E-ISSN:
2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 6, Juni 2022

## SINTESIS  DAN  KARAKTERISASI  STRUVITE  DARI  BAT  GUANO  DENGAN MENGGUNAKAN REAKTOR KOLOM SEKAT

## Adhi Kamanjaya, Ilham Rahmat Hidayat, Sutiyono
Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur, Indonesia Email: 18031010209@student.upnjatim.ac.id, 18031010177@student.upnjatim.ac.id, sutiyono.tk@upnjatim.ac.id

## Abstrak
Bat  Guano  adalah  bahan  organik  yang  bersumber  dari  kotoran  kelelawar  dan burung  laut  dan  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pupuk.  Provinsi  Jawa  Tengah merupakan deposit bat guano terbesar yang dapat mencapai 10 juta ton/tahun. Hal ini  menimbulkan  permasalahan  baru  berupa  bat  guano  yang  menumpuk  tanpa adanya  proses  pengolahan  di  wilayah  ini.Sehingga  diperlukan  pengolahan  bat guano salah satunya yaitu bisa dijadikan sebagai struvite. Tujuan dari penelitian ini untuk  memperoleh  struvite  sebagai  bahan  baku  pupuk  dengan  memanfaatkan sumber  ion  NH 4 + dan  PO 4 3- dari  limbah  bat  guano.  Penelitian  ini  berjalan  dengan laju  aliran  udara  0,5  L/  menit  dengan  variasi  suhu  20,25,30,35 0 C  dan  variasi  pH 8,9,10,11. Kondisi optimum pembentukan struvite yaitu pada suhu kamar dan pada pH sekitar 8-9. Hasil terbaik yang diperoleh dalam penelitian ini adalah pada suhu 30 0 C dan pH 9. Hasil sinar XRD menunjukan adanya peak pada struvite dan hasil SEM pada kristal yang diuji berbentuk partikel bulat.
Kata Kunci : bat guano; struvite; kristalisasi

## Abstract
Bat Guano is an organic material sourced from bat and seabird droppings and can be used as fertilizer. Central Java province is the largest guano deposit which can reach 10 million tons/year. This raises a new problem in the form of bat guano that accumulates  without  any  processing  in  this  area.  So  it  is  necessary  to  process guano,  one  of  which  can  be  used  as  struvite.  The  purpose  of  this  study  was  to obtain struvite as a fertilizer raw material by utilizing the source of NH 4 + and PO 4 3- ions from guano bat waste. This research was carried out with an air flow rate of 0.5  L/min  with  a  temperature  variation  of  20,25,30,350C  and  a  pH  variation  of 8,9,10,11.  The  optimum  conditions  for  the  formation  of  struvite  are  at  room temperature and at a pH of around 8-9. The best results obtained in this study were at a temperature of 300C and pH 9. The XRD ray results showed a peak in struvite and the SEM results in the tested crystals were in the form of spherical particles.
Keywords: bat guano;struvite;kristalisasi

