KADAR ALUMINIUM (Al) DAN BESI (Fe) DALAM PROSES PEMBUATAN KOAGULAN CAIR DARI LEMPUNG LAHAN GAMBUT
LEVEL OF ALUMINUM (Al) AND IRON (Fe) IN LIQUID COAGULANT PRODUCTION PROCESS

## FROM CLAY OF PEAT LAND
1 Widya Purnomowati Ramdhani, 2 Mahmud, dan 3* Prayatni Soewondo 1,2,3 Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung Jl Ganesha 10 Bandung 40132
* prayatnisoe@yahoo.com
Abstrak: Penelitian  tentang  pemanfaatan  lempung  relatif  intensif  dilakukan.  Selama  ini  penelitian  tersebut lebih  banyak  digunakan  sebagai  absorben  daripada  sebagai  koagulan.  Padahal  lempung  memiliki  kadar aluminium  dan besi  yang relatif  tinggi  sehingga  berpotensi  untuk  digunakan  sebagai  bahan  koagulan.  Pada penelitian  ini  akan  dilakukan  pengukuran  kadar  aluminium  (Al)  dan  besi  (Fe)  dalam  bentuk  koagulan  cair yang terbuat dari bahan baku lempung yang berasal dari lahan gambut. Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium.  Lempung  gambut  ini  diperoleh  dari  daerah  bergambut  yang  terletak  di  Kecamatan  Gambut, Kalimantan  Selatan  yang  memiliki  kadar  Al  dan  kadar  Fe  sebesar  8,46  %berat  dan  2,59  %berat (Laboratorium  Pusat  Survei  Geologi  Bandung,  2008).  Untuk  memperoleh  Al  dan  Fe  dari  lempung  tersebut dalam bentuk koagulan cair dilakukan dengan cara ekstraksi pada lempung dengan menggunakan asam sulfat (H2SO4). Pengukuran kadar Al dalam koagulan cair tersebut dilakukan dengan menggunakan metode Atomic Absorption Spectrometry (AAS) sedangkan Fe dengan menggunakan spektrofotometri. Variabel yang diamati dalam  proses  pembuatan  koagulan  ini,  yaitu  pengaruh  ukuran  mesh  (ukuran  butiran  lempung),  temperatur kalsinasi, dan konsentrasi asam sulfat yang digunakan. Berdasarkan hasil pengukuran dengan menggunakan AAS,  kadar  Al  terbesar  dalam  proses  pembuatan  koagulan  cair  terdapat  pada  percobaan  2  yaitu  dengan ukuran mesh 20 (diameter lempung 0,85 mm) dengan suhu kalsinasi 700˚C dan konsentrasi asam sebesar 2N yaitu  sebesar  7480,78  ppm.  Kadar  Fe  terbesar  pada  percobaan  2  berdasarkan  hasil  pengukuran  dengan menggunakan  spektrofotometer  terdapat  pada  ukuran  mesh  20  (diameter  lempung  0,85  mm)  dengan  suhu kalsinasi 700˚C dan pada konsentrasi asam sulfat sebesar 2N yaitu sebesar 1475,51 ppm.
Kata kunci: Koagulan Cair, Kadar Aluminium (Al), Kadar Besi (Fe), Lempung Lahan Gambut
Abstract: Research  about  clay  utilization  relative  intensive  conducted.  Currently  research  is  referred  more used as absorbent than as coagulant. Though clay haves level of aluminum and iron that relative high until to be used as coagulant material. At this research will be conducted measurement level of aluminum (Al) and iron (Fe) in the form of liquid coagulant that made of clay raw material that come from peat land. This Research is conducted  at  laboratory  scale.  This  peat  Clay  is  obtained  from  area  that  located  in  Gambut  District,  South Kalimantan  that  have  level  of  Al  and  Fe  as  high  as  8,46  %weight  and  2,59  %weight  (Laboratory  Geology Survey Center Bandung, 2008). For getting the Al and Fe from clay referred in the form of liquid coagulant is conducted  by  extraction  at  clay  by  using  sulfide  acid  (H 2 SO 4 ).  Measurement  level  of  Al  in  liquid  coagulant referred  conducted  by  using  method  Atomic  Absorption  Spectrometry  (AAS)  whereas  Fe  by  using spectrophotometer. Variable that perceived in course of making this coagulant which is size effect mesh (clay size of grain), temperature calcinations, and concentration of sulfide acid that used. Base measurement result by using AAS, level of biggest Al in course of making liquid coagulant exist on experiment 2 that is of the size mesh 20 (clay diameter 0,85 mms) with calcinations temperature 700°C and acid concentration as big as 2N that  is  as  high  as  7480,78  ppms.  Level  of  biggest  Fe  at  experiment  2  base  measurement  result  by  using spectrophotometer exist on size mesh 20 (clay diameter 0,85 mms) with calcinations temperature 700°C and at concentration of sulfide acid as big as 2N that is as high as 1475,51 ppms.
Key words: Liquid Coagulant, Level of Aluminum (Al), Level of Iron (Fe), Clay of Peat land.

