## PEMISAHAN ION LOGAM  Ca DAN Fe DALAM AIR SUMUR SECARA KOLOM ADSORPSI DENGAN ZEOLIT ALAM DAN KARBON AKTIF

## SEPARATION OF Ca AND Fe METAL ION IN SOURCE WATER BY ADSORPTION COLUMN TECHNIC WITH LOCAL ZEOLITE AND ACTIVE CARBON

## Suyanta, Hanafi Idham Kholid, dan Bambang S
Jurusan Pendidikan Kimia, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta
*email: suyanta@uny.ac.id
diterima 2 Desember 2014, disetujui 3 Maret 2015

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk memisahkan ion logam Ca dan Fe dalam air sumur, dengan menggunakan zeolit alam dan karbon aktif secara tehnik kolom adsorpsi sistem tabung. Efektivitas pemisahan dilihat dari waktu adsorpsi maupun ukuran  zeolitnya.  Metode  yang  digunakan  yaitu  kolom  adsorpsi  dengan  sistem  flow  dimana  sampel  dialirkan  ke  dalam tabung  filtrasi  yang  berisi  zeolit  dan  karbon  aktif.  Konsentrasi  awal  dan  akhir  sampel  dianalisis  menggunakan  alat Spektrofotometer Serapan Atom. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kemampuan adsorpsi zeolit terhadap ion logam Ca dan Fe cukup baik. Zeolit 1 (10 mesh) mampu menurunkan besi hingga 93,98% sedangkan zeolit 2 (5 mesh) hingga 98,88%  untuk  kurun  waktu  1  –  4  minggu.  Sedangkan  penurunan  kadar  kalsium  kurang  baik,  baru  pada  kurun  waktu  2 minggu penyerapan kalsium diperoleh hasil mendekati 50 %.
Kata kunci: adsorpsi, zeolite, air sumur

## Abstract
This research aims are to separate of Ca and Fe metal ion in source water, with local zeolite and active carbon by adsorption column technic. Efficiency of separation are control by adsorption time and size of zeolite. Method that used was column adsorption with a flow system in which sample is applied to the filtration tube containing zeolite and active carbon.  Initial  and  final  concentrations  of  the  samples  were  analyzed  using  Atomic  Adsorption  Spectrophotometer instrument. The results obtained shows that ability adsorption of zeolite to Ca and Fe metal ion are a good. Zeolite 1 (10 mesh)  can  reduce  iron  concentration  until  93.98  %  and  zeolite  2  (5mesh)  until  98.88%  for  1  –  4  week  range  time. Whereas reducing of calcium concentration is not good, until 2 week period time adsorption of calcium ion is about 50%.
Keywords: adsorption, zeolite, source water