## Pendahuluan
Bat  Guano adalah  bahan  organik  yang  bersumber  dari  kotoran  kelelawar  dan burung laut dan dapat dimanfaatkan sebagai pupuk tanaman, fungisida, nematosida dan aktivator  kompos  (Shetty  et.al,  2013).  Provinsi  Jawa  Tengah  merupakan  deposit bat guano terbesar  yang  dapat  mencapai  10  juta  ton/tahun (Idris,  2007) .  Hal  ini menimbulkan  permasalahan  baru  berupa bat  guano yang  menumpuk  tanpa  adanya proses pengolahan di wilayah ini. Struvite (NH 4 MgPO 4 ·6H 2 O) merupakan kristal putih hasil reaksi antara ion Mg 2+ , NH 4 + dan PO 4 3- dengan perbandingan molar 1:1:1 (Robiah, 2020) . Struvite memiliki reaksi ion sebagai berikut :
Mg 2+ + NH 4 + + PO 4 3- + 6H2O → NH 4 MgPO 4 ·6H 2 O
Struvite terbentuk melalui proses pengendapan yang melibatkan proses fisik-kimia membentuk  endapan  yang  dapat  dipisahkan  dari larutan (Adiman,2020) .  Pembentukan struvite sangat dipengaruhi oleh nilai pH. Menurut (Doyle, 2000) pembentukan struvite terjadi antara rentang pH 7 hingga 11. Reaktor yang digunakan dalam proses pembuatan struvite  yaitu  reaktor  kolom  sekat  yang  prosesnya  berjalan  secara kontinyu .  Reaktor sekat  yang  digunakan  berbentuk  vertikal  sebagai  tempat  terbentuknya  kristal  struvite sesuai  dengan  reaktor  yang  digunakan.  Pada  reaktor jenis ini  digunakan  udara  sebagai pengaduk  pada  aliran  yang  ada  di  dalam  vertical  reaktor  tersebut,  sehingga  MAP (Magnesium Amonium Phospate) yang ada di dalam reaktor dapat homogeny (Adiman, Feriyanto,  &  Edahwati,  2020) .  Pengadukan  pada  reaktor  kolom  bersekat  dibantu  oleh udara  yang  masuk  dari  kompresor  udara  yang  dilengkapi  dengan  regulator  rate  udara. Sekat  yang  dirancang  dalam  reaktor  ini  bertujuan  untuk  pemecah  gelembung- gelembungair yang berasal dari udara (Sutiyono et all , 2016) .
1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pembentukan Struvite
Derajat keasaman atau pH merupakan faktor penting dalam pembentukan struvite (Ronteltap,  2007) .  Struvite  terjadi  pada  kondisi  basa  dengan  pH  antara  6,5  –  10 (Bowers, 2004) .
Aliran  udara  digunakan  untuk  meningkatkan  kecepatan terjadinya  reaksi.  Aliran udara menyebabkan terjadinya   homogenitas pada sebuah larutan (Darmadi 2014) . Agitasi  (pengadukan)  sering  digunakan  dalam  proses  kristalisasi  untuk menghasilkan  kristal.  dkk.  Dengan  dilakukannya  pengadukan,  bentuk  dan  ukuran kristal  yang  dihasilkan  cenderung  homogen,  semakin  tinggi  kecepatan  pengadukan yang  digunakan  maka  semakin  tinggi  pula  kemurnian  dan yield kristal  yang dihasilkan (Khairunisa, Lita F., Asri W., 2019) .
2. Proses Pembentukan Kristal Struvite
Kristalisasi  adalah  proses  pembentukan  bahan  padat  dari  pengendapan larutan,melt  (campuran  leleh) (McCabe,  1985) Pembentukan  kristal  struvite  dari sebuah  limbah,  sintesis  dapat  dilakukan dengan  menggunakan reactor  fluidized  bed (Shih,2017) .  Sehingga  untuk  reaksi  sintesis  struvite  dari  limbah bat  guano dapat ditunjukkan dari gambar berikut:
Kandungan Bat Guano
P 2 O 5 + H 2 O
H 3 PO 4
NH 3 + + H 2 O NH 4 + + OH -
Bahan Kimia Mg 2+ +2Cl - MgCl 2 Dimana H 3 PO 4 , NH 4 OH, dan MgCl 2 direaksikan sehingga menjadi : MgCl 2 + H 3 PO 4 + NH 4 + + H 2 O MgNH 4 PO 4. 6H 2 O + 2HCl + H +
(Struvite)

