Submitted : 25 September 2020 Revised : 2 November 2020
Accepted : 17 Desember 2020

## STUDI PENJERAPAN AMONIA MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM BAYAH TANPA AKTIVASI PADA TAMBAK IKAN
Nuryoto*, Ghani Naufal, Raffli Nurmuhammad, Teguh Kurniawan Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman Km 3, Kota Cilegon, Banten, Indonesia
* Email: nuryoto@untirta.ac.id

## Abstrak
Amonia merupakan zat beracun yang sangat berbahaya. Di dalam perairan, khususnya air tambak kadar amonia tidak boleh melebih 0,05 mg/l, jika melebihi konsentrasi tersebut maka ikan kecil yang ada di dalam air tersebut akan  mati.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menurunkan  kadar  amonia  hingga  mencapai  ambang  batas  aman, mengetahui  kinerja  zeolit  alam  bayah  tanpa  aktivasi  dalam  menurunkan  kadar  amonia  di  dalam  air,  dan menentukan  model  kinetika  adsorpsi  yang  sesuai  untuk  menggambarkan  fenomena  yang  terjadi.  Observasi dilakukan pada ukuran adsorben 60-100 mesh, suhu penjerapan 30 ℃ , massa zeolit 600 gram/20 liter larutan, dan waktu penjerapan 30-120 menit. Hasil percobaan menunjukan bahwa persentase amonia yang terjerap oleh zeolit alam Bayah tertinggi diperoleh pada ukuran zeolit 100 mesh dan waktu penjerapan 75 menit yaitu sebesar 68 %.
Kata kunci : Air, Amonia, Penjerapan, Zeolit Bayah Abstract
Ammonia is a poisonous substance. In water, especially the pond, ammonia concentration should not exceed 0.05 mg/l.  Fishes  will  die  if  it  exceeds  this  concentration.  The  purpose  of  this  research  was  to  reduce  ammonia concentration to reaching the safe threshold, evaluating the performance of Bayah natural zeolite without activation as an adsorbent in reducing ammonia in water, and determining a suitable adsorption kinetics model for describing the phenomena.  The condition used in this study is 60-100 mesh adsorbent size, absorption temperature of 30 ° C, zeolite mass 600 grams/20 liters of solution, and adsorption time of 30- 120 minutes. The results showed that the highest percentage of ammonium adsorbed by Bayah natural zeolite was 68% using 100 mesh zeolite and 75 minutes adsorption time.
Keywords : Adsorption, Ammonia, Bayah Zeolite, Water

## 1. PENDAHULUAN
Ikan  merupakan  sumber  protein  hewani  yang sangat baik untuk manusia. Budidaya ikan telah banyak dilakukan  oleh  masyarakat  Indonesia.  Untuk  skala rumah tangga saja, petani ikan berjumlah kurang lebih 1.187.563 ekor (Badan Pusat Statistik (BPS).  (2013)). Permasalahan yang dihadapi petani atau pembudidaya ikan  khususnya  tambak  adalah  menurunnya  kualitas air  dengan  berjalannya  waktu.  Salah  satunya munculnya  amonia  di  dalam  perairan  tambak  atau kolam  ikan.  Adanya  amonia    pada  air  tambak  yang melebihi  ambang  batas  yaitu  0,05  mg/l  akan berdampak  pada  tingginya  kematian  pada  ikan,
khususnya  ikan-ikan  yang  masih  kecil-kecil  dengan daya  tahan  tubuh  yang  masih  lemah.  Amonia  pada perairan  tambak  bersumber  dari  ekskresi  ikan  baik dari  urin  atau  fesesnya  (Nuryoto,  N.  dkk.,  2020). Menurut  perhimpunan  dokter  ikan  (2018),  ikan  pada air  tawar  secara  umum  mengekresikan  atau mengeluarkan  amonium  sebesar  50-100  mg amonium/kg ikan yang berasal dari urin dan fesesnya. Pada  dasarnya  amonia  dapat  direduksi  atau dihilangkan melalui metode penjerapan menggunakan adsorben  yang  mempunyai  pori-pori  lebih  besar  dari ion    amonia.  Hasil  kajian  terkait  reduksi  amonia menggunakan adsorben telah dilakukan oleh Nuryoto,