## 1. PENDAHULUAN
Lahan  gambut  di  Indonesia  relatif  banyak  terdapat  pada  pulau  Kalimantan,  Sumatera dan  Irian  Jaya  seperti  dapat  dilihat  pada Tabel  1 .  Hal  itu  secara  tidak  langsung  menunjukkan bahwa  pada  area  tersebut  banyak  terdapat  lempung  gambut.  Lempung  gambut  merupakan lempung yang terdapat di area lahan gambut yang berada dibawah tanah gambut, sekitar 1,5–3,0 meter dari permukaan tanah.

## Tabel 1
Penyebaran dan luas lahan gambut di Indonesia (Sokardi dan Hidayat, 1988)
No. Provinsi Luas 10 3 hektar Jumlah (%) 1. Jawa Barat 25 <0,1 2. Aceh 270 1,5 3. Sumatera Utara 335 1,8 4. Sumatera Barat 31 <0,1 5. Riau 1.704 9,2 6. Jambi 900 4,9 7. Sumatera Selatan 990 5,4 8. Bengkulu 22 <0,1 9. Lampung 24 <0,1 10. Kalimantan Barat 4.610 24,9 11. Kalimantan Tengah 2.162 11,7 12. Kalimantan Selatan 1.484 8,0 13. Kalimantan Timur 1.053 5,7 14. Sulawesi Tengah 15 <0,1 15. Sulawesi Selatan 1 <0,1 16. Sulawesi Tenggara 18 <0,1 17. Kepulauan Maluku 20 <0,1 18. Irian Jaya 4.600 24,9 Jumlah 18.480 100
Sebagian  besar  penelitian  tentang  lempung,  memanfaatkan  lempung  sebagai  absorben, padahal lempung juga dapat digunakan sebagai bahan koagulan, karena pada lempung terdapat aluminium  dan  besi  yang  merupakan  ion  pembentuk  senyawa  koagulan.  Lempung  dapat digunakan  sebagai  absorben  dan  koagulan  bantu  dalam  pengolahan  air  berwarna (Notodarmodjo,  1994),  oleh  sebab  itu,  maka  perlu  dilakukan  penelitian  mengenai  proses pembuatan koagulan.
Pada penelitian ini, koagulan yang akan dibuat memiliki fase cair, dengan bahan baku yang  berasal  dari  lempung  lahan  gambut  yang  terletak  di  Kecamatan  Gambut,  Kalimantan Selatan.  Beberapa  komposisi  kimia  lempung  gambut  pada  Kecamatan  Gambut,  Kalimantan Selatan disajikan dalam Tabel 2 dan komposisi kimia lempung yang telah diselidiki di beberapa negara  disajikan  dalam Tabel  3 .  Semua  jenis  lempung  baik  itu  lempung  dari  lahan  gambut maupun bukan  yang disajikan dalam tabel-tabel tersebut memiliki  kandungan silica  yang  lebih tinggi dibanding senyawa yang lain. Disamping itu, terdapat kandungan alumina dari lempung- lempung  tersebut  juga  cukup  besar  dan  oksida  besi  walaupun  dalam  kadar  yang  relatif  tidak terlalu besar dibandingkan dengan kadar alumina dan silika. Hal tersebut menjadi dugaan bahwa lempung  gambut  berpotensi  menjadi  koagulan  ataupun  koagulan  bantu  karena  silika  maupun aluminium ataupun besi ini berperan dalam proses koagulasi.