## Metode Penelitian
1) Bahan
Bahan  yang  digunakan  adalah  limbah Bat  Guano sebagai  sumber  Fosfat  dan Amonium  dari  Goa  Petruk,  Kebumen.  Adapun  bahan  lainnya  adalah  magnesium klorida (MgCl 2 ) dan kalium hidroksida dengan konsentrasi 2 N sebagai pengatur pH, dimana kedua bahan kimia ini dibeli di Nirwana.
2) Prosedur
Larutan Bat  Guano ditambahkan  dari  atas  reaktor  mencapai  ¾  dari  ketinggian kolom bersamaan dengan MgCl 2 . Udara dimasukkan dari bawah kolom dengan rate udara sebesar 0,5 L/menit. Suhu diatur sesuai dengan variasi sebesar 20;25;30;35 ℃. KOH  2N  dimasukkan  sedikit  demi  sedikit  sesuai  dengan  variasi  pH  yang  telah ditentukan  yaitu  pH  8,9,10,11.  Proses  dijalankan  hingga  mencapai  kondisi steady state. Hasil endapan struvite yang terbentuk disaring dengan kertas saring Whatmaan kemudian dikeringkan pada suhu ruangan selama 48 jam dan ditimbang. Pengeringan menggunakan  oven  dihindari  karena  dapat  menyebabkan  perubahan  struktur presipitat  akibat  penguapan  ikatan  amonium  maupun  hidrat  (Laconi et  al., 2010). Kemudian dianalisa kadar Mg, PO 4 , dan NH 4 .
Karakterisasi  meliputi  uji  suhu,uji  pH,  uji  XRD,uji  XRF,uji  SEM  .Uji  XRD dilakukan  untuk  mengetahui  adanya  kristal  struvite.  Uji  XRF  dilakukan  untuk mengetahui  komposisi  struvite.  Uji  SEM  dilakukan  pada  produk  yang  memiliki presipitat hasil optimum. Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi ini.

## Gambar 1 Rangkaian Alat Reaktor Kolom Sekat

## Keterangan:
a) Tangki penampung Magnesium (MgCl 2 )
b) Tangki penampung
c) Kran pengtur laju Magnesium
d) Kran pengatur laju KOH
e) Boiler
f) Tangki penampung larutan keluar
g) Reaktor Kolom Sekat
h) Pompa air
i) Rotameter
j) Tangki penampung endapan
k) Pemanas jaket
l) Tangki penampung larutan overflow
m)Kran pengatur laju larutan keluar
n) Tangki penampung limbah kelelawar
o) Kran pengatur laju limbah kelelawar
p) Thermocontrol
q) Arus listrik

## Hasil dan Pembahasan
Hasil analisa XRF dapat dilihat melalui Tabel 1. dimana variabel yang dijalankan meliputi pH dan suhu. Data disajikan pada Tabel berikut:
pH Komponen Suhu (C) 20 25 30 35 8 P (%) 4,8 16 14,7 6,7 Mg (%) 16 5,7 5,3 4,9 9 P (%) 4,27 9,03 11,9 7,4 Mg (%) 18 18 11 8 10 P (%) 14,3 15,1 10,3 6,1 Mg (%) 6,2 5,7 7,2 4,35 11 P (%) 7,43 7,93 3,07 3,45 Mg (%) 4 4,8 7,5 5,9
Data diatas diperjelas dengan menggunakan gambar. Berikut gambar dari berbagai variabel.
1. Pengaruh Suhu dengan %berat P dan Mg

## Gambar 2 Grafik Hubungan antara Suhu Vs %P dan %Mg
Berdasarkan Gambar 2, grafik hubungan antara suhu dan % berat P dan & berat Mg diperoleh variasi dalam berbagai pH MAP. Hasilnya adalah bahwa kandungan % P dan % berat Mg dalam pembentukan struvite akan menurun pada suhu diatas suhu kamar.  Pada  setiap  suhu,  pH  yang  paling  besar  akan  menghasilkan  struvite  yang paling  sedikit,  seperti  yang  telah  dijelaskan  sebelumnya.  Suhu  berpengaruh  dalam pembentukan struvite. Apabila suhu yang diberikan terlalu besar maka pembentukan
kristal  menjadi  lebih  lambat  karena  proses  pencampuran  unsur  P  menjadi  kurang baik sehingga reaksi pembentukan struvite menjadi tidak stabil. Pada pH 10 dan 11 suhu  20 0 C,  terjadi  perbedaan  dalam  proses  reaksi  pembentukan  struvite.  Hal  ini dikarenakan  waktu  tinggal  dalam  proses  reaksi  juga  terjadi  perbedaan  pada  waktu tinggal seharusnya.