## Pendahuluan
Air merupakan hal terpenting dalam kehidupan.  Makhluk  hidup  yang  ada  di  bumi  ini tidak  dapat  terlepas  dari  kebutuhan  akan  air.  Air yang  relatif  bersih  sangat  didambakan  oleh manusia,  baik  untuk  keperluan  hidup  sehari-hari, untuk keperluan industri, untuk kebersihan sanitasi kota,  maupun  untuk  keperluan  pertanian  dan  lain sebagainya.  Sumber-sumber  utama  air  yang digunakan  untuk  keperluan  manusia  tersebut berasal dari air permukaan, air hujan dan air tanah. Dari  ketiga  sumber  air  tersebut  yang  lebih  banyak dimanfaatkan  manusia  adalah  air  tanah  karena secara kualitas lebih baik dibandingkan sumber air yang lain [1]. Salah satunya adalah penggunaan air sumur untuk masyarakat di Desa Donotirto Bantul.
Air yang banyak mengandung unsur magnesium dan kalsium dikenal sebagai air sadah. Pada  umumnya,  air  yang  mengandung  kesadahan total  kurang  dari  200  mg/L  masih  dapat diperbolehkan  untuk  dikonsumsi  oleh  konsumen tetapi air ini tergolong sumber air yang kurang baik sedangkan  jika  sumber  air  mengandung  nilai kesadahan  total  sebesar  500  mg/L,  air  tersebut tidak  layak  untuk  dikonsumsi.  Air  sadah  banyak mengandung ion-ion divalent seperti besi, mangan, kalsium  dan  magnesium.  Dari  beberapa  logam tersebut  telah  diketahui  bahwa  kalsium  dan magnesium  merupakan  spesi  logam  terbanyak dalam air sadah [2].
Kondisi  air  bersih  yang  diperoleh  dari  sebuah sumur  gali  di  Desa  Donotirto  Kec.  Kretek  Bantul belum  memenuhi  standar  mutu  air  bersih  untuk parameter  besi.  Hal  ini  dapat  diketahui  apabila  air ini  ditampung  di  bak  mandi  akan  memberikan endapan dan noda kekuning-kuningan pada dinding bak,  begitu  juga  apabila  dipergunakan  untuk mencuci  akan  menyebabkan  noda  kekuning- kuningan  pada  pakaian.  Dari  beberapa  ciri  di  atas menunjukkan  bahwa  parameter  kandungan  besi (Fe)  dalam  air  masih  tinggi  dan  kemungkinan melebihi  ambang  batas  0,3  mg/L  untuk  air  minum [3].
Logam  yang  terkandung  di  dalam  air  banyak ditemukan  dalam  bentuk  senyawa  berupa  garam- garam  organik  maupun  anorganik.  Pemaparan logam  ke  dalam  tubuh  akan  berbahaya jika  berada dalam  jumlah  melebihi  ambang  batas  normal. Bentuk  ion  dari  senyawa  garam-garam  tersebut apabila  masuk  ke  dalam  tubuh  akan  diserap kemudian  ditimbun  di  dalam  tubuh  organisme hidup. Masalah yang timbul apabila logam tersebut masuk  ke  dalam  tubuh  dalam  jumlah  yang berlebihan  dalam  waktu  yang  cukup  lama  dapat meninggalkan sifat toksik [4].
Untuk mengurangi kandungan logam pencemar besi dan kalsium dalam air tersebut bisa dilakukan  dengan  berbagai  cara  salah  satunya metode  adsorpsi  menggunakan  suatu  bahan penjerap  yang  disebut  adsorben.  Adsorben  yang digunakan adalah zeolit alam. Adsorben zeolit alam tersedia banyak, relatif mudah didapatkan, harganya  murah  dan  efektivitas  penjerapannya yang  tinggi.  Penelitian  oleh  Abdur  Rahman  dan Budi  Hartono  [5]  menyimpulkan  bahwa  air  tanah yang  dilewatkan  pada  kolom  gelas  berisi  zeolit, kadar Fe dapat diturunkan sampai 55%, sedangkan kadar Mn dapat diturunkan sampai 100%.
Metode  adsorpsi  telah  banyak  dibuktikan sebagai  metode  alternatif  yang  ekonomis  dalam pemisahan  logam  dalam  perairan  [5].  Adsorpsi merupakan  gejala  yang  terjadi  pada  permukaan, sehingga  banyak  sedikitnya  zat  yang  diadsorpsi bergantung pada luas permukaan zat pengadsorpsi.
Adsorpsi  dilakukan  dengan  penambahan adsorben,  karbon  aktif  atau  sejenisnya.  Sistem pada adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu sistem batch dan sistem kontinyu (kolom)[6].
Dalam  penelitian  ini digunakan zeolit sebagai zat  pengadsorpsi  karena  zeolit  telah  dimanfaatkan secara luas sebagai adsorben karena kemampuannya  memisahkan  spesi-spesi  sasaran melalui prinsip pertukaran ion [7], Zeolit memiliki bentuk  kristal  yang  sangat  teratur  dengan  rongga
yang  saling  berhubungan  ke  segala  arah  yang menyebabkan  luas  permukaan  zeolit  sangat  besar sehingga  sangat  baik  digunakan  sebagai  adsorben [8].
Proses  pengaktifan  zeolit  dapat  dilakukan secara  fisika  dan  kimia.  Pengaktifan  diharapkan dapat  meningkatkan  efisiensi  adsorpsi  dari  zeolit karena  dari  aktivasi  secara  fisika  dan  kimia memiliki  tujuan  masing-masing.  Analisis  kadar logam  besi  dan  kalsium  dilakukan  menggunakan spektrofotometer  serapan  atom.  Pemilihan  metode spektrofotometer  serapan  atom  karena  mempunyai sensitifitas tinggi, mudah, murah, sederhana, cepat, dan  cuplikan  yang  diperlukan  sedikit  serta  tidak memerlukan pemisahan pendahuluan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memisahkan logam  Ca(II)  dan  Fe(III)  melalui  variasi  waktu adsorpsi  dan  jenis  perlakukan  zeolit,  dan  untuk mengetahui  efisiensi  adsorpsi  zeolit  terhadap  ion logam  Ca(II)  dan  Fe(III)  dalam  air  sumur  dengan metode kolom adsorpsi.