## Tabel 2
Komposisi kimia lempung gambut Kecamatan Gambut, Kalimantan Selatan (Laboratorium Pusat Survei Geologi, 2008)
Oksida Jumlah (%berat) Elemen Jumlah (%berat) SiO 2 56,78 Si - TiO 2 1 Ti 0,6 Al 2 O 3 15,99 Al 8,46 Fe 2 O 3 3,7 Fe 2,59 MnO 0,0168 Mn 0,013 CaO 0,0643 Ca 0,0460 MgO 0,530 Mg 0,32 Na 2 O 0,306 Na - K 2 O 0,734 K - P 2 O 5 0,0368 P - SO 3 3,03 S - LOI 17,6 - -

## Tabel 3

## Komposisi kimia lempung dari beberapa Negara
Negara Daerah
S iO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Na 2 O C a O M g O M n O T iO 2 K 2 O P 2 O 5 L O I KTK (meq/ 100g) S BET (m 2 / g) Sumber Turki Hasandede 52,3 8,1 3,1 5,45 3,50 12,77 0,05 0,33 1,73 0,10 Demirci et al ., 1998 Keskin 49,1 18,7 10,9 1,01 3,12 2,98 0,02 0,67 0,26 0,03 Demirci et al ., 1998 Erzurum 46,3 23,7 21,6 8,4 30,0 Gürses et al ., 2006 Celtek 59,5 14,9 5,2 0,98 4,75 1,98 0,73 2,45 8,73 Sari et al ., 2007 Mongolia Tuulan 74,3 15,1 1,6 1,06 3,32 3,59 0,95 31,3 Temuujin et al ., 2004 Algeria Maghnia 69,4 14,7 1,2 0,50 0,30 1,07 0,16 0,79 11,0 Zermane et al ., 2004 Yordania Azraqarea 59,6 13,7 8,3 0,68 1,15 2,33 1,61 2,07 0,05 10,47 Salman et al ., 2007 Pakistan Kheora (Punjab) 52,3 18,7 5,9 0,79 3,22 4,68 0,59 1,33 11,86 Tahir dan Naseem, 2006 Indonesia Lokasi I * 80,0 4,3 2,4 0,70 0,14 0,40 0,47 0,36 11,25 11,20 Mahmud dan Notodar- modjo,
2007
Lokasi II 72,2 13,6 2,41 0,41 0,28 0,32 0,64 0,67 9,39 12,80 Lokasi III 70,1 14,6 3,07 0,80 0,21 0,78 0,45 0,62 9,41 19,60 Lokasi IV 60,3 22,7 2,63 1,23 0,56 0,41 1,20 1,54 9,45 13,40
* : Lokasi I, II, III, dan IV berada di Landasan Ulin Kalimantan Selatan, dengan jarak ± 500 meter satu sama lain LOI : Lost of Ignition (hilang akibat pembakaran) KTK  : Kapasitas Tukar Kation
Penelitian  ini  bermaksud  untuk  meneliti  aktivasi  lempung  yang  berasal  dari  lahan gambut  dengan  metode  kalsinasi  menggunakan  alat  pemanas  ( muffle  furnace )  dan ekstraksi/pelindian  alumina dari  lempung dengan menggunakan asam sulfat. Sedangkan tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengamati  karakteristik  lempung  lahan  gambut,  mengetahui
efisiensi  penggunaan  lempung  lahan  gambut  sebagai  koagulan  cair,  dan  memberikan  usulan lempung  lahan  gambut  sebagai  salah  satu  alternatif  koagulan  untuk  pengolahan  limbah  cair berwarna.