## Gambar 3 Grafik Hubungan antara pH Vs %P dan %Mg
Berdasarkan  Gambar  3,  grafik  hubungan  antara  pH  dan  %  berat  P  diperoleh variasi dalam berbagai suhu MAP. Berdasarkan grafik diatas dapat dikatakan bahwa kandungan  %  P  dalam  pembentukan  struvite  akan  menurun  pada  pH  yang  tinggi. Pengaruh  pH  larutan  merupakan  salah  satu  faktor  yang  paling  penting  untuk  proses reaksi  pembentukan  kristal  struvite.  Peningkatan  pH  larutan  diatas  pH  10 mengakibatkan  penurunan  kandungan  %  P  dalam  pembentukan  struvite.  Hal  ini dikarenakan  pada  pH  diatas  10  akan  cenderung  membentuk  impurities  sehingga menurunkan ketersediaan ion P yang dapat menurunkan produktivitas pembentukan kristal struvite. Pada suhu 20 0 C pH 8 dan 9, terjadi perbedaan dalam proses reaksi pembentukan  struvite.  Hal  ini  dikarenakan  waktu  tinggal  dalam  proses  reaksi  juga terjadi perbedaan pada waktu tinggal seharusnya.
Pada penelitian ini digunakan perbandingan rasio molar (Mg 2 :NH 4 + :PO 4 3- ) 1:1:1 dengan  mempertimbangkan  jumlah  kandungan  pada bat  guano seperti  magnesium sebesar ammonium sebesar 5,23 % dan pospat sebesar 17,67%. Menurut (Liu, 2009)
Semakin besar rasio molar maka efisiensi removal pospat juga akan semakin besar, akan  tetapi  kemurnian  struvite  yang  terbentuk  akan  menurun. (Liu,  2009) juga
menyatakan bahwa kelebihan ammonium akan menguntungkan dalam pembentukan struvite  karena  dapat  dipastikan  bahwa  presipitat  yang  akan  terbentuk  dalam  reaksi adalah  struvite.  Selain  itu,  efisiensi  removal  PO 4 3 meningkat  seiring  dengan meningkatnya  rasio  molar  NH4 + :  PO 4 3 .Jadi  hasil  dengan  perbandingan  rasio  molar (Mg 2 :NH 4 + :PO 4 3- )  1:1:1  saja  masih  mengandung  sedikit  struvite,  apalagi  jika menggunakan  rasio  molar  1:1:0  maka  struvite  tidak  terbentuk.  Hal  ini  disebabkan karena dalam bat guano masih mengandung banyak pengotor dan unsur lain seperti sulfur, kalsium, kalium, mangan, ferrum, cuprum, zinc, dysprosium, renium. Perbandingan rasio molar 1:1:1 didapatkan hasil terbaik pada suhu 30 0 C dengan pH 9, dengan jumlah kandungan magnesium sebesar 11% dan phosphate sebesar 11,9 %
2. Hasil XRD
komposisi kualitatif dari kristal dapat diidentifikasi dengan metode analisa XRD (Rahman  dkk,  2014) .  Hasil  analisa  dengan  metode  XRD  pada  pH  11  dengan  suhu 20 0 C ditunjukkan pada Gambar 3.