## Metode Penelitian
Bahan-bahan  yang  digunakan  adalah  zeolite alam,  Kristal  Fe 2 (SO 4 ) 3 .5H 2 O,  CaCl 2 .2H 2 O  dan akuades.    Zeolit  alam  yang  digunakan  bersumber dari  Gunung  Kidul.  Zeolit  yang  digunakan  tidak diaktivasi  kecuali  dicuci  dengan  air  bersih. Aktivasi  tidak  dilakukan  demi  kepraktisan  dan efisiensi pemakaian zeolit. Hal ini karena jumlah zeolit yang dipakai cukup banyak sehingga akan tidak  efektif  jika  dilakukan  perlakuan  (aktivasi) [9-10].
Variabel  bebas  dalam  penelitian  ini  adalah ukuran  zeolit  alam  yaitu  10  mesh  (zeolit  1)  dan  5 mesh  (zeolit  2)  dan  masa  pemakaian  zeolit  yaitu hari ke-1, hari ke-7, hari ke-14, hari ke-21 dan hari ke-28 masa pemakaian zeolit.
Proses  adsorpsi  air  sumur  oleh  zeolit dilakukan  di  sebuah  sumur  warga  di  Desa Donotirto,  Kec.  Kretek,  Bantul.  Alatnya  berupa satu  set  alat  filterisasi  berupa  sebuah  kolom  zeolit setinggi 150 cm dan diameter 25 cm dan dua buah kolom  karbon  aktif  setinggi  23 cm  dan  diameter  9 cm.  Bentuk  alat  selengkapnya  dapat  dilihat  pada gambar  1.  Alat-alat  lain  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  alat-alat  gelas,  tabung pemisah, timbangan analitik, muffle furnace, oven, stopwatch dan spektrofotometer serapan atom.
Proses  adsorpsi  air  sumur  oleh  zeolit dilakukan  di  sebuah  sumur  warga  di  Desa Dinotirto, Kec. Kretek, Bantul. Alatnya berupa satu set  alat  filterisasi  berupa  sebuah  kolom  zeolit
setinggi 150 cm dan diameter 25 cm dan dua buah kolom  karbon  aktif  setinggi  23 cm  dan  diameter  9 cm.

## Gambar 1. Skema alat filtrasi sistem tabung
Sampel  air  sumur  yang  mengandung  logam besi  dilewatkan  secara  vertikal  ke  kolom  zeolit kemudian menuju kolom karbon aktif dan hasilnya ditampung.Air hasil pengolahan dianalisis kandungan  besinya  dengan  Spektrometer  Serapan Atom  (SSA)  di  Laboratorium  Fisika  Kimia  Air Balai  Besar  Teknik  Kesehatan  Lingkungan  dan Pengendalian Penyakit BBTKL Yogyakarta.

## Hasil dan Pembahasan
Sebelum melakukan pemisahan dan pengujian besi dan kalsium dalam air sumur, perlu dilakukan uji pendahuluan terhadap air sumur untuk beberapa parameter  umum  air  minum  seperti  bau,  pH, jumlah  zat  padat  terlarut,  kekeruhan,  rasa,  warna dan  kesadahan  (CaCO 3 ).  Hasil  uji  kualitas  air sumur  selengkapnya  dapat  dilihat  pada  Tabel  1. Selanjutnya  uji  kualitas  air  juga  dilakukan  setelah air  difiltrasi  dengan  system  kolom.  Adapun  hasil uji selngkapnya juga disampaikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Uji Parameter Air Minum Untuk Sampel Air Sumur yang Diberi Perlakuan Zeolit 1
Parameter Uji Ambang Batas Hasil Uji Sebelum Perlakuan Sesudah Perlakuan Bau Tak berbau Berbau Tak berbau pH 6,5-8,5 7,4 7,5 TDS 500 mg/L  212 mg/L  207 mg/L Kekeruhan  5 mg/L 26 mg/L  12 mg/L Rasa Tidak berasa Tak berasa Tak berasa Warna 15 TCU 12 TCU Tak terdeteksi Kesadahan (CaCO 3 ) 500 mg/L 177,00 mg/L 201 mg/L Pemeriksaan  terhadap  parameter  bau,  Total dissolved  solids  (TDS),  kekeruhan,  warna  dan kesadahan menunjukkan bahwa air hasil pengolahan dengan  zeolit telah  memenuhi baku mutu  dan  tidak  melebihi  ambang  batas  yang ditetapkan  dibandingkan  dengan  air  sebelum diberi  perlakuan  zeolit  yang  tidak  memenuhi baku mutu. Adapun untuk parameter rasa dan pH air  setelah  diberi  perlakuan  zeolit  tidak  berubah signifikan. Secara umum kualitas air cukup baik, meskipun    beberapa  parameter  menunjukkan kurang  baik  dan  teselah  dilakukan  filtrasi kualitas air makin baik.
Proses  adsorpsi  air  sumur  dengan  zeolit dilakukan  menggunakan  alat  1  set  filtrasi  sesuai Gambar 1. Analisis kakar Fe dan Ca selama variasi waktu adsorpsi dan diperoleh hasi yang dinyatakan dalam Tabel 2, 3, 4 dan 5.
Tabel 2. Hasil Uji Konsentrasi Besi dalam Air Sampel yang Diberi Perlakuan Zeolit 1
Hari ke-n masa pemakaian konsentrasi ion besi Efisiensi sebelum adsorpsi (mg/L) setelah asorpsi (mg/L) Hari ke-1 0,6705 0,0539 91,97 % Hari ke-7 0,6705 0,3078 54,10 % Hari ke-14 0,6705 0,0879 86,89 % Hari ke-21 0,6705 0,0545 91,88 % Hari ke-28 2,3693 0,1425 93,98 %

## Tabel 3. Hasil Uji Konsentrasi Besi dalam Air Sampel Diberi Perlakuan  Zeolit 2
Hari ke-n masa pemakaian konsentrasi ion besi Efisiensi sebelum adsorpsi (mg/L) setelah adsorpsi (mg/L) Hari ke-1 2,3693 0,3341 85,90 % Hari ke-7 2,3693 0,3059 87,09 %
Hari ke-14 2,3693 0,2375 89,98 % Hari ke-21 2,3693 0,5445 77,02 % Hari ke-28 2,3693 0,0266 98,88 %

## Tabel 4. Hasil Uji Konsentrasi Kalsium dalam Air Sampel Diberi Perlakuan  Zeolit 1
Hari ke-n masa pemakaian konsentrasi ion Ca Efisiensi sebelum adsorpsi (mg/L) setelah adsorpsi (mg/L) Hari ke-1 40,536 62,956 -55,31% Hari ke-7 40,536 78,516 -93,69% Hari ke-14 40,536 75,016 -85,06% Hari ke-21 40,536 82,153 102,67% Hari ke-28 40,536 74,540 -83,88%

## Tabel 5. Hasil Uji Konsentrasi Kalsium dalam Air Sampel Diberi Perlakuan  Zeolit 2
Hari ke-n masa pemakaian konsentrasi ion Ca Efisiensi sebelum adsorpsi (mg/L) setelah adsorpsi (mg/L) Hari ke-1 42,286 41,483 1,89% Hari ke-7 42,286 56,426 -33,44% Hari ke-14 42,286 53,403 -26,29% Hari ke-21 42,286 23,933 43,40% Hari ke-28 42,286 36,933 12,66%
Berdasarkan  data  pada  Tabel  2  dan  3,  jika dibuat grafik akan didapatkan pola sebagai berikut.
Gambar 1. Grafik Efisiensi Penurunan Logam Besi pada Masa Pemakaian Hari Ke-n Zeolit 1

## Gambar 2. Grafik Efisiensi Penurunan Logam Besi pada Masa Pemakaian Hari Ke-n Zeolit 2
Grafik  di  atas  menunjukkan  perbandingan bahwa  daya  dsorpsi  zeolit  terhadap  ion  besi  baik untuk zeolit ukuran 1 dan ukuran 2 diperoleh hasil yang  sangat  baik  dengan  efisiensi  adsorpsi mencapaim  sekitar  93,98  %  dan  98,88  %. Sedangkan  data  untuk  adsorbsi  ion  kalsium menunjukkan  nilai  yang  kurang  baik  bahkan  jika dihitung  efisiensinya  masih  negatif.  Keadaan  ini dkarenakan  ketika  menggunakan  zeolit  alam  yang dibeli dari produsen pencuciannnya belum maksimal. Batuan zeolit yang dihancurkan menjadi ukuran  1  dan  2,  masih  banyak  mengandung  debu dari  batuan  zeolit  yang  kandungan  kalsiumnya sangat besar. Maka jika debu terlarut dalam kolom adsorbsi  maka  dipastikan  kandungan  kalsium dalam air yang terlewat akan makin bertambah. Hal inilah  yang  menyebabkan  kandungan  kalsium dalam  air  yang  keluar  dari  tabung  adsopsi  lebih tinggi  dari  kandungan  kalsium  dalam  air  sumur. Hasil tersebut menunjukkan bahwa proses pemisahan  ion  Ca  dan  Fe  diperoleh  yang  mirip dengan beberapa peneliti sebelumnya [11-15].

## Simpulan
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan  bahwa efektivitas  zeolit  menurunkan parameter  besi  dan  parameter  air  minum  lainnya cukup  tinggi  sehingga  menghasilkan  air  yang memenuhi baku mutu. Zeolit 1 mampu mengadsorpsi  besi  hingga  93,98%  sedangkan zeolit  2  mampu  mengadsorpsi  besi  hingga 98,88%.  Efektivitas  zeolit  untuk  adsorpsi  ion kalsium kurang baik dan efisiensinya relatif rendah.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  penulis  ucapkan  kepada Dekan  FMIPA  UNY  atas  bantuan  dana  dan fasilitasi  pelaksanaan  penelitian.  Terima  kasih juga  penulis  sampaikan  kepada  Yuliati,  M.Kes, Dr.  Tien  Aminatun  yang  ikut  berperan  dalam sumbangan penelitian di desa Donotirto, Kretek, Kabupaten Bantul.