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
N. dkk. (2020)  dan Soetardji, J. P. dkk. (2015). Tetapi adsorben yang digunakan adalah adsorben yang telah mengalami aktivasi menggunakan larutan asam.  Pada penelitian  kali  ini  dicoba  menggunakan  zeolit  alam Bayah  tanpa  perlakuan  (zeolit  alam  Bayah fresh/ZABF).  Hal  ini  dilakukan  dengan  tujuan  untuk mengetahui  kemampuan  kinerja  zeolit  alam  Bayah tanpa  aktivasi  sebagi  adsorben  dalam  menurunkan kadar  amonia  yang  terkandung  di  dalam  air.  Secara sederhana proses penjerapan amonia dalam bentuk ion amonium menggunakan adsorben zeolit menurut Wen, D.  dkk. (2006)  adalah sebagai berikut:
𝑍 𝑛− . 𝑀 𝑛+ + 𝑛𝑁𝐻 4 + ↔   𝑍 𝑛− . 𝑛𝑁𝐻 4 + +   𝑀 𝑛+ (1) dengan,
Z = zeolit M = ion metal yang terkandung di dalam zeolit, Na + , Ca + , K + , dan Mg +
Hasil  penjerapan  dengan  adsorben  tanpa perlakuan/tanpa aktivasi  dibandingkan dengan zeolit dengan  aktivasi  jelas  akan  menghasilkan  persentase penghilangan  amonia  yang  berbeda.  Tetapi  jika perbedaan  tidak  signifikan,  maka  metode  penjerapan tanpa  perlakuan  bisa  menjadi  pilihan,  karena  lebih ekonomis. Proses penjerapan amonia dapat dimaksimalkan, dengan memaksimalkan proses difusi amonia  masuk  ke  pori-pori  adsorben.  Pemanfaatan zeolit  alam  didasarkan  karena  Indonesia  mempunyai sumber  daya  alam  zeolit  yang  belum  termanfaatkan secara  maksimal  baik  untuk  proses  kimia  ataupun fisika,  seperti  yang  terjadi  di  Bayah-Banten.  Padahal perkiraan  cadangan  zeolit  alam  Bayah  berdasarkan perhitungan  berdasarkan  luas  daerah  penyebaran kurang lebih 34.000.000 m 3 atau sekitar 68 – 81,6 juta ton (Hastuti, S., dan Subandiyono, S., 2014). Di Banten sendiri  jumlah  tambak  ikan  cukup  banyak  yang tersebar hampir merata di setiap kabubapten dan kota yang ada di Banten. Jadi dengan memanfaatkan zeolit alam  Bayah,  diharapkan  mempunyai  2  manfaat sekaligus,  yaitu  meningkatkan  daya  guna  zeolit  dan permasalahan  amonia  yang  terkandung  di  dalam  air tambak  terselesaikan.  Untuk  memperbesar  proses penjerapan, pada penelitian ini akan dilakukan variasi ukuran  partikel  adsorben  (Zeoalit  alam  Bayah)  pada rentang  tertentu  dan  memperlama  waktu  kontak. Pertimbangan tersebut didasari pada penelitian Şahin , D.,ÖZ.  dkk.  (2019)  yang  menyatakan  bahwa memperkecil ukuran partikel dan memperlama waktu kontak  akan  memperbesar  proses  penjerapan  yang terjadi. Ukuran adsorben 0,075 mm mampu menjerap 45%  amonia  sedangkan  pada  3-5  mm hanya  mampu menjerap  15%  saja.  Sementara  itu  pada  ukuran
adsorben yang sama (0,075 mm), dengan memperlama waktu  kontak,  mampu  memperpesar  persentase penurunan  kadar  amonia  dengan  perbedaan  yang cukup  besar  yaitu  pada  100  menit  amonia  yang terjerap  35,5%,  dan  ketika  waktu  penjerapannya dinaikan  lebih  lama,  amonia  terjerap  sebanyak  45%. Dengan  memperkecil  ukuran  ZABF  dan  memperlama waktu  kontak,  diharapkan  proses  penjerapan  pada penelitian ini akan berjalan dengan efektif.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Bahan Baku
Untuk  menguji  kemampuan  adsorben  zeolit  alam Bayah,  larutan  amonia  yang  digunakan  diwakilkan menggunakan larutan NH 4 OH dengan konsentrasi 250 mg/L. Setelah dilakukan analisis dengan metode titrasi asam-  basa    (titran  0,001  M  HCl)    kadarnya  setara dengan  0,0104  M.  Adsorben  yang  digunakan  adalah zeolite alam Bayah fresh (ZABF) dengan ukuran 60-100 mesh (Ramadhan, A.D. dkk., 2019); (Nindya, C.S.S. dkk., 2020).
2.2 Peralatan Penelitian
Proses  penjerapan  dilakukan  menggunakan  bak penampung  dengan  volume  25  liter.  Detail  skematik dari peralatan percobaan tersaji pada Gambar 1.

## 2.3 Prosedur Percobaan
Larutan amonia dengan kadar 0,0104 M sebanyak 20  liter  dimasukan  ke  bak  penampung  (Gambar  1). Aerator  dihidupkan  dan  zeolit  alam  Bayah  (60-100 mesh)  dimasukan  ke  dalam  bak  tersebut.  Sampel sebanyak  10  ml  diambil  pada  menit  ke-30.  Sampel dianalisis  dengan  cara  yang  sama  (metode  titrasi) untuk mengetahui kadar amonia sisa guna mengetahui banyak  amonia  yang  terjerap. W aktu  penjerapan diperpanjang  sampai  120  menit  atau  2  jam  untuk ukuran  zeolit  terbaik.  Jika  terindikasi  pada  waktu penjerapan 2 jam amonia masih terjerap dengan baik, maka waktu penjerapan dapat diperpanjang lebih dari 2 jam. Pengambilan sampel dilakukan setiap 15 menit sekali, untuk menentukan kadar amonia yang terjerap. Persamaan  guna  menentukan  besarnya  persentase penghilangan  amonia  selama  proses  penjerapan berlangsung dihitung dengan persamaan di bawah ini:
𝑋 𝐴 = 𝐴 𝑜 − 𝐴 𝑡 𝐴 𝑜 𝑥 100% (2)
dengan,
𝑋 𝐴 : Kadar amonium yang terjerap, %
𝐴 𝑜 : Kadar amonium mula-mula, M
𝐴 𝑡 : Kadar amonium pada waktu t, M
Gambar 1. Peralatan proses penjerapan amonia menggunakan ZABF
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Uji SEM Zeolit Alam Bayah Fresh (ZABF) ZABF  sebelum  digunakan  sebagai  adsorben dilakukan analisis menggunakan SEM guna mengetahui apakah  dimungkinkan  atau  tidak  ZABF  digunakan sebagai  adsorben  pada  penjerapan  amonia  tersebut. Hal  ini  penting  dilakukan  untuk  mendeteksi  atau memperkirakan  berhasil  atau  tidaknya  proses penjerapan yang akan dilakukan nantinya.   Gambar 2 menunjukan bahwa ZABF mengandung banyak lubang pori. Hasil uji luas permukaan dengan zeolit alam yang sejenis  menggunakan  BET,  zeolit  alam  Bayah  tanpa modifikasi  memiliki  luas  permukaan  sebesar  55,54 m²/g  (Nuryoto,  N.  dkk.,  2016).  Data  tersebut menunjukkan  bahwa  ZABF  memungkinkan  untuk digunakan  sebagai  penjerap  amonia,  karena  ukuran diameter pori ZABF berkisar 32,57 Ǻ (Nuryoto, N. dkk,
2016),  sedangkan  diameter  molekul  amonia  hanya 1,045 Ǻ ( Rhaska, G., dan Zainul, R., 2019).

## 3.2. Pengaruh Perbedaan Ukuran Zeolit
Poses penjerapan dapat berlangsung dengan baik jika proses difusi suatu molekul menuju ke dalam pori- pori  adsorben  berjalan  dengan  baik.  Untuk memaksimalkan proses difusi tersebut dapat dilakukan dengan  memperkecil  ukuran  adsorben  (Fogler,  S.H., 2006;  Sahin,  D.  OZ.  dkk.,  2019),  untuk  memperbesar luas permukaan kontak antara ZABF dan amonia.  Dari Gambar  3  terlihat  bahwa  persentase  penghilangan amonia  dengan  menggunakan  ZABF  dengan  waktu penjerapan  selama  30  menit  untuk  60,  80,  dan  100 mesh berturut-turut adalah sebesar 9,003, 9,968, dan 14,791%.  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa memperkecil  ukuran  adsorben  ZABF  berdampak
Keterangan:
1. Bak penampung untuk larutan amonia 2. Baling-baling aerator 3. Motor pengerak aerator
Gambar 2 . Hasil uji SEM ( Scanning Electron Microscopy ) pada ZABF
Gambar 3. Pengaruh ukuran adsorben ZABF
0 4 8 12 16 60 80 100 P en je ra p an , % Ukuran (Mesh)
positif  terhadap  proses  penjerapan  yang  terjadi  dan mampu  meningkatkan  proses  penjerapan  amonia. Pada ukuran 60 dan 80 mesh penurunan amonia tidak signifikan, berbeda pada 100 mesh terjadi penurunan yang  signifikan.  Hal  ini  menandakan  tahanan  difusi internal pada ukuran 100 mesh mengalami penurunan yang  cukup  besar  dibandingkan  60  dan  80  mesh, sehingga  ion  amonia  dapat  masuk  ke  bagian  dalam ZABF  dengan  lebih  cepat.  Kondisi  tersebut  yang menyebabkan  penjerapan  pada  adsorben  100  mesh dapat berlangsung lebih baik. Hasil serupa juga dialami oleh Wen. D. dkk. (2006) dan Kotoulas, A. dkk. (2019), yang  mana  semakin  kecil  ukuran  adsorben  yang digunakan,  maka  proses  penjerapan  amonia  semakin baik.

## 3.3. Pengaruh Waktu Adsorpsi Amonia
Gambar  4  menunjukkan  proses  penjerapan  efektif terjadi  pada  rentang  waktu  0-75  menit,  yang  mana persentase penjerapan mengalami peningkatan seiring bertambahnya  waktu  penjerapan.  Pada  waktu penjerapan  di  atas  75  menit,  persentase  penjerapan justru  mengalami  penurunan  menjadi  66%  dan selanjutnya  tetap.  Hasil  tersebut  mengindikasikan bahwa amonia pada menit 75 ke atas mengalami proses desorpsi  atau  terlepasnya  kembali  ion  amonia  dari adsorben  ZABF.  Penurunan  adsorpsi  disebabkan karena  lemahnya  interaksi  yang  terjadi  antar  ion dengan  adsorben  untuk  terikat  pada  permukaan adsorben  (Pratomo,  S.  W.  dkk.,  2017).    Kondisi optimum  yang  dicapai  pada  ZABF  100  mesh  terjadi pada  menit  ke-75.  Profil  penjerapan  amonium  pada Gambar  4  mempunyai  kemiripan  seperti  yang  terjadi pada  Kotoulas,  A.  dkk.  (2019)  dan  Sahin,  D.  OZ.  dkk.
(2019),  yaitu  meningkat  cepat  di  awal  lalu  terjadi kesetimbangan.

## 3.4. Kinetika Adsorpsi Ion Ammonia
Untuk  menprediksi  laju  kecepatan  adsorpsi  ion amonia  atau  adsorbat  ke  adsorben,  maka  diperlukan suatu  model  matematika.  Model  matematika  yang digunakan untuk memprediksi fenomena yang terjadi pada  penelitian  ini,  merupakan  model  matematika yang  sering  digunakan  untuk  mengambarkan fenomena yang terjadi pada proses penjerapan seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Hasil perhitungan model matematika pada Tabel 1, menunjukan bahwa model kinetika pseudo orde dua ( pseudo  second  order )  merupakan  model  yang  paling cocok  untuk  mengambarkan  fenomena  yang  terjadi pada  penelitian  ini,  dengan curve  fitting yang  paling mendekati  data  dan  SSE  yang  dihasilkan  paling  kecil sebagaimana  terlihat  pada  Gambar  5  dan  Tabel  2 dengan  nilai  konstanta  kecepatan  transfer  massa sebesar  0,01  mg/M.menit.  Hasil  penelitian  yang dilakukan Wen, D. dkk (2006) menunjukan hasil serupa dengan  perhitungan  model  pada  penelitian  ini,  yang mana model kinetika pseudo second order yang paling baik  dalam  menggambarkan  hasil  percobaannya terkait  penjerapan  ion  logam,  pewarna,  dan  zat anorganik  dari  larutan.    Menurut  Hamdaoui,  O.,  dan Chiha,  M.  (2007),  model  pseudo  orde  dua  memang cukup cocok untuk menggambarkan proses penjerapan yang  mempunyai  tendensi  cepat  di  awal,  kemudian melambat.  Terdapat  kesesuaian  antara  pendapat Hamdaoui,  O.,  dan  Chiha,  M.  (2007)  dengan  profil penjerapan  yang  terjadi  pada  penelitian  ini sebagaimana terlihat pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Tabel 1 . Model matematika adsorpsi (Ho, Y. S. dan McKay, G., 1999) Model Persamaan Pseudo orde 1 𝑑𝑞𝑡 𝑑𝑡 = 𝑘(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) Pseudo orde 2 𝑑𝑞𝑡 𝑑𝑡 = 𝑘(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) 2 Elovich 𝑑𝑞𝑡 𝑑𝑡 = 𝛼𝑒𝑘𝑠(𝛽𝑞𝑡) Weber-Morris
𝑞𝑡 = 𝐾𝑒𝑥(𝑡) 1/2
Gambar 4 .  Pengaruh waktu penjerapan pada ZABF 100 mesh 38 48 52 66 68 66 66 66 0 20 40 60 80 0 15 30 45 60 75 90 105 120 A m oni a y ang T er se ra p, % Waktu (menit)

## 4. KESIMPULAN
Kemampuan  kinerja  ZABF  secara  umum  cukup baik  karena  mampu  menjerap  sampai  68%  amonia dalam  bentuk  ion  amonium.  Fenomena  penjerapan mengikuti  model  matematika  pseudo  orde  2. Kemampuan penjerapan ZABF singkat sehingga perlu diganti secara berkala.

## 4. DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik (BPS) (2013). Analisis Kebijakan Pertanian Indonesia. Statistics Indonesia.
Fogler,  S.H.  (2006).  Elements  of  Chemical  Reaction Engineering. 4th Edition Prentice Hall International Series  in  the  Physical  and  Chemical  Engineering Sciences
Hamdaoui, O., & Chiha, M. (2007). Removal of Methylene Blue from Aqueous Solutions by Wheat Bran. Acta Chimica Slovenica, 54(2). Hastuti,  S.,  dan  Subandiyono,  S.  (2014).  Production
Performance of African Catfish (Clarias gariepinus, burch) were Rearing with Biofloc technology. SAINTEK  PERIKANAN:  Indonesian Journal of Fisheries Science and Technology, 10(1), 37-42. Ho,  Y.  S.,  and  McKay,  G.  (1999).  Pseudo-second  order model for sorption processes. Process biochemistry, 34(5), 451-465. Kotoulas,  A.,  Agathou,  D.,  Triantaphyllidou,  I.  E., Tatoulis, T. I., Akratos, C. S., Tekerlekopoulou, A. G.,
&  Vayenas,  D.  V.  (2019).  Zeolite  as  a  potential
(a)                                                                               (b)
(c)                                                                        (d)
Gambar 5. Grafik pemodelan kinetika adsorpsi, (a) Elovich, (b) Weber Morris, (c )  pseudo-first order ,  dan  (d) pseudo-second order 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 0 30 60 90 120 q, m g/ g Waktu, menit q percobaan q perhitungan 0,0 3,0 6,0 9,0 12,0 0 30 60 90 120 q, m g/ g Waktu, menit q percobaan q perhitungan 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 q, m g/ g Waktu, menit Perhitungan Percobaan 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 q, m g/ g Waktu,menit hitungan Percobaan Tabel 2 .  Hasil perhitungan kinetika amonia No. Model Kinetika Konstanta SSE Lambang Satuan Nilai 1 Pseudo-First Order k 1/menit 0,10 9,04 2 Pseudo-Second Order k mg/g.menit 0,01 0,79 3 Elovich α mg/g.menit 0,28 4,79 β g/mg 0,74 4 Weber Morris k 1/menit 1,05 271,43
medium for ammonium recovery and second cheese whey treatment. Water, 11(1), 136.
Nindya C.S.S., Ramadhan ,A.D, Nuryoto, and Kurniawan T.  (2020).  Esterification    Glycerol  (By  product  in Biodiesel  Production)  with  Oleic  Acid  Using Mordenite  Natural  Zeolite  as  Catalyst:  Study  of Reaction Temperature and Catalyst Loading Effect. International  Conference  on  Advanced  Mechanical and  Industrial  Engineering2020,    Cilegon  Banten Indonesia.
Nuryoto,  N.,  Kurniawan,  T.,  &  Kustiningsih,  I.  (2020). Pengujian  Zeolit  Alam  Mordenit  Sebagai  Penjerap Proses  Pendegradasian  Kandungan  Amonium  di dalam  Air  Tambak.  Jurnal  Teknologi  Lingkungan,
21(1), 49-55.
Nuryoto, N., Sulistyo, H., Sediawan, W. B., and Perdana,
I.  (2016).  Modifikasi  Zeolita  Aalam  Mordenit Sebagai Katalisator Ketalisasi dan Esterifikasi. Reaktor, 16(2), 72-80.
Perhimpunan  dokter  ikan  (2018).  Ammonia  dan perikanan. www.catatandokterikan.com.
Pratomo, S. W., Mahatmanti, F. W., & Sulistyaningsih, T. (2017). Pemanfaatan zeolit alam teraktivasi H3PO4 sebagai  adsorben  ion  logam  Cd  (II)  dalam larutan. Indonesian Journal of Chemical
Science, 6(2), 161-167.
Ramadhan,  A.  D.,  Carolina,  N.,  Nuryoto,  N.,  and
Kurniawan, T. (2019). The Use of Natural Zeolite as A  Catalyst  for  Esterification  Reaction  Between Glycerol and Oleic Acid. Reaktor, 19(4), 172-179.
Rhaska,  G.,  dan  Zainul,  R.  (2019).  Analisis  Molekular Dan Transpor Ion Amonium Clorida.
Ş ahin, D., ÖZ, M., Sertasi, E., ÖZ, Ü., Karsli, Z.,  and Aral, O.  (2019).  Adsorption  Process  of  Ammonium  by Natural  Zeolite  (Clinoptilolite)  from  Aqueous Solution  for  Aquaculture  Application.  Journal  of Limnology  and  Freshwater  Fisheries  Research, 5(2), 136-141.
Soetardji, J. P., Claudia, J. C., Ju, Y. H., Hriljac, J. A., Chen, T.  Y.,  Soetaredjo,  F.  E.,  ...  &  Ismadji,  S.  (2015). Ammonia  removal  from  water  using  sodium hydroxide  modified  zeolite  mordenite.  RSC advances, 5(102), 83689-83699.
Wen,  D.,  Ho,  Y.  S.,    and  Tang,  X.  (2006).  Comparative sorption kinetic studies of ammonium onto zeolite. Journal of hazardous materials, 133(1-3), 252-256.