## 2. METODOLOGI

## Pengambilan Lempung Gambut
Lokasi  pengambilan  lempung  yang  akan  dijadikan  sebagai  bahan  baku  untuk pembuatan  koagulan  cair  terletak  di  Kecamatan  Gambut,  Kalimantan  Selatan  tepatnya  pada lokasi 4 seperti ditunjukkan pada Gambar 1 .
Gambar 1 . Peta Lokasi Sampling.
Gambar  2 dan Gambar memperlihatkan sampling  lempung  pada  lahan  gambut  ini menggunakan  alat  khusus  dengan  metode hand  boring yang  pengambilannya  dilakukan  pada kedalaman 2 meter dari permukaan tanah

## Percobaan Pendahuluan
Percobaan  pendahuluan  yang  dilakukan  meliputi  proses  pengeringan  sampel  yang  dilakukan dengan  pemanasan  pada  suhu  105˚C  pada  oven,  pengetesan  alat  ayak  ( sieve ),  dan  proses ekstraksi, yaitu dengan menggunakan pemanasan maupun tanpa pemanasan serta % berat asam dan waktu ekstraksi yang sama dengan temperatur ekstraksi yang berbeda dan cara pemanasan pada proses ekstraksi, yaitu dengan pemanasan langsung pada hot plate ( Percobaan 1 ) maupun pemanasan tidak langsung yaitu dengan direbus di dalam air yang mendidih ( Percobaan 2 ).

## Proses Pembuatan Koagulan Cair dan Analisis Laboratorium
Lempung  gambut  yang  diperoleh  dari  lokasi  4,  Kecamatan  Gambut,  Kalimantan  Selatan dikeringkan  untuk  mengurangi  kadar  air  di  dalamnya  sehingga  dapat  memudahkan  proses gerinda  dan  pengayakan.  Setelah  dikeringkan,  lempung  tersebut  digerinda  (digerus)  dengan menggunakan  mortar  porselin.  Lempung  yang  telah  digerinda  ditempatkan  pada ayakan/saringan  kemudian  secara  mekanik  digoyang-goyang  selama  5  menit  dengan  nomor mesh 20, 40, 70, 100, 140, dan 200 (standard ASTM). Untuk ukuran sampel yang lebih  besar, digerinda  lagi  kemudian  disaring  lagi  dengan  ukuran  yang  sama.  Prosedur  ini  diulang  lagi sampai  seluruh  sampel  lempung  gambut  lolos  saringan  tersebut.  Sampel  lempung  yang  telah digerinda  selanjutnya  dikalsinasi  dengan  menggunakan muffle  furnace pada  temperatur  700  C dan  800  C.  Kamudian  sampel  tersebut  diekstraksi  dengan  asam  sulfat  dengan  konsentrasi  2N, menggunakan syarat asam stoikiometri, selama 30 menit pada kisaran suhu antara 90°C- 100°C.
Setelah  itu,  sampel  disaring  dengan  menggunakan  kertas  saring.  Setelah  disaring,  sampel tersebut dilakukan pengenceran sebelum mengukur kadar Al yang ada di dalam larutan tersebut. Pengukuran  Al  dilakukan  dengan  menggunakan AAS seri flame ( Avanta  Flame  Atomisation System ),  sedangkan  Fe  dengan  menggunakan  spektrofotometer.  Setelah  memperoleh  kadar  Al dan Fe dari  tiap ukuran mesh maka dipilih ukuran mesh optimum yaitu  ukuran mesh  lempung yang  menghasilkan  kadar  Al  dan/atau  Fe  terbesar  dan  temperature  kalsinasi  yang  optimum. Setelah  memperoleh  data  mesh  optimum  kemudian  dilakukan  variasi  konsentrasi  asam  untuk memperoleh kadar Al dan/atau Fe yang optimum.
Gambar 2 . Alat untuk Hand boring
Gambar 3 . Proses Pengambilan Lempung Gambut.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN PERCOBAAN PENDAHULUAN
Pengeringan  sampel  pada  suhu  105˚C  bertujuan  untuk  mengurangi  kadar  air  dalam lempung  gambut agar lempung tersebut lebih mudah untuk digerinda dan diayak. Karena  pada saat sampel lempung  tersebut masih dalam kondisi basah maka  lempung tersebut akan lengket sehingga  sulit  untuk  digerinda  dan  akan  melekat  pada  ayakan.  Setelah  mencoba  mengayak dengan menggunakan ayakan yang bukan berdasarkan standar ASTM, diameter lempung tidak dapat  dipisahkan  sesuai  dengan  ukurannya.  Jadi  masih  terdapat  butiran  lempung  yang  tidak berada  pada  tempatnya  (berbagai  macam  ukuran  butiran  lempung  masih  ada  yang  tercampur dalam satu wadah ayakan pada ukuran mesh yang sama). Tapi saat menggunakan sieve dengan standar ASTM, macam ukuran diameter lempung dapat terpisah sesuai dengan ukurannya.
Proses  ekstraksi  Al  dan  Fe  dengan  menggunakan  asam  sulfat  pada  lempung  gambut dengan pemanasan jauh lebih optimal dibandingkan tanpa pemanasan. Hal tersebut dapat dilihat dari  perbedaan  warna  larutan  yang  muncul  setelah  proses  ekstraksi.  Pada  sampel  yang mengalami  pemanasan  warna  sampel  akan  berubah  menjadi  hijau.  Hal  tersebut mengindikasikan Fe yang terdapat dalam lempung gambut mengalami aktivasi sedangkan tanpa pemanasan  aktivasi  Fe  pada  lempung  masih  kurang  optimal  hal  itu  ditandai  dengan  warna larutan  sampel  yang  tetap  bening.  Hal  tersebut  juga  berlaku  untuk  Al.  Pada  proses  ekstraksi dengan menggunakan pemanasan akan muncul larutan/kristal berwarna putih yang   merupakan Al dan dapat dilihat secara fisik sedangkan tanpa pemanasan pada larutan sampel tidak terlihat warna putih. Hal itu juga  terkait dengan titik lebur  Al dan  Fe  yang berada di atas suhu 100˚C. Oleh karena itu proses ekstraksi pada percobaan selanjutnya dilakukan dengan pemanasan.
Pada  percobaan  pendahuluan  juga  dilakukan  perbandingan  proses  ekstraksi  dengan menggunakan % berat asam dan waktu ekstraksi yang sama untuk mengetahui seberapa banyak kadar Al dan Fe yang dapat terekstraksi dengan temperatur ekstraksi yang berbeda. Berdasarkan data  yang  diperoleh  secara  kualitatif  semakin  tinggi  temperatur  maka  proses  ekstraksi  akan semakin cepat. Namun, jika pemanasan dilakukan diatas suhu 100°C maka air yang terkandung dalam larutan akan cepat menguap. Sedangkan koagulan yang akan dibuat  memiliki komponen uap  air  didalamnya  karena  koagulan  yang  dibuat  merupakan  koagulan  cair  yang  secara  umum memiliki formula kimia berupa Al2SO4. xH2O .

