## KAJIAN PENAMBAHAN ION KALSIUM PADA KRISTALISASI STRUVITE DARI URINE MANUSIA
Dyah Suci Perwitasari*, Erwan Adi Saputro, Izal Daffa Rizqullah, Dimas Ilham Akbar
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur Jalan Raya rungkut Madya Gunung Anyar, Surabaya Jawa Timur 60294, Telp. (031) 87062179
*Penulis korespondensi: saridyah05@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan  ion  kalsium  pada  pembentukan Kristal struvite yang dapat digunakan sebagai pupuk dengan pengaruh suhu dan perbandingan molar Struvite adalah  kristal  putih  secara  kimia  dikenal  sebagai  magnesium  amonium  phosphat  hexahydrate (MgNH 4 PO 4 .6H 2 O). Pupuk struvite dari limbah urine mempunyai keunggulan dari segi ekonomi, karena biaya produksi  pupuk  struvite  ini  jauh  lebih  murah  dan  mudah  dibandingkan  dengan  pembuatan  pupuk  lainnya, bahkan pertumbuhan, biomassa, dan kandungan klorida tanaman sedikit lebih tinggi jika menggunakan pupuk urine. Pembuatan struvite ini menggunakan magnetic strirrer dengan perbandingan molar Mg:PO 4 :Ca dan suhu  sebesar  30°C,  35°C,  dan  40°C.  Hasil  terbaik  dari  penelitian  ini  yaitu  dengan  perbandingan  molar Mg:PO 4 :Ca 1:1:0 pada suhu 40°C dengan kadar P 2 O 5 sebesar 46,2%.
Kata kunci: kasium; P 2 O 5 ; struvite; urine

## STUDY OF ADDITIONAL CALCIUM IONS IN STRUVITE CRYSTALIZATION FROM HUMAN URINE

## Abstract
This research aims to determine the effect of adding calcium ions on the formation of struvite crystals which can be used as fertilizer with the influence of temperature and molar ratio. Struvite is a white crystal chemically  known  as  magnesium  ammonium  phosphate  hexahydrate  (MgNH 4 PO 4 .6H 2 O).  Struvite  fertilizer from urine waste has advantages from an economic perspective, because the cost of producing struvite fertilizer is much cheaper and easier than making other fertilizers, even plant growth, biomass and chloride content are slightly  higher  when  using  urine  fertilizer.  Struvite  is  made  using  a  magnetic  stirrer  with  a  molar  ratio  of Mg:PO 4 :Ca and temperatures of 30°C, 35°C and 40°C. The best results from this research were with a molar ratio of Mg:PO 4 :Ca 1:1:0 at a temperature of 40°C with a P 2 O 5 content of 46.2%.
Keywords: Calcium; P 2 O 5 ; struvite; urine

## PENDAHULUAN
Urine  manusia,  meskipun  dianggap  sebagai limbah  buang  sisa  metabolisme  tubuh  yang  tidak bernilai  di  masyarakat  umum,  sebenarnya  mengan- dung  tiga  unsur  hara  makro  utama,  yaitu  nitrogen, fosfor,  dan  kalium.  Setiap  tahunnya,  manusia mengeluarkan  sekitar  500  liter  urine,  yang  setara dengan 4 kg nitrogen, 0,5 kg fosfor, dan 1 kg kalium. Selain  itu,  urine  juga  mengandung  unsur  hara  lain seperti magnesium dan karbon (Sari, 2016). Nitrogen, yang merupakan unsur dominan dalam urine, sangat penting  bagi  pertumbuhan  tanaman.  Unsur  nitrogen berfungsi  untuk  meningkatkan  pertumbuhan  vege- tatif,  meningkatkan  asam  amino  dan  protein  dalam
tanah,  serta  meningkatkan  jumlah  dan  warna  hijau daun melalui kandungan klorofil, yang penting dalam proses  fotosintesis.  Selain  itu,  nitrogen  juga membantu  meningkatkan  pH  tanah  dan  penyerapan berbagai unsur hara (Wiyono, 2015).
Oleh  karena  itu,  telah  dikembangkan  metode untuk  menggunakan  urine  manusia  sebagai  pupuk, dengan  membuat  pupuk  struvite.  Struvite  adalah kristal  putih  yang  secara  kimia  dikenal  sebagai senyawa  magnesium  amonium  fosfor  hexahydrate (MgNH 4 PO 4 .6H 2 O).  Pembentukan  struvite  terjadi melalui  reaksi  magnesium,  amonium,  dan  fosfor dalam larutan yang memiliki pH antara 8 hingga 10. Proses ini menghasilkan kristal struvite, yang terjadi ketika konsentrasi magnesium, amonium, dan fosfor
dalam  larutan  melebihi  batas  kelarutan  (KSP) (Ariyanto, 2015). Pupuk struvite memiliki keunggulan ekonomis karena biaya produksinya jauh lebih  rendah  dibandingkan  dengan  pupuk  buatan pabrik. Selain itu, penggunaan pupuk urine juga dapat meningkatkan  pertumbuhan,  biomassa,  dan  kandu- ngan  klorofil  tanaman.  Pupuk  alami  ini  juga mengurangi  jumlah  serangga  yang  mati  karena penggunaan  pupuk  kimia.  Penelitian  oleh  Ohlinger (2018)  membuktikan  bahwa  penggunaan  urine manusia  sebagai  pupuk  tidak  membahayakan kehigienisan tanaman.
Kalsium  juga  memiliki  peran  penting  dalam membentuk  lamela  tengah  dinding  sel  sebagai Capektat.  Fungsinya  adalah  memperkuat  jaringan tumbuhan  dan  menjaga  integritas  membran  yang melindungi  sitoplasma,  vakuola,  inti  sel,  dan komponen  lainnya,  terutama  dalam  lingkungan dengan pH rendah (Djukri, 2011).
Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi dampak  suhu  dan  rasio  molar  dalam  proses pembentukan struvite, serta untuk menilai bagaimana penambahan  ion  kalsium  mempengaruhi  pembentu- kan kristal struvite yang dapat diaplikasikan sebagai pupuk.

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Riset, UPN  “Veteran”  Jawa  Timur  dengan  bahan  baku limbah urine, kalium hidroksida (KOH), magnesium klorida  (MgCl 2 ),  kalsium  klorida  (CaCl 2 )  dan aquadest.

## Alat
Alat  utama  yang  digunakan  ialah  magnetic stirrer,  alat  penunjang  yang  digunakan  antara  lain kertas  saring,  beaker  glass,  erlenmeyer,  pipet,  gelas ukur, dan corong kaca.

## Prosedur Pembuatan struvite
Limbah  urine  yang  berasal  dari  manusia ditampung  didalam  botol  dan  di  saring  kemudian dimasukkan  kedalam  erlenmeyer  sebanyak  300  ml. Pada  penelitian  pembentukan  kristal  struvite mengambil  kandungan  NH4  dan  PO 4 dari  limbah urine manusia, sedangkan untuk Mg dan Ca mendapat tambahan  dari  bahan  kimia  murni.  Kemudian menghitung  volume  urine  sebagai  bahan  baku, perbandingan  Mg:PO 4 :Ca.  Buat  rasio  perbandingan konsentrasi  Mg:PO 4 :Ca  sebesar  1:1:0,  1:1:1,  3:1:1. Kemudian limbah ditambahkan larutan KOH sebagai pengatur pH limbah yang diinginkan pada pH 9.
Nyalakan  kompor  dan  atur  suhu  pada  suhu operasi  yang  telah  ditentukan  dengan  menggunakan TC  (temperature  control)  sebesar  30°C,  35°C,  dan 40°C.  Larutan  diaduk  dengan  kecepatan  100  rpm
dengan  variabel  waktu  60  menit.  Setiap  5  menit dilakukan  pengecekan  pH  untuk  memastikan  pH tetap 9. Hasil yang berada di gelas beaker kemudian disaring  menggunakan  kertas  saring  sehingga diperoleh  endapan.  Keringkan  endapan  lalu  catat berat  endapan.  Setelah  itu,  lakukan  analisa  XRF untuk mendapat kadar fosfat serta analisa SEM pada hasil  yang  terbaik  untuk  melihat  morfologi  dari struvite yang dihasilkan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil analisa kandungan struvite
Hasil  yang  telah  diperoleh  dari  penelitian dianalisakan dengan metode XRF (X -Ray Fluorensence ) dan SEM ( Scanning Electro Microscope )  di  Laboratorium  Mineral  dan  Material Maju  (Laboratorium  Sentral)  Fakultas  MIPA Universitas Negeri Malang.
Tabel 1. Mutu  pupuk fosfat untuk pertanian
Persyaratan Kadar P 2 O 5 (% b/b) Mutu A Min. 28 Mutu B Min. 24 Mutu C Min. 14 Mutu D Min. 10
Tabel 2. Persen berat fosfat setelah dilakukan analisa XRF
Hasil  kadar P 2 O 5 tertinggi  tanpa penambahan CaCl 2 pada  rasio  molar  (Mg:PO 4 :Ca)  1:1:0,  suhu 40°C dengan persen berat sebesar 46,2%. Sedangkan, dengan  penambahan  CaCl 2 didapat  hasil  tertinggi dengan  rasio  molar  (Mg:PO 4 :Ca)  3:1:1,  suhu  30°C dengan  persen  berat  sebesar  45,4%.  Hal  ini dikarenakan,  menurut  (Liu  et  al,  2019)  diketahui bahwa  Ca  dalam  larutan  mempengaruhi  laju pertumbuhan  senyawa  kristal,  pertumbuhan  ini disebabkan oleh pembentukan lapisan di mana kristal dapat terbentuk. Dalam proses ini, kalsium berfungsi sebagai  pengisi  yang  menutup  celah-celah  pada kristal, mencegahnya bersentuhan dengan inti kristal struvite,  dan  akhirnya  menghambat  pertumbuhan struvite tersebut.
Variabel Suhu(°C) Kadar   Persen Berat (%) 1:1:0 30
P 2 O 5
43,20% 35 43,90% 40 46,20% 1:1:1 30 41.6% 35 39,50% 40 39,90% 3:1:1 30 45,40% 35 40,50% 40 44,20%
Kadar  P 2 O 5 terhadap  rasio  molar  dan  suhu pembentukan struvite
Penentuan kadar abu bertujuan untuk menentukan  kandungan  oksida  logam  dalam  arang aktif.
Gambar 1. Pengaruh suhu dan perbandingan molar terhadap kadar P 2 O 5
Pada grafik diatas dapat dijelaskan bahwa pada suhu 40 0 C kadar P 2 O 5 struvite yang diperoleh sebesar 46,2%  pada  perbandingan  molar  1:1:0  dan merupakan  yang  tertinggi  diantara  yang  lain.  Pada suhu 350C cenderung mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan  suhu  yang  diberikan  berpengaruh terhadap  proses  pembentukan  struvite.  Dimana apabila  temperatur  larutan  pada  30 o C  kemudian mengalami  penurunan  temperature  sampai  10 o C struvite  kristal  aakan  dengan  mudah  terbentuk didalam larutan (Agustinah, 2016). Berdasarkan hasil penelitian kondisi optimum adalah pada suhu  30 0 C, karena  hasil  kadar  P 2 O 5 yang  didapat  lebih  stabil dibandingkan  pada  suhu  35 o C  dan  40 o C.  Hal  ini dikarenakan pada suhu yang tinggi, proses persaingan antara ion  hydroxyl  (OH - ) dengan ion-ion  PO 4 akan semakin cepat dan mempercepat proses pembentukan material  baru  karena  proses  pemanasan  tersebut (Edahwati et al, 2021)
Rasio  molar  reaktan  merupakan  faktor  yang signifikan dalam proses pembentukan kristal struvite, yang  terjadi  karena  adanya  kandungan  fosfat  di dalamnya.  Penggunaan  perbandingan  molar  ini bertujuan  untuk  memahami  bagaimana  struvite terbentuk dari urine manusia dengan pH 9. Dari hasil penelitian didapatkan hasil optimum pada perbandingan  molar  1:1:0  dengan  kadar  P 2 O 5 pada suhu  40°c  sebesar  46,20%.  Dari  hasil  struvite  yang didapatkan  sudah  memenuhi  standar  kualitas  pupuk fosfat grade A yang minimal 28% P 2 O 5 (Perwitasari, 2020).  Perbedaaan  kadar  P 2 O 5 yang  didapat dipengaruhi oleh kadar Magnesium. Karena, semakin banyak  magnesium  yang  direaksikan  maka  kadar P 2 O 5 yang  didapat  semakin  tinggi  (Adnan,  2010). Pada  perbandingan  molar  3:1:1  kadar  P 2 O 5 yang didapat  lebih  tinggi  dibandingkan  perbandingan molar  1:1:1.  Hal  ini  sudah  sesuai  teori  bahwa magnesium  dapat  meningkatkan  kadar  P 2 O 5 yang diperoleh.

