Diberdayakan oleh Blogger.

Senin, 04 Oktober 2010

PENANGANAN LIMBAH INDUSTRI YANG MENGANDUNG LOGAM BERBAHAYA DENGAN METODE SOLIDIFIKASI MENGGUNAKAN SEMEN PORTLAND


KARYA TULIS ILMIAH


PENANGANAN LIMBAH INDUSTRI YANG MENGANDUNG
LOGAM BERBAHAYA DENGAN METODE SOLIDIFIKASI
MENGGUNAKAN SEMEN PORTLAND



Disusun Untuk Mengikuti Lomba Karya Tulis Mahasiswa (LKTM)
dalam Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) ke XVIII
di Universitas Andalas Padang, 11-15 Juli 2005


Bidang IPA






Oleh:

Retnaningsih Limastuti (023314001)
Artanti Melly Octaviani (013314767)
Elmi Hanifah (023314038)





PROGRAM STUDI KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2005

 

HALAMAN  PENGESAHAN


Karya Tulis Mahasiswa dengan Judul:

PENANGANAN LIMBAH INDUSTRI YANG MENGANDUNG
LOGAM BERBAHAYA DENGAN METODE SOLIDIFIKASI
MENGGUNAKAN SEMEN PORTLAND

Disusun oleh:
     Retnaningsih Limastuti     NIM. 023314001
     Artanti Melly Octaviani     NIM. 013314767
     Elmi Hanifah                      NIM. 023314038


dinyatakan sah untuk mengikuti
Lomba Karya Tulis Mahasiswa (LKTM) 2005
dalam Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) ke XVIII

Bidang IPA


 

Yogyakarta, 28 Juni  2005


                     Menyetujui,
               Dosen Pembimbing,                                                       Ketua Tim,



Prof. Anti Kolonial Prodjosantoso Ph.D                           Retnaningsih Limastuti

                 NIP. 131475761                                                      NIM. 023314001


Mengetahui,

            Pembantu Rektor III UNY,                               Pembantu Dekan III FMIPA UNY,                                        



               Dr. Herminarto Sofyan                                        Suyoso, M.Si      
                    NIP. 130681037                                            NIP. 131656348

 

KATA PENGANTAR


Tidak ada kata yang lebih indah selain lafadz kesyukuran atas kasih sayang Sang Pencinta dan Pemberi Petunjuk, sehingga setelah mengerahkan segenap energi untuk berikhtiar kami dapat menuliskan sedikit dari kebesaran ilmu-Nya dalam sebentuk karya ini. Tidak lupa ungkapan kebahagiaan dan terima kasih kami persembahkan kepada:
  1. Ayahanda dan Ibunda tercinta yang senantiasa berdoa dan berusaha untuk kemudahan belajar kami selama ini.
  2. Bapak Prof. Anti Kolonial Prodjosantoso, Ph.D. yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing kami dengan sabar.
  3. Bapak Dr. Herminarto Sofyan dan Bapak Suyoso, M.Si selaku Pembantu Rektor III UNY dan Pembantu Dekan III FMIPA UNY yang senantiasa mendukung dan memotivasi kami untuk selalu berkarya.
  4. Bapak Ibu Tim Pokja Penalaran UNY dan Bagian Kemahasiswaan UNY yang telah memberikan evaluasi dan saran yang sangat berharga untuk perbaikan karya ini.
  5. Bapak Dr. Senam; Ibu Retno Arianingrum, M.Si; Ibu Das Salirawati, M.Si; Ibu Diah Purwaningsih,S.Si; Bapak Pujiyanto, S.Pd; dan Ukhti Dwis yang bersedia meluangkan waktu untuk berdiskusi dan memberikan saran-saran, serta mengobarkan semangat kami untuk senantiasa memberikan yang terbaik.
  6. Akh Yudi yang dicintai Allah, terima kasih atas kesabaran dan kontribusi dalam Tim Solid ini. Semoga ada berkah di setiap tetes peluh yang tertumpah, dan tetaplah semangat untuk berkarya tanpa batas masa.
  7. Sahabat-sahabat di Centre Of Excellent Student UNY, KSI MIST, UKM Penelitian, HASKA JMF FMIPA UNY, UKKI JAM UNY, dan BEM REMA UNY, serta teman-teman Prodi Kimia angkatan 2001 dan 2002 yang telah memberikan energi di sepanjang perjuangan menuju PIMNAS 2005. Insya Allah karya sederhana ini adalah salah satu jalan dakwah kami untuk menyampaikan kebesaran ilmu-Nya.
  8. Teman-teman KKN di Ngelo dan Nglingi Pakem Sleman (terutama Pak Ketua yang murah senyum) dan teman-teman proyek penelitian Student Union Grant 2005. Terima kasih atas izin yang telah diberikan untuk meninggalkan lokasi dan laboratorium.
  9. Semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tak langsung, sehingga karya sederhana ini dapat terselesaikan.
Mungkin tidak cukup sekedar rangkaian kalimat terima kasih untuk membalas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan, harapan dan doa kami semoga amal baik kita mendapatkan balasan yang lebih baik lagi dari Sang Pemberi Nikmat.
Tiada gading yang tak retak, sungguh karya ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki  karya-karya berikutnya. Semoga dapat memberikan kontribusi bagi kemaslahatan umat.


