BAB IPEDAHULUAN1.1Latar Belakang Masalah Batubara merupakan salah satu suumber energi alternatif selain minyak bumi dan gas. Batubara dipilih karean harganya yang realtif murah jika dibandingkan dengan minyak bumi. Indonesia memiliki sumber batubara yang melimpah dan penggunaannya terus meningkat pesat setiap tahunnya. Disamping potensinya sebagai sumber energi alternatif, pengunaan batubara juga menghasilkan limbah padat dan gas yang dapat mencemari lingkungan. Limbah padat batubara adalah abu, yang terdiri dari abu layang(fly ash) dan abu dasar(bottom ash). Sedangkan limbah gasnya berupa COx, NOx dan NOx. Produksi abu terbang batubara (fly ash) di dunia pada tahun 2000 diperkirakan berjumlah 349 milyar ton(Wang, 2006). Penyumbang produksi abu terbang batubara terbesar adalah sektor pembangkit listrik. Produksi abu terbang dari pembangkit listrik di Indonesia terus meningkat, pada tahun 2000 jumlahnya mencapai 1,66 milyar ton dan diperkirakan mencapai 2 milyar ton pada tahun 2006(Indonesia Power, 2002).Abu terbang batubara umumnya dibuang ke suatu area bernama ash valley dan dibiarkan menumpuk begitu saja. Penumpukan abu batubara ini tentu saja menimbulkan masalah bagi lingkungan. Oleh karena itu, masalah abu layang batubara ini harus segera diselesaikan agar tidak terjadi penumpukan dalam jumlah yang lebih besar lagi.Salah satu alternatif untuk mengurangi penumpukan abu batubara tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi zeolit. Salah satu fungsi dari zeolit ini adalah sebagai adsorben. Konversi abu terbang batubara menjadi zeolit merupakan salah satu pemanfaatan efektif dari abu terbang batubara.Sementara itu, air lindi didefinisikan sebagai cairan yang timbul dari hasil dekomposisi biologis sampah yang telah membusuk yang mengalami pelarutan akibat masuknya air eksternal ke dalam urugan atau timbunan sampah. Air lindi disebabkan oleh terjadinya presipitasi cairan ke TPA, baik dari resapan air hujan maupun kandungan air pada sampah itu sendiri. Lindi bersifat toksik karena adanya zat pengotor dalam timbunan yang mungkin berasal dari buangan limbah industri, debu, lumpur hasil pengolahan limbah, limbah rumah tangga yang berbahaya, atau dari dekomposisi yang normal terjadi pada sampah (Tchobanoglous et al., 1993). Cairan lindi adalah cairan yang mengandung zat terlarut dan tersuspensi yang sangat halus sebagai hasil penguraian oleh mikroba, biasanya terdiri atas kalsium (Ca), magnesium (Mg), natrium (Na), kalium (K), besi (Fe), khlorida (Cl), sulfat (SO4), seng (Zn),nikel (Ni), karbon dioksida (CO2), air (H2O), air nitrogen (N2), amoniak (NH3), asam sulfida (H2S), asam organik dan gas hidrogen (H2) (Soemirat, 1999). Beberapa orang telah melakukan penelitian tentang pemanfaatan abu terbang batubara sebagai adsorben dalam penyisihan limbah cair. Diantaranya dilakukan Chien Jung Lin et al, dimana abu terbang sebagai adsorben diteliti dalam penyisihan logam dari air buangan (Gatima, 2005) dan penelitian Vijender, dkk dari New Delhi, dimana efisiensi penggunaan abu terbang dari industri Thermal Power Plant sebagai adsorben dalam menyisihkan COD mencapai 87.89% untuk sumber limbah domestik. Pada penelitian ini, dilakukan transformasi abu terbang batubara menjadi zeolit sebagai alternatif pemanfaatan abu terbang yang memiliki kandungan Si dan Al yang menjadi struktur dasar dari zeolit. Dengan penelitian ini, diharapkan zeolit dari abu terbang batubara ini mampu mengadsorp logam logam berat dalam air lindi.1.2 Rumusan MasalahRumusan masalah dalam penlitian ini adalah : 1. Bagaimana preparasi zeolit dari abu terbang batubara ?2. Bagaimana karakteristik zeolit dari abu terbang batubara dengan hydrothermal alkali treatment ? 3. Bagaimana pengaruh adsorpsi oleh zeolit terhadap kadar Pb dan Fe pada air lindi di TPA cilowong ?1.3Tujuan Penelitian Tujuan dari peneltian ini adalah sebagai berikut :1. Mengetahui bagaimana preparasi zeolit dari abu terbang batubara.2. Mengetahui bagaimana karakteristik zeolit dari abu terbang batubara dengan hydrothermal alkali treatment.3. Mengetahui bagaimana pengaruh adsorpsi oleh zeolit terhadap kadar Pb dan Fe pada air lindi di TPA Cilowong.1.4Manfaat penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi :1. MahasiswaMenambah data penelitian tentang pemanfaatan limbah abu terbang batubara sebagai bahan acuan pembuatan zeolit sebagai adsorben dan bahan referensi untuk penelitian selanjutnya.2. Masyarakat sekitar TPA Dengan penelitian, diharapkan dapat menguragi kandungan logam berat seperti Fe dan Pb pada air lindi yang ada di TPA cilowong. Dengan demikian lindi yang mengalir ke areal pertanian warga tidak mengandung pencemar logam berat3. Masyarakat sekitar PLTU Suralaya Pemanfaatan abu terbang ini diharapkan mengurangi masalah pencemaran abu terbang yang dapat mencemari kualitas udara di sekitar area PLTU Suralaya.