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN PERCOBAAN UTAMA
Temperatur  kalsinasi  yang  digunakan  adalah  700°C  dan  800°C.  Pada  kedua  macam suhu tersebut terdapat perbedaan kadar Al dan Fe yang terekstraksi. Hal itu menunjukkan bahwa temperatur  kalsinasi  berpengaruh  pada  kadar  Al  dan  Fe  dalam  lempung  yang  terekstraksi.  Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 4 , Gambar 5 , dan Gambar 6 .

## Percobaan 1
Gambar 4 . Pengaruh Diameter Lempung terhadap Kadar Al pada Konsentrasi H 2 SO 4 2N.
Konsentrasi  asam  sebesar  2N  untuk  ekstraksi  Al  dan  Fe  dalam  lempung  digunakan untuk memenuhi kebutuhan asam secara stoikiometri. Sedangkan konsentrasi asam sebesar 4N dipilih untuk memenuhi konsentrasi asam yang relatif tinggi dan pada waktu yang  sama  untuk menjaga fluiditas dari campuran yang dihasilkan. Pada konsentrasi asam sulfat yang sama yaitu 2N dan ukuran mesh yang sama yaitu 40 jumlah Al yang terekstraksi pada temperature kalsinasi 700°C sebesar 2.850,82 ppm sedangkan pada temperatur kalsinasi 800°C sebesar 4.006,46 ppm.
Sedangkan pada konsentrasi asam sulfat yang sama yaitu 4N dan ukuran mesh yang sama yaitu 40  jumlah  Al  yang  terekstraksi  pada  temperatur  kalsinasi  700°C  sebesar  5.071,08  ppm sedangkan  pada  temperatur  kalsinasi  800°C  sebesar  4.228,86  ppm.  Hal  tersebut  menunjukan bahwa  konsentrasi  asam  4N  jauh  lebih  optimum  dibandingkan  dengan  konsentrasi  asam  sulfat 2N.
Pada  percobaan  pertama  jumlah  Al  yang  terekstraksi  lebih  sedikit  daripada  percobaan kedua seperti terlihat pada Gambar 6 . Hal tersebut menunjukkan bahwa pada percobaan kedua kadar  Al  yang  terekstraksi  lebih  besar  karena  pemanasan  terjadi  secara  merata.  Sehingga  Al yang terdapat pada setiap butiran lempung dapat terekstraksi.