## Pustaka
[1] Thomas  Triadi  Putranto.  (2011).  Pencemaran Logam Berat Merkuri Pada Air Tanah. Jurnal Teknik. 32(1): 62-71.
[2] Yan,  M.,  Wang,  D.,  and  Ni.  J.  (2008).  Effect of  polyaluminum  chloride  on  enhanced softening for the typical organic-polluted high hardness  North-China  surface  waters.  Journal of  Purification  and  Technology.  62(1):  401- 406.
[3] Peraturan Menteri Kesehatan Republik
Indonesia Nomor 492 tahun 2010. Persyaratan Kualitas  Air  Minum.  Jakarta:  Departemen Kesehatan RI.
[4] Darmono.  (1994).  Logam  Dalam  Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta: UI Press, Hal 65.
[5] Abdur  Rahman  dan  Budi  Hartono.  (2004). Penyaringan  Air  Tanah  Dengan  Zeolit  Alami Untuk  Menurunkan  Kadar  Besi  dan  Mangan. Jurnal Makara,  Kesehatan. 8(1): 1-6.
[6] Mohammad  Noori  Sepehr,  Mansur  Zarabi,  & Hossein  Kazemian.  (2013).  Removal  of Hardness Agents, calcium and magnesium, by Natural and Alkaline Modified Pumice Stones in  single  and  binary  systems.  Journal  of Applied Surface Science. 274(1): 295-305.
[7] Zahra  Saadi,  Reyhane  Saadi,  &Reza  Fazaeli. (2013).  Fixed-bed  adsorption  dynamics  of Pb(II)  adsorption  from  aqueous  solution usingnanostructured γ -alumina.  Journal  of
Nanostructure in Chemistry. 48(3): 1-8.
[8] Anita  Nurfitriyani,  Eka  Wardani,  &  Mila Dirgawati. (2013). Penentuan Efisiensi Penyisihan Kromium Heksavalen (Cr 6+ ) Dengan  Adsorpsi  Menggunakan  Tempurung Kelapa  Secara  Kontinyu.  Jurnal  Teknik Lingkungan Itenas. 2(1): 1-1.
[9] Zurida  Agustiningtyas.  (2012).  Optimasi Optimasi  Adsorpsi  ion  Pb(II)  Menggunakan Zeolit  Alam  Termodifikasi  Ditizon.  Skripsi. Institut Pertanian Bogor: Jurusan Kimia IPB.
[10]  I  Nyoman  Suardana.  (2008).  Optimasi  Daya Adsorpsi  Zeolit  Terhadap  Ion  Kromium  (III). Jurnal Penelitian dan Pengembangan Sains & Humaniora. 2(1): 17-33
[11]  Bekti  Yulianingsih.(2009).  Daya  Adsorpsi Zeolit  Teraktivasi  HCl  Terhadap  Kadar Nitrogen  dalam  Urin  Manusia.  Skripsi. Universitas  Negeri  Yogyakarta:  Jurdik  Kimia FMIPA.
[12]  Adel  Fisli.,  Saeful  Yusuf,  dan  Deswita. (2006).  Pengaruh  Homokation  Permukaan Bentonit Terhadap Penyerapan Kation Cs dan Sr. Jurnal Sains Materi Indonesia. 206-210.
[13]  Eddy  Heraldy,  Hisyam  S.W,  Sulistiyono. (2003).  Karakterisasi  dan  Aktivasi  Zeolit Alam  Ponorogo.  Indonesian  Journal  of Chemistry. 3(2): 91-97.
[14]  Mia  Ratnasari  dan  Nurul  Widiastuti.  (2011). Adsorpsi  Ion  Logam  Cu(II)  Pada  Zeolit  A yang Disintesis Dari Abu Dasar Batubara PT. Ipmomi  Paiton  dengan  Metode  Kolom. Prosiding  Seminar  Nasional  Kimia  Unesa.
Surabaya: ITS. Hal B120-B.
[15]  Suyanta, Susila K, Annisa F, Hendarti and Rr. Putri F,. (2015). Separation of Ca (II) and Mg (II)  Metal  Ion  Underground  River  Water  in Baron With Activated and Inactivated Zeolite by  Fixed  Bed  Column  Adsorption  Method. Proceding  International  Conference  MIPA UNM Makasar.