## Analisis SEM
Dari hasil analisa XRF pada rasio molar 1:1:0 suhu 40°C didapatkan kadar P 2 O 5 tertinggi dan telah memenuhi  standar  mutu  pupuk  fosfat  alam  untuk pertanian grade A. Oleh karena itu, untuk mengetahui morfologi  dari  kristal  struvite  yang  terbentuk  maka dilakukan analisa SEM.
Gambar 2 . Hasil analisa SEM material struvite pada kondisi suhu  40 o C dan rasio molar 1:1:0 dengan  perbesaran  (A)  500x  (B)  1000x (C) 2500x (D) 5000x
Menurut  penelitian  yang  dilakukan  oleh Fitriana  (2016),  kristal  struvite  murni  memiliki bentuk ortorombik dengan permukaan yang rata dan bebas  cacat.  Namun,  penelitian  ini  menunjukkan bahwa  kristal  struvite  yang  dihasilkan  memiliki bentuk  batang  memanjang,  tetapi  permukaannya tidak  halus  dan  terdapat  gumpalan-gumpalan  kecil. Kehadiran  gumpalan-gumpalan  ini  disebabkan  oleh pengaruh  ion  Ca + (Liu,  2019).  Dalam  analisis  ini, peneliti  menggunakan  perbesaran  500,  1000,  2500, dan 5000 dengan harapan melihat karakteristik kristal struvite  secara  lebih  rinci.  Karakteristik  kristal struvite  dipengaruhi  oleh  kandungan  di  dalamnya. Kristal  struvite  yang  lebih  kecil  memiliki  luas permukaan  total  yang  lebih  besar,  mempercepat kelarutan  zat  dan  meningkatkan  proses  penyerapan nutrisi  pupuk.  Karena  struvite  merupakan  pupuk lepas  lambat,  ukuran  kristal  yang  lebih  besar menyebabkan nutrisi pada pupuk diserap lebih lambat oleh tanaman (Sutiyono, 2021).

## SIMPULAN
Kristal  struvite  memiliki  bentuk  batang  yang memanjang,  tetapi  permukaannya  kasar  dengan adanya  gumpalan-gumpalan  kecil  berwarna  putih. Pada kondisi optimal, yaitu pada suhu 40°C dan rasio molar  (Mg:PO 4 :Ca)  1:1:0,  struvite  yang  dihasilkan memiliki  kandungan  P 2 O 5 sebesar  46,2%.  Hal  ini memenuhi  standar  kualitas  pupuk  fosfat  grade  A.
38.0 40.0 42.0 44.0 46.0 48.0 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Ka da r P 2 O 5 (%) Suhu ( 0 C) 1: 1: 0 1: 1: 1 3: 1: 1 (Mg:PO 4 :Ca) A B
Kandungan P 2 O 5 tertinggi  tercapai  pada  rasio molar (Mg:PO 4 :Ca)  1:1:0  dengan  suhu  40°C,  sedangkan pada  rasio  molar  1:1:1  dan  3:1:1  pada  suhu  30°C masing-masing sebesar 41,6% dan 45,4%. Penurunan kandungan P 2 O 5 pada rasio molar lainnya disebabkan oleh penghambatan pertumbuhan kristal struvite oleh ion  Ca + ,  sehingga  diperlukan  penambahan  unsur magnesium  agar  kandungan  P 2 O 5 yang  terbentuk dapat meningkat.