## Gambar 4 Hasil Analisa XRD (X-Ray Diffraction)
Dapat  dijelaskan  bahwa  material  struvite  telah  terbentuk.  Hal  ini  dibuktikan dengan  adanya  puncak  grafik  yang  berwarna  merah(pola  difraksi  struvite)  adapun grafik berwarna biru adalah pola difraksi dari endapan yang diuji. Puncak pada setiap pola difraksi struvite telah diisi oleh puncak pola difraksi endapan yang diuji. Akan tetapi  terdapat  beberapa  puncak  pada  kedua  pola  difraksi  yang  tidak  sesuai. Penyebabnya  adalah  endapan  yang  diuji  masih  tidak  murni  sepenuhnya  adalah struvite, endapan  yang  diuji  masih  mengandung  impuritis  dan  mengandung  mineral lain yang terbentuk selama proses kristalisasi (Prabhu and Mutnuri, 2014) .

## 3. Hasil SEM
Untuk  membuktikan  bentuk  kristal  struvite  maka  kita  perlu  melakukan  SEM analysis. Hasil analisa SEM adalah sebagai berikut:

## Gambar 4 Hasil Analisa SEM
Berdasarkan  teori  yang  ada  menurut (Fitriana  dkk,  2016) dikatakan  bahwa kristal struvite murni memiliki bentuk batang dengan ujung runcing, permukaannya bersih dan tanpa cacat. Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat karakteristik kristal struvite  yang  didapatkan  adalah  amorf  atau  tidak  beraturan.  Hal  ini  disebabkan karena dalam bat guano masih mengandung banyak pengotor dan unsur lain seperti kalsium,  kalium,  mangan,  tembaga,neudimium,molybdenum,europium,iterbium. Perbesaran  yang  digunakan  dalam  analisis  tersebut  peneliti  memilih  perbesaran 10,20,50,dan  100  µm  dengan  harapan  karakteristik  kristal  struvite  dapat  terlihat dengan  jelas  Karakteristik  kristal  struvite  tentu  saja  dipengaruhi  oleh  kandungan yang terdapat dalam kristal struvite tersebut.

## Kesimpulan
1. Suhu  yang  terbaik  dalam  pembentukan mineral  struvite  dari bat  guano adalah  pada suhu  30 0 C.  pH  yang  terbaik  dalam  pembentukan  mineral  struvite  dari bat  guano adalah pH 9.
2. Pada  kondisi  terbaik  yaitu  Ph  9  dan  suhu  30 0 C,  struvite  yang  dihasilkan  memiliki kandungan magnesium 11% dan phosphate 11,9 %.
3. Kristal struvite pada bat guano memiliki jenis kristal seperti partikel bulat berwarna putih yang tidak beraturan.