Penyusun

DAFTAR ISI


                                                                                                            HALAMAN
JUDUL…………………………………………………………….
i
HALAMAN PENGESAHAN…………………………………….
ii
KATA PENGANTAR…………………………………………….
iii
DAFTAR ISI……………………………………………………...
iv
DAFTAR GAMBAR……………………………………………...
v
DAFTAR TABEL ………………………………………………..
vi
RINGKASAN……………………………………………………..
vii
BAB I.  PENDAHULUAN
A.  Latar Belakang…………………………………………..
B.  Perumusan Masalah……………………………………..
C.  Tujuan Penulisan………………………………………...
D.  Manfaat Penulisan………………………………………

1
3
4
4
BAB II.  TINJAUAN PUSTAKA
A.  Deskripsi Teori………………………………………….
B.  Penelitian yang Relevan…………………………………
C.  Kerangka Berfikir……………………………………….

5
12
13
BAB III.  METODE PENULISAN……………………………….
15
BAB IV.  PEMBAHASAN……………………………………….
17
BAB V.  SIMPULAN DAN SARAN
A.  Simpulan………………………………………………...
B.  Saran…………………………………………………….

30
30
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………..
31
BIODATA PENULIS





















 

 

DAFTAR GAMBAR



GAMBAR


HALAMAN
Gambar  1.  Skema Penulisan Karya Tulis……………………....
16

Gambar  2.  Skema Proses Anhidrasi………………………….....
18

Gambar  3.  Skema Proses Hidrasi…………………………….....
19

Gambar  4.  Struktur Satuan Unit Sel Trikalsium Aluminat…….............................................................


20
Gambar  5.  Struktur Trikalsium Aluminat yang Tersubstitusi  Oleh Logam Berbahaya……......................................

23

Gambar  6.  Sebagian dari Kenampakan Struktur Hidrogarnet  Sr3Al2(O4H4)3. ……….................................................


25


























 


DAFTAR TABEL



TABEL


HALAMAN
Tabel 1. Jenis limbah industri yang mengandung logam berbahaya…......................................................................


7
Tabel 2. Efisiensi penstabilan Cr (%) dalam matriks semen dan semen limbah……………………………………………



9
Tabel 3. Komponen Penyusun Klinker (P.T Semen Cibinong Tbk, Cilacap)……………………………………………



11


 





























RINGKASAN


PENANGANAN LIMBAH INDUSTRI YANG MENGANDUNG
LOGAM  BERBAHAYA DENGAN METODE SOLIDIFIKASI

MENGGUNAKAN SEMEN PORTLAND


Oleh: Retnaningsih Limastuti, Artanti Melly Octaviani, Elmi Hanifah
Pembimbing: Prof. Anti Kolonial Prodjosantoso, Ph.D.
Program Studi Kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta

Masalah limbah menjadi salah satu perhatian masyarakat dan pemerintah Indonesia terutama sejak banyak industri yang dibangun di kota-kota besar. Limbah dari berbagai industri biasanya banyak mengandung logam yang dapat membahayakan kehidupan makhluk hidup. Contoh beberapa logam berbahaya yaitu antimon (Sb), arsen (As), kadmium (Cd), kromium (Cr), kobal (Co), tembaga (Cu), timbal (Pb), merkuri (Hg), nikel (Ni), seng (Zn), stronsium (Sr), dan selenium (Se). Logam tersebut terdapat pada bahan industri dan limbah yang dihasilkan serta sangat berbahaya bila ditemukan dalam konsentrasi tinggi pada lingkungan karena mempunyai sifat yang merusak jaringan tubuh makhluk hidup. Pencemaran lingkungan oleh logam berbahaya dapat terjadi jika pihak industri tidak memperhatikan keselamatan lingkungan dalam penanganan limbah. Beberapa contoh kasus pencemaran lingkungan yang muncul pada beberapa waktu terakhir ini misalnya kasus pencemaran Teluk Buyat, Kali Surabaya, Teluk Jakarta, dan Pantai Balikpapan. Pengolahan limbah industri akan menghasilkan limbah berupa lumpur yang hanya dibuang di sungai atau ditimbun ke tanah, padahal limbah ini mengandung logam yang membahayakan lingkungan. Oleh karena itu diperlukan adanya alternatif metode penanganan untuk membuat agar limbah tersebut tidak berbahaya, atau bahkan dapat dimanfaatkan.

Semen Portland selain dapat dipakai sebagai bahan dasar bangunan juga dapat digunakan untuk menstabilkan logam dalam limbah yang mengandung logam berbahaya. Metode solidifikasi menggunakan semen Portland dapat menstabilkan logam berbahaya sehingga menjadi tidak berbahaya. Solidifikasi limbah padat berbagai industri dapat dilakukan dengan 2 proses, yaitu proses anhidrasi dan proses hidrasi. Proses anhidrasi yaitu proses homogenisasi antara limbah dengan semen Portland tanpa menggunakan air. Limbah pada proses anhidrasi ini dijadikan sebagai bahan tambahan pembuatan semen dan dibakar pada suhu 1100oC bersama dengan lempung (tanah liat) dan batu gamping. Proses ini akan menghasilkan serbuk semen-limbah yang dapat ditambahkan air untuk dicetak menjadi paving blok, batako, tiang listrik, dan produk lain yang terbuat dari semen. Proses hidrasi yaitu proses homogenisasi antara limbah dengan bahan penstabil dengan menggunakan air. Limbah pada proses hidrasi dicampurkan dengan semen Portland dan air dengan komposisi tertentu. Proses yang kedua ini lebih mudah dilakukan dibandingkan dengan proses anhidrasi, karena dapat dilakukan secara umum dengan proses yang lebih sederhana.

Ditinjau dari aspek kimiawi, pada proses hidrasi spesies logam akan terjebak dalam pori-pori matriks semen yang terbentuk selama proses pengerasan pasta semen berlangsung. Berbeda dengan proses anhidrasi yang dilakukan pada suhu  1100oC, logam berbahaya akan terstabilkan dalam komponen-komponen semen, salah satunya yaitu trikalsium aluminat (Ca3Al2O6). Pada proses ini logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 akan terstabilkan dalam struktur Ca3Al2O6 dan membentuk larutan padat Ca3-xMxAl­2O6, Ca3Al2-yLyO6 dan Ca3-xMxAl­2-y­­­­LyO6 (M = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 sebanyak x, sedangkan L = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +3 sebanyak y) yang memiliki struktur serupa dengan struktur awal Ca3Al2O6 serta bersifat stabil. Logam yang memiliki bilangan oksidasi +2 akan mensubstitusi posisi Ca sehingga terbentuk larutan padat dengan struktur Ca3-xMxAl­2O6. Logam yang memiliki bilangan oksidasi +3 akan menggantikan posisi Al yang memiliki bilangan oksidasi +3 pula, sehingga terbentuk larutan padat dengan struktur Ca3Al2-yLyO6. Logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 secara bersamaan masing-masing dapat mensubstitusi posisi Ca dan Al membentuk struktur hidrogarnet Ca3-xMxAl­2-y­­­­L­­yO6. Struktur ini memiliki kesamaan sifat dengan kedua larutan padat Ca3-xMxAl­2O6 dan Ca3Al2-yLyO6. Logam berbahaya dalam matriks semen tidak mudah terluluh kecuali dengan adanya pemanasan pada suhu 1100oC seperti pada awal pembentukan larutan padat, atau penghancuran matriks semen seperti pada uji Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP). Logam berbahaya ini juga dimungkinkan dapat terstabilkan dalam komponen semen Portland lainya seperti dikalsium silikat (Ca3SiO4), trikalsium silikat (Ca3SiO5), dan tetrakalsium aluminoferit (Ca4Al2Fe2O10) karena reaksi yang berlangsung sangat rumit/ kompleks. Hidrasi larutan padat sangat cepat dan menghasilkan produk kristalin senyawa hidrogarnet [Ca3-xMxAl­2(O4H4)3] [Ca3Al­2-yLy(O4H4)3], dan [Ca3-xMxAl­2-yLy(O4H4)3] yang berfungsi sebagai perisai bagi unsur di dalamnya, sehingga memperkecil kemungkinan terluluhnya logam berbahaya.

Metode solidifikasi sebagai alternatif penanganan limbah padat berbagai industri memiliki beberapa keunggulan, yaitu: membuat limbah padat berbahaya menjadi tidak berbahaya, hasil yang diperoleh berupa produk yang bermanfaat, meminimalisasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah, dan mendukung konsep klastering industri. Beberapa keunggulan ini memungkinkan metode solidifikasi untuk dapat diaplikasikan.

Penulisan ini dimulai dengan pengamatan dan analisis permasalahan limbah industri di Indonesia, kemudian mempelajari informasi dari kajian pustaka dan beberapa hasil penelitian serta merumuskan masalah. Pembahasan masalah diawali dengan mengumpulkan data dan informasi dari literatur pada media cetak dan elektronik serta data-data akurat yang diperoleh dari jurnal dan laporan hasil penelitian, kemudian mengolah data yang diperoleh untuk mengambil kesimpulan dan merekomendasikan saran-saran.





 


BAB I

PENDAHULUAN 



A.   Latar Belakang


Masalah limbah menjadi salah satu perhatian masyarakat dan pemerintah Indonesia terutama sejak banyak industri yang dibangun di kota-kota besar maupun di daerah lain. Limbah dari berbagai industri biasanya banyak mengandung logam yang dapat membahayakan kehidupan makhluk hidup. Contoh beberapa logam berbahaya yaitu antimon (Sb), arsen (As), kadmium (Cd), kromium (Cr), kobal (Co), tembaga (Cu), timbal (Pb), merkuri (Hg), nikel (Ni), seng (Zn), stronsium (Sr), dan selenium (Se). Logam tersebut terdapat pada limbah yang dihasilkan dan sangat berbahaya bila ditemukan dalam konsentrasi tinggi pada lingkungan karena mempunyai sifat yang merusak jaringan tubuh makhluk hidup. Pencemaran lingkungan oleh logam berbahaya dapat terjadi jika pihak industri tidak memperhatikan keselamatan lingkungan dalam penanganan limbah.