## Percobaan 2

## (b)
Gambar 5. Pengaruh Diameter Lempung terhadap Kadar Al (a) Pengaruh Diameter Lempung terhadap Kadar Fe (b) pada Konsentrasi H2SO4 2N.
Gambar 6 . Pengaruh Cara Ekstraksi terhadap Kadar Al Pada Suhu Kalsinasi 700°C (a) Pada Suhu Kalsinasi 800°C (b) dengan Konsentrasi H2SO4 2N.

## 5. KESIMPULAN
Bahan  baku  lempung  gambut  diperoleh  dari  Kecamatan  Gambut,  Kalimantan  Selatan. Pada  lempung  ini  mengandung  kadar  Al  dan  Fe  sebesar  8,46  %berat  dan  2,59  %berat (Laboratorium  Pusat  Survei  Geologi  Bandung,  2008).  Untuk  memperoleh  Al  dan  Fe  dari lempung  tersebut  dalam  bentuk  koagulan  cair  dilakukan  dengan  melakukan  ekstraksi  pada lempung  dengan  menggunakan  asam  sulfat  (H2SO4).  Hasil  pengukuran  pada  percobaan pertama  menunjukkan  kadar  Al  terbesar  yang  terdapat  dalam  proses  pembuatan  koagulan  cair pada  ukuran  mesh  40  (diameter  lempung  0,425  mm)  dengan  suhu  kalsinasi  700°C  dan konsentrasi asam sebesar 4N yaitu sebesar 5.071,08 ppm. Hasil pengukuran Al pada percobaan kedua menunjukkan kadar Al dan Fe terbesar terdapat pada ukuran mesh yang paling kecil yaitu mesh 20 (diameter lempung 0,85 mm) pada temperatur kalsinasi 700°C yaitu 7480,78 ppm dan 1475,51  ppm.  Baik  pada  percobaan  pertama  maupun  percobaan  kedua  menunjukkan  bahwa pada  suhu  kalsinasi  700°C  kadar  Al  yang  Fe  yang  terekstraksi  relatif  lebih  besar  dan  semakin kecil ukuran mesh maka kadar Al dan Fe yang terekstraksi akan semakin besar.

## KETERANGAN
Penelitian ini dibiayai oleh Program Penelitian Hibah Bersaing, DIKTI 2009-2010.

## DAFTAR PUSTAKA
Crittenden John, et al. 2005. Water Treatment Principles and Design 2nd edition . MWH; John Wiley&sons, Inc. GÜrses Ahmet, MehmetyalÇin1 and Cetin Dogar. 2003. Removal of Remazol Red RB by Using Al (III) as Coagulant-Flocculant: Efect of Some Variables on Settling Velocity . Turkey. Kuusik, R and L. Viisimaa. 1999. A New Dual Coagulant for Water Purification . Vol. 33, No.9, pp. 2075-2082. Elsevier Science Ltd. Britain. Li Ling, et al. 2009. Production of a New Wastewater Treatment Coagulant from Fly Ash with Concominant Flue Gas Scrubbing . United State. Poulin,  Edith,  Jean  F.  B,  and  Guy  M.  2008. Transformation  of  Red  Mud  from  Aluminium Industry into a Coagulant for Wastewater Treatment . Canada.
Zahrani, A.A and M.H Abdel M. 2004. Production of Liquid Alum Coagulant from Local Saudi Clays . Sci, vol.15 no.1, pp. 3-17 (1425 A.H/2004 A.D). JKAU: Eng.