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Abu Terbang Batubara Pada pembakaran batubara dalam PLTU, terdapat limbah padat yaitu abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash). Partikel abu yang terbawa gas buang disebut fly ash, sedangkan abu yang tertinggal dan dikeluarkan dari bawah tungku disebut bottom ash. Di Indonesia, produksi limbah abu dasar dan fly ash dari tahun ke tahun meningkat sebanding dengan konsumsi penggunaan batubara sebagai bahan baku pada industri PLTU. Pembakaran batubara menghasilkan emisi limbah yang lebih banyak dibandingkan bahan bakar minyak dan gas. Selain itu, pembakaran batubara juga menghasilkan gas-gas oksida belerang (SOx), oksida nitrogen (NOx), gas hidrokarbon, karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2) (Harijono, 2006). Komponen utama dari fly ash batubara adalah silika (SiO2), alumina (Al2O3), dan besi oksida (Fe2O3). Sisanya adalah karbon, kalsium, dan magnesium. Rumus empiris abu terbang (fly ash) batubara adalah Si1.0 Al0.45 Ca0.51 Na0.047 Fe0.039 Mg0.020 K 0.013Ti 0.011. Fly ash batubara juga memiliki komponen fasa amorf seperti silika (SiO2), alumina (Al2O3) dan komponen fasa kristalin seperti -quart (SiO2) dan mullit (2SiO2.3AlO3), hematite (-Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4) (Tanaka, 2002).Selama ini, berbagai pemanfaatan dari fly ash dengan mengetahui unsur dan mineralnya adalah sebagai bahan mentah (raw material) untuk produksi semen dan bahan konstruksi. Bentuk pemanfaatan dari limbah fly ash adalah dengan mengubahnya menjadi adsorben. Sebagai adsorben, fly ash memiliki keuntungan yaitu harganya yang ekonomis dan baik digunakan dalam pengelolaan limbah gas ataupun cair, serta mampu menyerap logam-logam berat yang terkandung dalam limbah. Untuk mengolah kembali fly ash sebagai bahan baru yang memiliki nilai manfaat, maka dilakukan proses aktivasi fisis dan aktivasi kimia. Aktivasi fisis dilakukan dengan proses pembakaran pada suhu tinggi, sedangkan aktivasi kimia dilakukan dengan pencampuran antara fly ash dengan larutan asam ataupun basa (Lasryza dan Sawitri, 2012).2.2 Adsorpsi Adsorpsi adalah proses yang terjadi pada permukaan suatu zat padat yang berkontak dengan suatu larutan dimana terjadi akumulasi molekul-molekul larutan pada permukaan zat padat tersebut. Makin rendah kelarutan suatu zat organik di dalam air, makin mudah diadsorpsi dari larutannya. Hal yang sama, makin kurang polar suatu senyawa organik makin baik teradsorpsi dari larutan yang bersifat polar ke permukaan yang non polar (Kasam, et al, 2005).2.2.1 Mekanisme Adsorpsi Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia-fisika antara substansi dengan penyerapanya. Proses perlekatan dapat saja terjadi antara cairan dan gas, padatan, atau cairan lain (Kasam, et al, 2005 ). Adsorpsi fisik terjadi karena adanya ikatan Van der waals, dan bila ikatan tarik antar molekul zat terlarut dengan zat penyerapnya lebih besar dari ikatan antara molekul zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan dapat diadsorpsi. Sedangkan adsorpsi kimia merupakan hasil dari reaksi kimia antara molekul adsorbat dan adsorban dimana terjadi pertukaran elektron (Kasam, et al, 2005). Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat kimia dan fisika (Reynolds, 1996). Adsorpsi dibagi menjadi 2 yaitu: 1. Adsorpsi fisik Adsorpsi fisik terjadi karena adanya gaya tarik antar molekul zat terlarut dengan adsorben lebih yang besar dari pada gaya tarik antara molekul dengan pelarutnya (gaya van der walls), maka zat terlarut tersebut akan diadsorpsi. Adsorpsi fisik ini mirip dengan proses kondensasi dan biasanya terjadi pada temperatur rendah (Afrianita, 2012). 2. Adsorpsi kimia Adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan yang sangat kuat antara adsorbat dan adsorben sehingga sulit untuk dilepaskan dan prosesnya hampir tidak mungkin terjadi bolak balik.. Adsorpsi sebagai proses molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat kimia dan fisika (Reynold, 1996). Adapun mekanisme proses adsorpsi menurut Reynold (1996), mempunyai empat tahapan antara lain: a) Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben. b) Difusi adsorbat melalui lapisan film (film diffusin process).c) Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorben (pore diffusion).d) Adsorpsi adsorbat pada dinding kapiler atau permukaan adsorben (proses adsorpsi sebenarnya). Adsorpsi terhadap air buangan mempunyai tahapan proses seperti berikut (Benefield, 1982): 1) Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben.2) Difusi adsorbat melalui lapisan film (film diffusion).3) Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorban (proses pore diffusion).4) Adsorpsi adsorbat pada permukaan adsorben

2.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorpsi adalah agitasi, karakteristik karbon aktif, ukuran molekul adsorbat, pH larutan, temperatur dan waktu kontak (Benefield, 1982). 1. Agitasi Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan terbatas. 2. Karakteristik Karbon Aktif Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik terpenting dari karbon aktif sebagai adsorban. Ukuran partikel karbon mempengaruhi tingkat adsorpsi yang terjadi; tingkat adsorpsi meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel. Tingkat adsorpsi untuk karbon aktif powder lebih cepat dari pada granular. Total kapasitas adsorpsi tergantung pada total luas permukaan dimana ukuran partikel karbon tidak berpengaruh besar pada total luas permukaan karbon. 3. Ukuran Molekul Adsorbat Ukuran molekul merupakan bagian yang penting dalam adsorpsi karena molekul harus memasuki micropore dari partikel karbon untuk diadsorpsi. Tingkat adsorpsi biasanya meningkat seiring dengan semakin besarnya ukuran molekul dari adsorbat.Kebanyakan limbah terdiri dari bahan-bahan campuran sehingga ukuran molekulnya berbeda-beda. Pada situasi ini akan memperburuk penyaringan molekul karena molekul yang lebih besar akan menutup pori sehingga mencegah jalan masuknya molekul yang lebih kecil. 4. pH pH mempunyai pengaruh yang sangat besar pada proses adsorpsi, karena pH menentukan tingkat ionisasi larutan. Asam organik dapat diadsorpsi dengan mudah pada pH rendah, sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi. Pada umumnya, adsorpsi bahan organik dari air limbah meningkat seiring dengan menurunnya pH. Pada pH rendah, jumlah ion H+ lebih besar dimana ion H+ tersebut akan menetralisasi permukaan karbon aktif yang bermuatan negatif, sehingga dapat mengurangi halangan untuk terjadinya difusi organik pada pH yang lebih tinggi. Sebaliknya, pada pH tinggi, jumlah ion OH- berlimpah, sehingga menyebabkan proses difusi bahan-bahan organik menjadi terhalang. pH optimum untuk proses adsorpsi harus didapat dari tes laboratorium. 5. Suhu Tingkat adsorpsi akan meningkat dengan meningkatnya suhu dan akan menurun dengan menurunnya suhu. Tapi jika reaksi-reaksi adsorpsi yang terjadi adalah eksoterm, maka dari itu tingkat adsorpsi umumnya meningkat sejalan dengan menurunya suhu. 6. Waktu Kontak Waktu kontak merupakan hal yang sangat menentukan dalam proses adsorpsi. Gaya adsorpsi molekul dari suatu zat terlarut akan meningkat apabila waktu kontaknya dengan karbon aktif makin lama. Waktu kontak yang lama memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul zat terlarut yang teradsorpsi berlangsung lebih baik.

2.3 Air Lindi2.3.1 PengertianAir lindi adalah cairan dari sampah yang mengandung unsur unsur terlarut dan tersuspensi. Menurut Dena yang dikutip dari (Damanhuri, 1992), air lindi merupakan cairan yang keluar dari tumpukan sampah dan air lindi kaya akan kandungan bahan organik, anorganik dan mikroorganisme selain itu air lindi juga mengandung logam berat cukup tinggi (US-EPA, 1988), dan ini salah satu bentuk pencemaran lingkungan yang dihasilkan oleh timbunan sampah. sehingga apabila air lindi tersebut tidak diolah dan langsung dibuang kedalam tanah dapat mencemari tanah dan air tanah. Menurut Agus Hermawan yang dikutip dari (Departemen of Environmental Engineering). Pencemaran lingkungan oleh air lindi yang dihasilkan dari lahan urug sampah kota merupakan salah satu masalah yang timbul dalam aplikasi pengurugan sampah. Lahan urug umumnya berada didaerah pertanian dekat persawahan sehingga air lindi dapat mengalir ke areal ini (Munawar, 2011). Pengaruh air lindi terhadap air tanah menghasilkan air yang berwarna coklat dan air tanah ini mengandung logam berat yang sangat tinggi. Meskipun secara umum air lindi mengandung hampir semua unsur hara tanaman, namun air lindi mengandung logam berat yang cukup tinggi salah satunya tembaga (Cu), dan besi (Fe) sehingga dapat menjadi racun bagi tanaman dan air tanah. Sampah yang tertimbun di lokasi TPA (Tempat Pembuangan Akhir) mengandung zat organik, jika hujan turun akan menghasilkan air lindi dengan kandungan mineral dan zat organik tinggi, bila kondisi aliran air lindi dibiarkan mengalir ke permukaan tanah dapat menimbulkan efek negatif bagi lingkungan sekitarnya termasuk bagi manusia. selama ini penanganan air air lindi dari sampah domestik adalah dengan cara ditampung dan diolah di sistem pengolahan. Hal ini biasanya dilakukan di tempat pembuangan akhir sampah yang yang ada fasilitas pengumpul air air lindi serta instalasi pengolahan air lindi, tetapi kenyataan di lapangan menunjukkan bahwa sistem dengan fasilitas ini sangat jarang dijumpai, baik di kota besar maupun daerah. Sehingga pengolahan air lindi yang dijumpai di lokasi tempat pembuangan akhir sampah, kebanyakan hanya ditampung dan langsung dibuang ke lingkungan, termasuk sebagian terinfiltrasi ke dalam tanah sehingga dapat mencemari tanah (Munawar, 2011). Air lindi yang berada di permukaan tanah dapat menimbulkan polusi pada air tanah dan air permukaan, hal ini dikemukakan oleh Ehrig (1993), sebagai berikut :1. Air permukaan yang terpolusi oleh air lindi dengan kandungan zat organik tinggi, pada proses penguraian secara biologis akan menghabiskan kandungan oksigen dalam air dan akhirnya seluruh kehidupan dalam air yang tergantung oleh keberadaan oksigen terlarut akan mati.2. Air tanah yang terpolusi oleh air lindi dengan konsentrasi tinggi, polutan tersebut akan berada dan tetap ada pada air tanah tersebut dalam jangka waktu yang lama, karena terbatasnya oksigen terlarut sehingga sumber air yang berasal dari air tanah tidak sesuai lagi untuk air bersih.2.3.1 Parameter Air LindiParameter yang dianalisa pada contoh Air Lindi sebagian besar adalah sebagai berikut:1. Parameter fisika a. Suhu b. TSS (Total Suspended Solid ) 2. Parameter Kimia a. pH b. DO (Dissolved oxygen) c. BOD5 (Biochemical Oxygen Demand ) d. COD (Chemical Oxygen Demand ) e. Amonia total f. Nitrat g. Sulfat h. Besi 3. Parameter mikrobiologi a. Bakteri coliformb. Fecal coliformc. Fecal streptococcusd. Pada penelitian ini parameter yang menjadi fokus utama adalah parameter kimia, dengan analisa kadar Fe sebagai parameter yang diamati.2.4 Tempat Pembuangan Sampah Akhir CilowongTempat Pembuangan Sampah Akhir (TPSA) Cilowong berlokasi di Kp. Cikoak dan Kp. Pasir Gadung, Desa Cilowong, Kecamatan Taktakan. TPSA ini dibangun pada tahun 1993 hingga 1994 dan mulai beroperasi pada 5 April 1995. Luas lahan dari TPSA tersebut pada awal tahun 1995 yakni mencapai 5,5 hektar. Namun setelah dilakukannya penambahan lahan hingga 2011 total luas lahan yang ada telah berkembang hingga mencapai 13,2 hektar. Status tanah tersebut adalah milik Pemerintah Kota Serang. Jarak dari kota Serang menuju TPSA Cilowong mencapai 12 km. Kondisi lahan di TPSA Cilowong terjal dan berbukit dengan daya tampung TPSA sebesar 6 juta m3. Berdasarkan data yang diperoleh, jumlah sampah yang tertampung sampai dengan tahun 2010 mencapai 1.057.432 m3. Sedangkan pada tahun 2011 sampah yang tertampung mencapai 1.384.115 m3. Sampah dikumpulkan diangkut dan dibuang ke TPSA Cilowong secara terbuka (open dumping). Pengelolaan TPSA Cilowong dengan sistem open dumping pada daerah berbukit menyebabkan banyak permasalahan, diantaranya yaitu rawan terjadinya longsor diakibatkan turunnya timbulan sampah, kemudian rawan terjadinya kebakaran karena gas metana yang dihasilkan dari sampah. Pencemaran air lindi ke air permukaan dan air tanah juga cukup mengkhawatirkan karena selain menyebabkan timbulnya bau busuk yang menyengat juga dapat menyebabkan timbulnya berbagai sumber penyakit yang diakibatkan pencemaran air leachate ke saluran pembuangan terutama pada saat musim hujan, sehingga penataan TPSA Cilowong dengan bantuan APBN dari pemerintah secara bertahap dari tahun 2010 sampai tahun 2012 sesuai amanat UU No. 18 telah beralih penanganan dari sistem Open Dumping (terbuka) menjadi sistem Control Landfill (tertutup).

2.4 Logam berat1. BesiBesi adalah salah satu elemen kimiawi yang dapat ditemui pada hampir setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada umumnya, besi yang ada di dalam air dapat bersifat: (1) terlarut sebagai Fe2+ (ferro) atau Fe3+ (ferri); (2) tersuspensi sebagai butiran koloidal (diameter 1,0 mg/l dianggap membahayakan kehidupan organisme akuatik (Moore, 1991). Sedangkan bagi perairan yang diperuntukkan bagi keperluan pertanian sebaiknya memiliki kadar besi yang tidak lebih dari 20 mg/liter (McNeely et al, 1979 in Effendi, 2003).

BAB IIIMETODE PENELITIAN3.1 Lokasi PenelitianLokasi penelitian dilaksanakan di laboratorium PT. Indonesia Power UJP Banten 1 Suralaya dan laboratorium Sucofindo3.2 Alat dan bahan yang digunakan 3.2.1 Alat 1) 14

2) Beaker Glass3) Magnetic Stirer + heater 4) Kertas Saring5) Neraca Analitic 6) Muffle furnace7) pH meter8) XRD 9) FTIR 10) Botol semprot 11) Spektrofotometer UV-Vis12) AAS13) Gelas ukur14) Pipet tetes15) Oven

3.2.2 Bahan 1) Fly Ash PLTU Suralaya 2) NaOH padat3) HCl4) Air Destilate

Perlakuan AwalProses RefluxProses Aktifasi karbonProses Hidrotermal3.3 Cara Kerja

Prosedur AnalisaPercobaan Adsorbsi

1. Perlakuan Awal a. Proses Reflux

B. Proses Aktivasi Karbon

NaOH ( yang telah dihaluskan Abu terbang (hasil pemanasan)

Campurkan dengan variasi rasio antara Abu terbang dan NaoH yaitu : 1:1, 1:1.2, 1:1.5

Masukkan ke dalam Furnace dengan variasi suhu 550, 650, dan 700 oC

C. Proses Hidrotermal

2. Percobaan Adsorbsi

Sampel air lindiAbu terbang yang telah diaktivasi

Analisa kadar logam Fe tersisa pada Air lindi

3. Prosedur Analisa kadar Fe