Sumber utama pencemaran logam berbahaya berasal dari aktivitas manusia, yaitu produksi tambang logam, industri kimia, minyak bumi dan batu bara, tekstil, penyamakan kulit, elektronik, kertas, keramik, pigmen, plastik, dan reaktor atom. Meskipun perkembangan teknologi dan industri memperlihatkan adanya pengaruh positif bagi kemajuan kehidupan manusia, tetapi resiko polusi lingkungan tidak dapat diabaikan begitu saja, sehingga diperlukan adanya alternatif metode penanganan limbah dengan tujuan mengurangi bahkan menghilangkan logam-logam yang menyebabkan pencemaran lingkungan.

Salah satu contoh kasus pencemaran lingkungan karena logam berbahaya yaitu kasus Teluk Buyat yang mencuat pada bulan Juni 2004 lalu. Seorang bayi bernama Andini yang berusia 5 bulan meninggal dunia setelah menderita serangkaian penyakit aneh. Kulitnya bersisik dan melepuh seperti gumpalan plastik. Bayi malang ini juga mengalami kelainan tulang kepala dan tubuh, serta raut wajahnya jauh lebih tua dari usianya. Dugaan terkuat dari tim dokter yang memeriksa mengenai penyakit aneh Andini itu adalah disebabkan karena pengaruh pencemaran limbah PT Newmont Minahasa Raya yang dibuang ke Teluk Buyat. Bukan hanya Andini yang menjadi korban, namun juga sekitar 95 orang penduduk lainnya. Kasus Andini ini kembali muncul tahun ini bersama dengan kasus pencemaran lain yang disebabkan oleh limbah industri, diantaranya yaitu kasus pencemaran limbah PT Barisan Tropikal Mining Sumatera Selatan dan PT Lusang Mining Bengkulu, pencemaran limbah minyak bumi di Pantai Balikpapan, pencemaran Kali Surabaya yang disebabkan karena PT Jatim Super dan PT Surabaya Kertas yang membuang limbahnya tanpa diolah, serta banyak kasus lainnya.

Salah satu pengolahan air limbah yang telah dilakukan secara konvensional yaitu dengan cara pengendapan yaitu logam pencemar yang terlarut diubah menjadi hidroksida tak larut atau endapan sulfida dan dikumpulkan sebagai lumpur (sludge), kemudian dibuang ke dalam tanah. Ketoksisan lumpur dapat dilepas kembali oleh asam dan dapat membahayakan kehidupan makhluk hidup sekitarnya apabila menggunakan cara ini. Cara lain yang lebih modern adalah elektrolisis dan osmosis, namun kedua metode ini membutuhkan energi yang tinggi dan tidak dapat dipakai pada situasi kecepatan alir tinggi. Cara ini juga menghasilkan limbah pekat yang memerlukan pengendapan dan pembuangan ke tanah (Jasmidi, 1998). Pengolahan dengan metode-metode di atas akan menghasilkan limbah berupa lumpur yang hanya dibuang di sungai atau ditimbun ke tanah, padahal limbah ini mengandung logam yang membahayakan lingkungan sehingga diperlukan adanya upaya membuat limbah tersebut menjadi tidak berbahaya, atau bahkan dapat dimanfaatkan.

Semen Portland selain dapat dipakai sebagai bahan dasar bangunan juga dapat digunakan untuk menstabilkan logam dalam limbah berbahaya terutama limbah anorganik (Manahan, 1994). Logam berbahaya dalam matriks padat akan terstabilkan dalam komponen-komponen semen, salah satunya struktur trikalsium aluminat (Ca3Al­2O6). Selama kontak dengan air dan proses hidrasi berlangsung, logam dalam semen akan diubah menjadi senyawa yang inert yaitu dalam bentuk senyawa hidrogarnet.

Dedy Feriansyah, dkk (2002) melakukan penelitian tentang penstabilan logam dengan menggunakan semen Portland. Hasilnya yaitu semen Portland “Nusantara” (PT Semen Cibinong Tbk.) dapat menstabilkan logam Pb, Cr, dan Cu yang masing-masing dalam bentuk spesies murni Pb(NO3)2, K2CrO4, dan CuSO4.5H2O. Prodjosantoso dan Sunaryo (2004) kemudian melakukan penelitian dengan menggunakan limbah industri penyamakan kulit sebagai sampel yang mengandung logam Cr. Hasilnya yaitu semen Portland dapat mensolidifikasi limbah padat ditinjau dari kemampuan menstabilkan spesies Cr dalam limbah tersebut. Terdapat kemungkinan limbah dari berbagai industri yang mengandung spesies logam lainnya dapat distabilkan pula menggunakan semen Portland.

Penulisan ini penting dilakukan untuk mengetahui proses solidifikasi limbah industri menggunakan semen Portland dan tinjauan kimiawi pada proses yang terjadi. Selain itu dapat diketahui pula keunggulan metode solidifikasi sebagai alternatif penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya.

B.     Perumusan Masalah

1.      Bagaimana proses  penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya dengan metode solidifikasi menggunakan semen Portland?
2.       Bagaimana tinjauan kimiawi logam berbahaya pada proses solidifikasi menggunakan semen Portland?
3.       Apa keunggulan metode solidifikasi menggunakan semen Portland sebagai alternatif penanganan limbah industri yang mengandung logam  berbahaya?

C.    Tujuan Penulisan

1.      Mengetahui proses penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya dengan metode solidifikasi menggunakan semen Portland.
2.      Mengetahui tinjauan kimiawi logam berbahaya pada proses solidifikasi menggunakan semen Portland.
3.   Mengetahui keunggulan metode solidifikasi menggunakan semen portland sebagai alternatif penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya.

D.  Manfaat Penulisan

  1. Memberi informasi kepada masyarakat dan kalangan industri tentang alternatif  penanganan limbah industri.
  2. Meminimalisasi pencemaran lingkungan oleh logam berbahaya.
  3. Upaya alternatif untuk menaikkan nilai manfaat limbah berbagai industri.
  4. Sebagai acuan bagi penelitian dan penulisan selanjutnya.



















BAB II

        KAJIAN PUSTAKA



A.   Deskripsi Teori

1. Logam Berbahaya pada Limbah Industri

Limbah adalah bahan sisa pada suatu kegiatan dan atau proses produksi.   Limbah bahan berbahaya dan beracun (limbah B-3) adalah setiap limbah yang mengandung bahan berbahaya dan beracun yang secara langsung maupun tidak langsung dapat membahayakan kesehatan manusia. Unsur-unsur yang tergolong dalam limbah B-3 didominasi oleh unsur golongan logam seperti tembaga, nikel, merkuri, kadmium, dan kromium; unsur-unsur lantanoida dan aktinoida yang memiliki respon biokimia khas pada organisme hidup; logam-logam yang dengan mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan oksigen atau disebut dengan oxygen seeking metal; logam-logam yang mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan unsur nitrogen atau unsur belerang atau disebut juga nitrogen-sulfur seeking metal; dan logam transisi yang memiliki sifat khusus sebagai logam pengganti (ion pengganti).

Pengelolaan limbah B-3 adalah rangkaian yang mencakup penyimpanan, pengumpulan, pengangkutan, pengolahan limbah B-3 serta penimbunan hasil pengolahan tersebut. Pada dasarnya limbah B-3 adalah bahan yang  berbahaya, baik karena sifat racun atau sifat-sifat lainnya yang dimiliki oleh limbah tersebut. Ini berarti bahwa sebenarnya limbah B-3 memungkinkan untuk diolah apabila sifat bahayanya dapat dikurangi. Selain sifat bahaya yang harus dimusnahkan, limbah tersebut masih dituntut persyaratan lain bagi keperluan daur ulang atau pakai ulang (Dedy Feriansyah, 2002).

Sumber logam berasal dari kerak bumi yang berupa bahan-bahan murni, organik, dan anorganik. Kandungan alamiah logam akan berubah-ubah tergantung pada pencemaran karena aktivitas manusia atau perubahan alam seperti erosi. Meskipun demikian ternyata kandungan logam pada lingkungan karena aktivitas manusia lebih besar daripada akibat erosi alamiah.

Pencemaran yang ditimbulkan oleh logam sampai tingkatan tertentu dapat mengganggu kesehatan manusia. Masalah yang ditimbulkan oleh unsur-unsur logam berbahaya ini cukup rumit karena memiliki sifat beracun, tidak dapat dirombak/ dihancurkan oleh organisme hidup, dan dapat terakumulasi dalam tubuh organisme termasuk manusia secara langsung maupun tidak langsung.

Berdasarkan sifat racunnya, logam dapat dikelompokkan menjadi 4 golongan  yaitu:
Sangat beracun: logam yang dapat menyebabkan kematian atau gangguan kesehatan yang tidak pulih dalam waktu singkat, misalnya: Pb, Hg, Cr, As, Sb, Ti, dan U.
b.   Moderat: logam yang dapat menyebabkan gangguan kesehatan baik yang dapat pulih maupun yang tidak dapat pulih dalam jangka waktu yang relatif lama, misalnya: Ba, Cu, Au, Li, Mn, Se, Te, Va, Co, dan Rb.
d.  Kurang beracun: logam yang dalam jumlah besar mengakibatkan gangguan kesehatan, misalnya: Bi, Co, Fe, Mg, Ni, K, Ag, Ti dan Zn.
d. Tidak beracun: logam yang tidak menimbulkan gangguan, misalnya: Al,  Na, Sr, Ca.

Manusia merupakan penyumbang utama peningkatan logam di alam, terutama dari kegiatan pertambangan, perindustrian (industri aki, baterai, pigmen dan bahan kimia, penyalut kabel pipa dan sebagainya), pestisida, limbah rumah tangga serta bahan bakar yang mengandung logam (Connell dan Miller, 1995). Beberapa industri penghasil limbah yang mengandung logam disajikan pada Tabel 1.




Tabel 1. Jenis limbah industri yang mengandung logam berbahaya.
No

Jenis Industri

Logam berbahaya
Pemakaian dalam industri
1
Tekstil/ pencelupan
Cr, Cd, Ni, Pb, Zn
Bahan baku pewarnaan
2
Cat
Cr, Cd, Co, Ni, Pb, Zn, Hg
Bahan baku pewarnaan
3
Percetakan
Cd, Pb
Bahan baku tinta/aditif
4
Minyak bumi/pelumas
Cr, Pb, Zn
Aditif/ katalis
5
Industri logam/kawat
Cd. Cu, Pb, Zn
Bahan baku proses
6
Gelas/keramik
Cr, Pb
Aditif dan zat warna
7
Elektronik/TV/radio
Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Zn
Bahan baku/ IC
8
Dry Ice
Pb
Katalis
9
Baterai/akumulator
Cd, Cr, Hg, Pb, Zn
Bahan baku proses
10
Perakitan otomotif
Pb, Cu, Cr, Ni, Zn
Bahan baku proses
11
Penyamakan kulit
Cr, Pb, Zn
Bahan baku/aditif
12
Karton/pulp/kertas
Cd, Pb, Zn
Bahan aditif
13
Agrokimia
Cd, Pb, Hg, Zn
Bahan baku kimia/ katalis
Sumber: Palar, 1994.

Toksisitas logam pada manusia menyebabkan beberapa akibat negatif, salah satunya yaitu kerusakan jaringan terutama hati dan ginjal. Beberapa logam mempunyai sifat karsinogenik (pembentuk kanker), maupun teratogenik (salah bentuk organ). Daya toksisitas logam ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu kadar logam yang termakan, lamanya mengkonsumsi, umur, spesies, jenis kelamin, kebiasaan makan makanan tertentu, kondisi fisik dan kemampuan jaringan tubuh untuk mengakumulasi logam. Beberapa logam toksik dapat menyerang saraf sehingga dapat menyebabkan kelainan tingkah laku (Darmono, 1995).




  2. Solidifikasi Menggunakan Semen Portland

Pengolahan limbah terutama logam berbahaya dengan metode solidifikasi selain dapat mensolidkan limbah juga dapat menstabilkan logam berbahaya dalam struktur semen. Stabilisasi merupakan suatu  proses pengolahan limbah untuk mengurangi potensi racun dan kandungan limbah melalui upaya memperkecil dan membatasi daya larut pergerakan atau penyebaran dan daya racunnya (immobilisasi unsur yang bersifat racun) sebelum limbah dibuang ke pembuangan akhir (landfill). Pada prinsipnya, proses solidifikasi adalah proses pengubahan sifat fisika dan kimia limbah dengan cara penambahan senyawa pengikat sehingga pergerakan senyawa-senyawa berbahaya dapat dihambat atau dibatasi dengan membentuk ikatan massa monolit struktur yang masif (Dedy Feriansyah, 2002).

Penelitian tentang solidifikasi limbah pada limbah krom simulasi (garam kromium nitrat) juga pernah dilakukan, dari hasil penelitian menunjukkan bahwa ion krom meningkatkan hidrasi trikalsium silikat dan krom terkorporasi ke dalam hidrat trikalsium silikat. Korporasi Cr tercermin dengan teridentifikasinya fase CaCrSi­4O10.H2O Dan Al(OH)4CrO4 dalam matriks semen/krom terhidrat. Korporasi tersebut juga mengindikasikan adanya interaksi antara Cr, Al dan Si yang menyebabkan Cr terstabilkan dalam matriks (Murat, 1996).

Prodjosantoso dan Sunaryo (2004) telah melakukan solidifikasi limbah industri penyamakan kulit di Yogyakarta ditinjau dari kemampuan menstabilkan spesies krom. Uji TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), yaitu TCLP standar,  TCLP Progresif, dan TCLP modifikasi juga telah dilakukan untuk mengetahui kadar logam efektif yang terluluh (ppm) dari matriks semen/limbah dengan melakukan variasi konsentrasi logam dari matriks semen/limbah dan variasi ekstraktan. Pada penelitian digunakan variasi konsentrasi logam 0%, 25%, 50% dan 75%, serta variasi ekstraktan buffer pH 5 dan air sumur pH 7,8. Hasil yang diperoleh yaitu konsentrasi efektif diperoleh pada variasi 25% dan 50% dengan menggunakan pelarut berupa air sumur (pH 7,8).

Metode TCLP progresif digunakan untuk mengetahui konsentrasi logam yang terluluh dari matriks semen yaitu 0,038 dan 0,015 ppm, sedangkan jumlah total krom terluluh dari matriks semen/limbah 25% dengan pelarut air sumur pada TCLP progresif adalah 4,9 ppm. Hal ini dapat diartikan bahwa pada percobaan dengan limbah industri penyamakan kulit matriks/limbah 25% aman jika ditempatkan pada lingkungan bermedia air sumur (air tanah) karena tidak melebihi batas maksimum yang ditentukan oleh United States Environmental Protection Agency (USEPA) yaitu 5 ppm. Konsentrasi Cr terluluh kumulatif, persentasi Cr terluluh kumulatif, dan efisiensi penstabilan Cr disajikan pada tabel 3.

Tabel 3. Efisiensi penstabilan Cr (%) dalam matriks semen dan semen limbah.
Keterangan
0%
25%
50%
75%
B
AS
B
AS
B
AS
B
AS
Konsentrasi Cr terluluh kumulatif (ppm)
0,038
0,015
1262,5
4,9
3204
15
4773,3
17,575
Persentasi Cr terluluh kumulatif (%)
1,60
0,63
4,19
0,02
5,32
0,02
5,29
0,02
Efisiensi penstabilan Cr (%)
98,40
99,37
95,81
99,98
94,78
99,98
94,71
99,98
Sumber: A.K Prodjosantoso dan Sunaryo, 2004
Keterangan: Nilai efisiensi penstabilan dihitung berdasarkan konsentrasi Cr dalam semen Portland dan limbah sebelum terluluh yang masing–masing besarnya 2,38 ppm dan 120385,2  ppm.

Data diatas menjelaskan bahwa efisiensi semen dalam menstabilkan logam krom relatif tinggi, yaitu > 94% dan terdapat kecenderungan efisiensi penstabilan Cr meningkat dengan semakin kecilnya jumlah Cr dalam matriks.

Jumlah total krom terluluh dari matriks semen pada uji TCLP progresif dan TCLP modifikasi progresif relatif sangat kecil yaitu hanya 0,038 ppm dan 0,015 ppm, sedangkan jumlah total krom terluluh dari matriks semen/limbah (S/L) 25% pada TCLP modifikasi progresif adalah 4,9 ppm.  Hal ini dapat diartikan bahwa matriks/limbah 25% dapat ditempatkan di lingkungan bermedia air sumur (air tanah) dengan aman.  Data dalam Tabel 3 juga menunjukkan adanya kecenderungan bahwa semakin banyak jumlah krom dalam matriks, semakin banyak pula jumlah krom yang dapat terluluh.

Hasil analisis solidifikasi limbah industri penyamakan kulit di atas menunjukkan bahwa metode solidifikasi aman untuk diterapkan pada limbah berbagai industri dengan komposisi limbah-semen tertentu. Perlu diadakan penelitian lanjut sebelum diaplikasikan karena kandungan logam dalam tiap limbah berbeda-beda.

3. Semen Portland

Semen Portland dapat didefinisikan sebagai campuran dua atau lebih zat yang bergabung bersama membentuk satu kesatuan unit massa pada proses hidrasi dengan air (Benerjea, 1980). Semen yang digunakan sebagai bahan bangunan berbentuk tepung lembut yang ketika bercampur dengan air komponen-komponen penyusunnya akan bergabung membentuk struktur mekanik yang kuat. Semen digunakan sebagai bahan pengikat batu bata dalam bangunan atau sebagai pengikat partikel padat dengan ukuran tertentu membentuk suatu monolit.

Semen Portland dibuat dengan cara menggiling campuran limestone yang mengandung kalsium oksida (CaO) dan lempung yang mengandung silikon dioksida (SiO2) serta alumunium oksida (Al2O3) dengan perbandingan tertentu. Campuran tersebut kemudian dibakar dengan tanur pada temperatur tinggi (~1500 oC) sehingga terjadi kalsinasi dan terbentuk klinker. Kemudian pada klinker dingin ditambahkan gypsum (kalsium sulfat dihidrat, CaSO4.2H2O sebanyak <5%) (Varshey, 1982).

Semen Portland dapat dibagi menjadi lima tipe. Semen Portland tipe I (Semen Portland biasa atau regular) yaitu produk yang umum digunakan untuk bangunan biasa. Semen tipe ini terdiri dari semen putih, semen sumur minyak, dan semen cukup keras. Semen tipe II merupakan semen Portland dengan kalor pengeras sedang atau semen Portland tahan sulfat. Semen tipe ini biasanya digunakan untuk bangunan beton biasa yang mempunyai  kemungkinan terkena aksi sulfat sedang.  Semen Portland tipe III adalah semen dengan kekuatan awal tinggi. Ciri dari semen tipe ini adalah banyaknya kandungan senyawa trikalsium silikat (C3S) dibanding semen Portland biasa. Semen tipe IV atau disebut juga semen Portland kalor-rendah  mempunyai persentase kandungan C3S dan trikalsium aluminat  (C3A) lebih rendah, sehingga pengeluaran kalornya pun lebih rendah. Semen Portland tipe V atau semen Portland tahan sulfat adalah semen yang digunakan untuk bangunan yang memerlukan ketahanan tinggi terhadap sulfat (Austin 1996).

