastis yang akan menyebabkan

30

perubahan bentuk/deformasi. Pada proses pembuatan bata merah rentang

suhu terjadinya vitrifikasi adalah 800-1300oC tergantung dari kandungan

besi dan kapur pada lempung yang menjadi bahan baku.

Kualitas bata merah dilihat dari berbagai parameter, diantaranya kuat tekan. SII

No.0021-78 menyatakan standar pengujian dan nilai kuat tekan bata merah pejal

yang digunakan sebagai bahan bangunan yang diperlihatkan pada Tabel. II.5

Tabel II.5. Nilai kuat tekan bata merah pejal

Kuat tekan rata-rata dari 30 buah bata yang diuji Kelas

Kg/Cm2 N/Cm2

Koefisien variasi yang diijinkan dari rata-rata kuat

tekan bata yang diuji 25 25 2.5 25 50 50 5 22 100 100 10 22 150 150 15 15 200 200 20 15 250 250 25 15

II.9 Penelitian Terdahulu

Hardayani 1996 melakukan Pemanfaatan Limbah Elektroplating sebagai

Batubata dengan campuran tanah lempung Sapan dan Kopo dengan variasi

penambahan limbah 10-50%. Model bata bentuk silinder dengan proporsi

pencampuran limbah 10%, kadar air 1,5 kadar air optimum dan dibakar di suhu

600oC adalah kondisi yang memberikan nilai kuat tekan maksimum. Proporsi bata

merah yang dibuat berdasarkan prosedur umum yang dilakukan di pabrik

pembuatan bata merah di daerah Kopo menunjukkan bahwa campuran limbah

20% memberikan nilai kuat tekan tertinggi yang memenuhi persyaratan nilai kuat

tekan bata kelas 25.

Safitri 2002 melakukan penelitian tentang Kinetika Sorpsi Tembaga dalam Proses

Solidifikasi Limbah Tailing dengan adsorben semen pada variasi pH larutan 3-5,

menyatakan bahwa penyisihan tertinggi tembaga artifisial dengan konsentrasi 10

ppm terjadi pada kondisi pH 4 dengan persamaan Barrow-Shaw S = 92,3 C-0,036

31

t0,003, dimana proses sorpsi akan semakin meningkat dengan peningkatan pH.

Untuk tembaga yang berasal dari limbah tailing persamaan penyisihan tertinggi

terjadi pada pH 3 dengan persamaan Barrow-Shaw S= 46,67 C-0,035 t0,0036 dimana

proses sorpsi akan menurun seiring dengan kenaikan pH.

Koraia 2003 melakukan Studi Kinetika Sorpsi Tembaga dalam Proses

Solidifikasi Tailing menggunakan semen sebagai adsorben dan pelarut aquades,

air laut, asam asetat. Percobaan menggunakan limbah tailing menunjukkan bahwa

proses adsorpsi-desorpsi terjadi pada rentang pH 3-8 dengan aquades

menunjukkan kemampuan adsorpsi yang lebih baik dibandingkan air laut dan

asam asetat. Kinetika sorpsi proses dihitung dengan persamaan orde-1. Penyisihan

optimum logam tembaga artifisial dengan konsentrasi 10-70 ppm menggunakan

pelarut aquades dapat dicapai pada waktu 2,5 menit.

Satyaputra 2006 melakukan penelitian tentang Pengolahan Limbah Cair

Tembaga dengan Memanfaatkan Adsorben Zeolit Alam Terimpregnasi dimana

kapasitas adsorpsi zeolit kontrol untuk limbah tembaga mengalami peningkatan

sekitar 161 kali setelah mengalami proses impregnasi. Mekanisme adsorpsi yang

terjadi merupakan adsorpsi fisik dengan pola yang favorable. Proses adsorpsi

dilakukan terhadap logam tembaga artifisial dengan konsentrasi 50, 100, 150 ppm

sebanyak 100 ml, berat adsorben 10 gram, waktu kontak 60 menit, menggunakan

alat jar test dengan kecepatan pengadukan 100 rpm, penentuan konsentrasi logam

tembaga dilakukan secara spektrofotometri pada panjang gelombang 750 nm.

Anatasia, 2007 melakukan penelitian tentang Studi Karakteristik Fisik dan Kimia

Lumpur Sidoardjo dan Kemungkinan Pemanfaatannya sebagai Bahan Bangunan,

hasil penelitian menunjukan bahwa padatan lumpur Sidoardjo dapat dijadikan

pengganti pasir dalam pembuatan batako, campuran bahan adonan dengan

kandungan lumpur 30% menghasilkan nilai kuat tekan 56,2 kg/cm2 memenuhi

persyaratan batako kelas rendah.