## BIBLIOGRAFI
Adiman,  Thareq  Muhammad  Fathan,  Feriyanto,  Ahmad,  &  Edahwati,  Luluk.  (2020). Mineral Struvite dari Batuan Dolomit dengan Reaktor Kolom Sekat. Jurnal Teknik Kimia , 14 (2), 85–91. Google Scholar
Ariyanto,  Eko,  Melani,  Ani,  &  Anggraini,  Tri.  (2015).  Penyisihan  Po4  Dalamair Limbah  Rumah  Sakit  Untuk  Produksi  Pupuk  Struvite. Prosiding  Semnastek . Google Scholar
Cahyana, Agus, Marzuki, Ahmad, & Cari, Cari. (2014). Analisa sem (scanning electron microscope) pada kaca tzn yang dikristalkan sebagian. Mathematics And Sciences Forum 2014 . Google Scholar
Darmadi, Darmadi. (2014). Pengolahan Limbah Cair Pabrik Pupuk Urea Menggunakan Advanced  Oxidation  Processes. Jurnal  Rekayasa  Kimia  &  Lingkungan , 10 (1). Google Scholar
Dhakal,  Sushmita.  (2008). A  laboratory  study  of  struvite  precipitation  for  phosphorus removal from concentrated animal feeding operation wastewater . Google Scholar
Farrah, Diba, Dkk. (2013). Peningkatan Kadar N,P,K Pada Pupuk Organik Cair dengan Bat Guano. Indo Journal Chem , 2 (1). Google Scholar
Idris,  Suwarno  dan  K.  (2007).  Potensi  dan  kemungkinan  penggunaan  guano  secara langsung  sebagai  pupuk  di  Indonesia. Jurnal  Tanah  Dan  Lingkungan , 9 (1),  37  – 43. Google Scholar
Khairunisa,  Lita  F.,  Asri  W.,  dan  Sarifah  N.  (2019).  Kajian  Pengaruhh  Kecepatan Pengadukan  terhadap  Rendemen  dan  Mutu  Kristal  Patchouli  Alcohol  dengan Metode  Cooling  Crystallization. Jurnal  Keteknikan  Pertanian  Tropis  Dan Biosistem , 7 (1). Google Scholar
Li, Bing, Boiarkina, Irina, Yu, Wei, Huang, Hai Ming, Munir, Tajammal, Wang, Guang Qian,  &  Young,  Brent  R.  (2019).  Phosphorous  recovery  through  struvite crystallization: challenges for future design. Science of the Total Environment , 648 , 1244–1256. Google Scholar
Liu,  J.  C.  (2009).  Recovery  of  phosphate  and  ammonium  as  struvite  from semiconductor  wastewater. Separation  and  Purification  Technology , 64 (3),  368– 373. Google Scholar
McCabe, Warren. (1985). L., Julian. C. Smith, and Peter Harriot. . Unit operations in chemical  engineering .  McGraw-Hill  book  company.  New  York,  NY. Google Scholar
Munasir,  Dkk.  (2012).  Uji  XRD  dan  XRF  Pada  Bahan  Meneral  (Batuan  dan  Pasir) Sebagau Sumber Material Cerdas (CaCO3dan SiO2). Jurnal Penelitian Fisika Dan Aplikasinya (JPFA) , 2 (1). Google Scholar
Rismaka. (2009). Crystallization from Metastable Region with Different Types of Seed Crystal. Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics , 30 (2). Google Scholar
Robiah,  A.  (2020).  Kinetika  Pembentukan  Struvite  Kristal  Menggunakan  Zeolit  Alam sebagai  Adsorben  pada  Aeration  Cone  Column  Crystallizer. Jurnal  Rekayasa Proses , 14 (1), 60–73. Google Scholar
Ronteltap,  M.  M.  (2007). Struvite  Precipitation  Thermodynamics  in  Source-Separated Urine (pp. 977–984). pp. 977–984. Water Research. Google Scholar
Septiani. (2020). Pengolahan Bittern sebagai Pembentuk Pupuk Struvite Menggunakan Reaktor Sekat Secara Sinambung . Google Scholar
Shetty  S,  Sreepada  KS,  Bhat  R.  (2013).  Effect  of  bat  guano  on  the  growth  of  Vigna radiata  L.  International  Journal  of  Scientific  and  Research  Publications. International Journal of Scientific and Research Publications . Google Scholar
Shih,  Y.-J.,  Abarca,  R.  R.  M.,  de  Luna,  M.  D.  G.,  Huang,  Y.-H.,  &  Lu,  M.  ..  (2017). Recovery of phosphorus from synthetic wastewaters by struvite crystallization in a fluidized-bed  reactor:  Effects  of  pH,  phosphate  concentration  and coexisting  ions (pp. 466–473). pp. 466–473. Chemosphere. Google Scholar
Susilawati. (2019). Dasar-Dasar Bertanam . Universitas Sriwijaya PRESS, Palembang. Google Scholar
Sutiyono,  S.,  Edahwati,  L.,  Muryanto,  S.,  Jamari,  J.,  &  Bayuseno,  A.  P.  (2018). Synthesis  of  Struvite  using  a  Vertical  Canted  Reactor  with  Continuous  Laminar Flow  Process. Journal  of  Physics:  Conference  Series , 953 (1),  12244.  IOP Publishing. Google Scholar

## Copyright holder:
Adhi Kamanjaya, Ilham Rahmat Hidayat, Sutiyono (2022)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: