i

KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM

MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL

UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN

BAKTERI PATOGEN

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister

Program Studi Ilmu Lingkungan

Oleh

FATHONI FIRMANSYAH

NIM A131302003

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

ii

KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM

MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL

UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN

BAKTERI PATOGEN

TESIS

Oleh:

Fathoni Firmansyah

A131302003

Komisi

Pembimbing Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I

Dr. Pranoto, M.Sc

………………….

…. ....................2015

NIP. 196811241994031001

Pembimbing II Inayati, S.T.,M.T,Ph.D …………………. …. ................... 2015

NIP. 195406051991031002

Telah dinyatakan memenuhi syarat

Pada tanggal ...................... 2015

Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan

Program Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si

NIP. 19591205 198503 2 001

iii

KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR MINUM

MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL

UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN

BAKTERI PATOGEN

TESIS

Oleh:

Fathoni Firmansyah

A131302003

Telah dipertahankan di depan penguji

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

pada tanggal

Tim Penguji :

Jabatan Nama Tanda Tangan

Kepala Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si ………………..

NIP. 195912051985032001

Sekretaris Dr. Sunarto, M.S

………………..

NIP. 195406051991031002

Anggota Penguji Dr. Pranoto, M.Sc ………………...

NIP. 196811241994031001

Anggota Penguji Inayati, S.T.,M.T,Ph.D ………………...

NIP. 195406051991031002

Mengetahui,

Direktur Program Pascasarjana

Kepala Program Studi Ilmu Lingkungan

Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd.

Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si

NIP. 196007271987021001

NIP. 195912051985032001

iv

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:

Tesis yang berjudul: “KAJIAN EFEKTIVITAS PENGOLAHAN AIR

MINUM MENGGUNAKAN CAMPURAN LEMPUNG DAN ANDISOL

UNTUK MENJERAP LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DAN BAKTERI

PATOGEN” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta

tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk

memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai

acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka.

Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka

saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan

(Permendiknas No. 17 tahun 2001).

Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain

harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs-UNS

sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester

(enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian

atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS berhak

mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu

Lingkungan. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini,

maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, 2015

Fathoni Firmansyah

v

ABSTRAK

Fathoni Firmansyah. A131302003. 2015. Kajian Efektivitas Pengolahan Air

Minum Menggunakan Campuran Lempung Dan Andisol Untuk Menjerap Logam

Berat Kadmium (Cd) Dan Bakteri Patogen. Pembimbing I Dr. Pranoto, M.Sc.,

Pembimbing II Inayati, S.T.,M.T,Ph.D. Program Studi Ilmu Lingkungan,

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi semua mahluk

hidup. Keberadaan polutan logam berat salah satunya kadmium (Cd) di dalam

badan air merupakan masalah lingkungan yang memberi dampak negatif terhadap

kualitas sumber air. Adsorpsi merupakan salah satu cara atau metode yang sering

digunakan untuk pengolahan air limbah menjadi air bersih. Lempung dan andisol

digunakan sebagai penjerap (adsorben) ion logam kadmium (Cd) dengan metode

batch. Teknologi penjernih air menggunakan filter keramik digunakan untuk

mengurangi kandungan logam kadmium (Cd) dan bakteri patogen dalam air.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi lempung dan

andisol, suhu aktivasi dan waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi logam

kadmium (Cd) dalam larutan model, kondisi optimum adsorpsi dan efektivitas

pengolahan air minum sesuai Permenkes menggunakan adsorben campuran

lempung dan andisol dalam menjerap logam kadmium (Cd) dan bakteri patogen.

Identifikasi dan karakterisasi adsorben dilakukan dengan uji NaF,

Spektroskopi infra merah (FTIR), difraksi sinar-x (XRD), luas permukaan spesifik

dan keasaman total spesifik. Konsentrasi logam kadmium (Cd) dianalisis dengan

spektroskopi serapan atom. Isoterm adsorpsi ditentukan dengan persamaan

Freundlich dan Langmuir. Teknologi penjernih air dimodifikasi menggunakan

filter keramik yang dibuat dengan komposisi campuran lempung dan andisol.

Hasil penelitian menunjukkan sampel lempung dan andisol mengandung

mineral-mineral alofan. Kondisi optimum adsorpsi dicapai pada suhu aktivasi

200oC, waktu kontak 60 menit dan komposisi adsorben 60:40% lempung

berbanding andisol. Isoterm Freundlich mewakili adsorpsi kadmium (Cd) pada

adsorben lempung dan andisol dengan koefisien determinasi (R2) (0,98) dan

konstanta (k) (1,59), lebih tinggi dibandingkan Langmuir. Hasil pengukuran

menunjukkan teknologi penjernih air menggunakan filter keramik efektif

menurunkan kandungan logam kadmium (Cd) yaitu sebesar 99% dan bakteri

patogen dalam air yaitu sebesar 100%.

Kata kunci : Kadmium, Adsorpsi, Lempung, Andisol, Teknologi Penjernih Air

Filter Keramik.

vi

ABSTRACT

Fathoni Firmansyah. A131302003. 2015. A Study on the Effectiveness of

Drinking Water Processing Using Clay and Andisol Mixture to Adsorb Cadmium

(Cd) Heavy Metal and Pathogenic Bacteria. First Counselor: Dr. Pranoto, M.Sc.

Second Counselor Inayati, S.T., M.T. Ph.D. Ecological Study Program, Surakarta

Sebelas Maret University.

Water is a natural resource very important to all of living organism. The

existence of heavy metal pollutants, one of which is Cadmium (Cd) in water body

is an environmental problem exerting negative effect on the quality of water

source. Adsorption is a way or method frequently used to process liquid waste

into clean water. Clay and andisol is used as adsorbent of cadmium (Cd) metallic

ion with batch method. Water purifying technology using ceramic filter was used

to reduce Cadmium (Cd) metal content and pathogenic bacteria in the water. This

research aimed to find out the effect of clay and andisol composition, activation

temperature and contact time on cadmium (Cd) metal adsorption in model

solution, adsorption optimum condition and effectiveness of drinking water

processing according to Permenkes using adsorbent made of clay and andisol

mixture in adsorbing Cadmium (Cd) metal and pathogenic bacteria.

Identification and characterization of adsorbent was conducted with NaF

test, infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), specific surface

width and total specific acidity. Cadmium (Cd) metal concentration was analyzed

with atomic adsorption spectroscopy. Adsorption isotherm was determined using

Freundlich and Langmuir. Water purifying technology was modified using

ceramic filter made of clay and andisol mixture composition.

The result of research showed that clay and andisol sample contained

allophane mineral. The optimum condition of adsorption was achieved at

activation temperature of 200oC, contact time of 60 minuets and adsorbent

composition of 60:40% (clay : andisol). Freundlich isotherm represented

Cadmium (Cd) adsorption in clay and andisol adsorbent with coefficient of

determination (R2) (0.98) and constant (k) (1.59) higher than Langmuir. The result

of measurement showed that water purifying technology using ceramic filter

effectively lowered cadmium (Cd) metal content of 99% and pathogenic bacteria

of 100% in water.

Keywords: Cadmium, Adsorption, Clay, Andisol, Water Purifying Technology,

Ceramic Filter.

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa dipanjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan penyusunan tesis dengan judul “Kajian Efektivitas Pengolahan Air

Minum Menggunakan Campuran Lempung dan Andisol Untuk Menjerap Logam

Berat Kadmium (Cd) dan Bakteri Patogen”.

Tesis ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mencapai

derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Program Pascasarjana

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Ucapan terima kasih Penulis sampaikan kepada Dr. Pranoto, M.Sc. selaku

pembimbing utama dan Inayati, M.T., Ph.D, selaku pembimbing anggota yang

telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran di sela-sela kesibukannya untuk

membimbing dan mengarahkan Penulis mulai dari penyusunan proposal,

penelitian, ujian, dan penyusunan Tesis.

Tidak lupa pada kesempatan ini Penulis juga menyampaikan terima kasih

kepada:

1. Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd., selaku Direktur Program

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang memberikan ijin penelitian

tesis.

2. Prof. Dr. Ir. MTh. Sri Budiastuti, M.Si, selaku Kepala Program Studi Ilmu

Lingkungan UNS yang sudah memberikan ijin penelitian tesis.

3. Dr. Sunarto, M.S., selaku Sekretaris Penguji yang telah memberikan koreksi

demi

kesempurnaan penyusunan tesis ini.

4. Seluruh dosen dan staf di Program Studi Ilmu Lingkungan yang sudah

membantu dalam menyeleseikan tesis ini.

5. Orang tua, mertua, istri, kakak dan adik-adik yang selalu memberikan doa,

nasihat, kasih sayang, dan dukungan baik moril maupun materiil yang tidak

ternilai harganya sehingga Penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini.

viii

6. Kepala dan staf Laboratorium Pusat, Sub Laboratorium Kimia dan Biologi

Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah mengijinkan dan membantu

Penulis untuk melakukan penelitian di laboratorium.

7. Teman-teman Ilmu Lingkungan 2013 yang selalu memberikan motivasi.

Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh

karena itu dengan kerendahan hati Penulis menerima masukan berupa saran dan

kritik membangun dari para pembaca. Besar harapan Penulis, semoga Tesis ini

bermanfaat bagi semua dan pihak-pihak terkait.

Surakarta, 2015

Penyusun

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI TESIS ......................... iv

ABSTRAK ......................................................................................................... v

ABSTRACT ....................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ........................................................... 1

B. Rumusan Masalah .................................................................... 4

C. Tujuan Penelitian ...................................................................... 5

D. Manfaat Penelitian ................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 6

A. Tinjauan Pustaka ...................................................................... 6

1. Air ........................................................................................ 6

2. Lempung .............................................................................. 7

3. Andisol ................................................................................ 9

4. Logam Berat Kadmium (Cd) ................................................ 10

5. Adsorpsi ............................................................................... 13

6. Bakteri Patogen dan Indikator Air Minum .......................... 16

7. Teknologi Penjernihan Air ................................................... 19

B. Kerangka Berpikir .................................................................... 22

C. Hipotesis ................................................................................... 23

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................ 24

A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................. 24

x

B. Metode Penelitian ..................................................................... 24

C. Alat dan Bahan ......................................................................... 24

D. Prosedur Penelitian.................................................................... 25

E. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis Data ......................... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 34

A. Karakteristik Adsorben ............................................................ 34

B. Uji Kinerja Adsorben terhadap Ion Logam Kadmium (Cd) .... 39

C. Penentuan Isoterm Adsorpsi .................................................... 44

D. Teknologi Penjernih Air ........................................................... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 51

A. Kesimpulan .......................................................................... 51

B. Saran .................................................................................... 51

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 52

LAMPIRAN ....................................................................................................... 58

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Data hasil analisis gugus fungsi lempung dan andisol .......................... 36

Tabel 2. Hasil Analisis XRD tanah Lempung dan Andisol ............................... 37

Tabel 3. Data penentuan luas permukaan .......................................................... 38

Tabel 4. Data penentuan keasaman .................................................................... 39

Tabel 5. Persamaan Regresi Linear Jerapan Ion Logam Kadmium (Cd)

Larutan Model ....................................................................................... 46

Tabel 6. Data hasil pemeriksaan awal air sumur ................................................ 48

Tabel 7. Data hasil pemeriksaan air sumur melalui teknologi penjernih air ..... 49

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Ilustrasi Adsorbsi dengan persamaan Langmuir .............................. 15

Gambar 2. Membran spiral wound atau Lilit-spiral .......................................... 21

Gambar 3. Kerangka Berpikir ............................................................................ 22

Gambar 4. Spektra FT-IR alofan ...................................................................... 35

Gambar 5. Spektra FT-IR Lempung ................................................................. 35

Gambar 6. Difraktogram XRD lempung dan tanah andisol .............................. 37

Gambar 7. Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Variasi Suhu

Aktivasi dan Waktu Kontak terhadap Komposisi Adsorpsi............. 43

Gambar 8. Perbandingan kapasitas adsorpsi adsorben terbaik dengan

komposisi lempung:andisol ............................................................. 44

Gambar 9. Perbandingan Kapasitas Adsorpsi Berbagai Komposisi

Adsorben dan Waktu Kontak terhadap Suhu Aktivasi..................... 45

Gambar 10.Perbandingan kapasitas adsorpsi variasi komposisi

lempung:tanah andisol dan suhu kalsinasi terhadap variasi waktu

kontak. .............................................................................................. 46

Gambar 11. Kurva Isoterm Langmuir Ion Logam Kadmium (Cd) ..................... 48

Gambar 12. Kurva Isoterm Freundlich Ion Logam Kadmium (Cd) ................... 49

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Data pengambilan sampel tanah andisol ........................................ 59

Lampiran 2. Hasil analisis gugus fungsi tanah andisol dengan FT-IR .............. 60

Lampiran 3. Hasil analisis gugus fungsi tanah andisol dengan FT-IR ............. 61

Lampiran 4. Hasil analisis gugus fungsi lempung dan tanah andisol sebelum adsorpsi

dengan FTIR ................................................................................. 62

Lanpiran 5. Hasil analisis gugus fungsi lempung dan tanah andisol sesudah

adsorpsi dengan FTIR .................................................................... 63

Lampiran 6. Spektra FT-IR Alofan Standar (Devnita, 2005) ............................. 64

Lampiran 7. Kurva standar ion logam Kadmium (Cd) ...................................... 64

Lampiran 8. Data JCPDS (Joint Committee On Difraction Standarts) .............. 65

Lampiran 9. Tabel Jarak d Mineral-mineral Lempung (Radiasi Cu Kα) (Tan,

1982) ............................................................................................. 67

Lampiran 10.Data konsentrasi sisa hasil analisis adsorpsi ion logam

Kadmium (Cd) oleh adsorben dengan AAS pada larutan model ... 68

Lampiran 11.Data perhitungan kapasitas adsorpsi dan % Kadmium (Cd)

teradsorp ........................................................................................ 72

Lampiran 12. Hasil analisis luas permukaan lempung dengan SAA ................. 75

Lampiran 13. Hasil analisis luas permukaan tanah andisol dengan SAA .......... 76

Lampiran 14. Perhitungan penentuan keasaman ................................................ 86

Lampiran 15. Data isoterm adsorpsi ion logam Kadmium (Cd) ........................ 87

Lampiran 16. Hasil Laboratorium air sumur sebelum dan sesudah melalui

teknologi penjernih air ...................................................................... 88

Lampiran 17. Gambar alat teknologi penjernih air .............................................. 90

Lampiran 18. Biodata .......................................................................................... 91