## SARAN
Diperlukan  penelitian  serupa  dengan  variasi perbandingan konsentrasi Mg:NH 4 :PO 4 dan variabel yang sama seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, namun  menggunakan  limbah  yang  berbeda  sebagai bahan baku. Selain itu, studi fundamental  mengenai kinetika  reaksi  atau  perpindahan  massa  dari penelitian ini juga perlu dilakukan.

## DAFTAR PUSTAKA
A. Adnan, M. Dastur, D. S. Mavinic, and F. A. Koch, “Preliminary  investigation  into  factors affecting  controlled  struvite  crystallization  at the bench scale,” J. Environ. Eng. Sci. , vol. 3, no.  3,  pp.  195–202,  2010,  doi:  10.1139/S03- 082.
A. D. Ramadhani, A. F. Kulianto, and L. Edahwati, “Kinetika  reaksi  perolehan  fosfat  dari pengolahan limbah garam ( bittern  ) menjadi struvite  dengan  reaktor  vertikal  Kinetics reaction of phosphate recovery from processing of waste salt ( bittern ) into struvite using vertical  reactor,” J.  Tek.  Kim. ,  vol.  27, no. 1, pp. 14–20, 2021.
A.  N.  Sari,  “Pengaruh  Kecepatan  Pengadukan  dan Perbandingan  Molar  Reaktan  Mg:PO4  Pada Pembentukan  Struvite  Kristal  dari  Urine Manusia,”
Univ. MUHAMMADIYAH
PALEMBANG , vol. 18, no. 2, p. 22280, 2016.
A.  R.  Fitriana  and  I.  Warmadewanthi,  “Penurunan Kadar Amonium dan Fosfat pada Limbah Cair Industri  Pupuk,” J.  Tek.  ITS ,  vol.  5,  no.  2, 2016.
BSN, “SNI 02-3776-2005: Pupuk fosfat alam untuk pertanian,” pp. 1–19, 2010.
Djukri,  “REGULASI  ION  KALSIUM  (Ca ++ ) DALAM  TANAMAN,” Pros.  Semin.  Nas. Penelitian,  Pendidik.  dan  Penerapan  MIPA, Fak. MIPA, Univ. Negeri Yogyakarta , pp. 56– 61, 2011.
E.  Ariyanto,  A.  Melani,  and  T.  Anggraini, “Penyisihan  PO4  Dalam  air  Limbah  Rumah Sakit Untuk Produksi Pupuk Struvite,” Semin. Nas. Sains dan Teknol. , no. November 2015, pp. 1–8, 2015.
E.  .  Ohlinger,  K.N.,  Young,  T.M.,  Schroeder, “Perceived  Negative  Effects  on  Project Stakeholders  From,”  no.  July,  pp.  413–422, 2018.
L.  Edahwati,  Sutiyono,  and  R.  R.  Anggriawan, “Pembentukan  Pupuk  Struvite  dari  Limbah Cair Industri Tempe dengan Proses Aerasi,” J. Teknol. Lingkung. , vol. 22, no. 2, pp. 215–221,
2021.
N.  W.  Sari,  F.  A.  Putri,  and  D.  S.  Perwitasari,  “A Manufacture  of  Phosphate  Fertilizer  from Cow  Bones  Waste,” Int.  J.  Eco-Innovation Sci. Eng. , vol. 1, no. 02, pp. 25–29, 2020.
T.  I.  Agustinah,  “Pengaruh  pH  dan  Temperatur terhadap  Pembentukan  Struvite  dari  Urine Manusia,” Univ. MUHAMMADIYAH PALEMBANG , vol. 18, no. 2, p. 22280, 2016. Wiyono,  E.  Hartoyo,  and  Mahananto,  “Efisiensi Pemakaian  Pupuk  Urin  Manusia  Pada Pertumbuhan Dan Hasil Padi Sawah,” J. Ilm. , vol. 15, no. 1, 2015.
X. Liu and J. Wang, “Impact of calcium on struvite crystallization  in  the  wastewater  and  its competition with magnesium,” Chem. Eng. J. , vol.  378,  no.  July,  p.  122121,  2019,  doi: 10.1016/j.cej.2019.122121.