Komponen penyusun utama semen Portland sangat bervariasi, tergantung dari mineral atau bahan dasar yang digunakan. Komponen penyusun utama semen Portland produksi P.T Semen Cibinong Tbk, Cilacap disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Komponen Penyusun Klinker (P.T Semen Cibinong Tbk, Cilacap)
Rumus
Nama
Singkatan
Ca2SiO4
Dikalsium silikat
C2S
Ca3SiO5
Trikalsium silikat
C3S
Ca3Al2O6
Trikalsium aluminat
C3A
Ca4Al2Fe2O10
Tetrakalsium aluminoferit
C4AF
     Sumber: Dedy Feriansyah, dkk (2002)

Trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) merupakan salah satu komponen dalam semen Portland. Trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) adalah oksida yang paling reaktif bila dibandingkan dengan senyawa lain yang dihasilkan pada sistem CaO-Al2O3 yaitu CaAl2O4, CaAl4O7 dan CaAl12O19 (Benarchid, 2001). Senyawa trikalsium aluminat sangat stabil di udara kering tetapi dapat bereaksi dengan air secara spontan membentuk beberapa senyawa antara (intermediate) hidroksida kompleks dan akan mengalami transformasi menjadi hidrogarnet [Ca3Al2(O4H4)3] yang stabil (Richard, 1995). Senyawa trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) berbentuk kubik sederhana, terdiri dari cincin segi enam tetrahedron AlO4 berbagi sudut yang bersama-sama berikatan dengan ion-ion Ca2+. Struktur senyawa ini tidak terpengaruh oleh adanya ion-ion penyelit seperti Fe3+, Mg2+, Na+, K+ dan Si4+(Prodjosantoso, 2000).    

B.  Penelitian yang Relevan

Omotoso (1998)  setelah melakukan penelitian dan kajian pustaka, kemudian menyimpulkan bahwa semen dapat digunakan sebagai pengikat. Hal ini kemudian dijadikan dasar pengembangan metoda pembuangan ion logam berbahaya.

Dedy Feriansyah, dkk (2002) melakukan penelitian terntang penstabilan logam Pb, Cr, Cu dalam bentuk spesies murni Pb(NO3)2, K2CrO4, dan CuSO4.5H2O dengan menggunakan semen Portland. Hasilnya yaitu semen Portland “Nusantara” (PT Semen Cibinong Tbk.) dapat menstabilkan logam Pb, Cr, dan Cu yang masing-masing memiliki efisiensi lebih besar dari 95%, 37,69%, dan 90%. Spesies Pb, Cr dan Cu masing-masing juga dapat meningkatkan sifat kuat tekan matriks semen sekitar 50%, 50%, dan 40%.

Prodjosantoso dan Sunaryo (2004) kemudian melakukan penelitian dengan menggunakan limbah industri penyamakan kulit sebagai sampel yang mengandung logam Cr. Kelayakan semen Portland sebagai bahan pensolidifikasi telah diketahui dengan uji peluluhan limbah logam dalam matriks semen/ limbah menggunakan prosedur ekstraksi bertahap, peluluhan karakteristik dan toksisitas (TCLP), TCLP progresif dan TCLP termodifikasi. Hasilnya yaitu semen Portland dapat mensolidifikasi limbah ditinjau dari kemampuan menstabilkan spesies Cr dalam limbah dengan efisiensi lebih besar dari 94%. Jumlah total krom yang terluluh dari matriks semen pada uji TCLP progresif dan TCLP modifikasi progresif relatif sangat kecil yaitu hanya 0,038 ppm dan 0,015 ppm, sedangkan jumlah total krom terluluh dari matriks semen/limbah (S/L) 25% pada TCLP modifikasi progresif adalah 4,9 ppm.  Hal ini dapat diartikan bahwa matriks/limbah 25% dapat ditempatkan di lingkungan bermedia air sumur (air tanah) dengan aman. Hasil analisis solidifikasi limbah industri penyamakan kulit di atas menunjukkan bahwa metode solidifikasi aman untuk diterapkan pada limbah berbagai industri dengan komposisi limbah-semen tertentu.
 
C.  Kerangka Berpikir

Permasalahan limbah yang mengandung logam berbahaya semakin meresahkan karena dapat membahayakan makhluk hidup dan lingkungan. Diperlukan adanya alternatif solusi untuk menangani perrmasalahan ini. Metode solidifikasi menggunakan semen Portland adalah salah satu metode yang memungkinkan untuk diterapkan.

Semen oleh masyarakat awam dikenal sebagai bahan dasar konstruksi bangunan. Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan struktur semen dapat dimodifikasi untuk aplikasi yang lebih luas. Melalui proses hidrasi dan anhidrasi, semen Portland dapat digunakan untuk menstabilkan logam Pb, Cr dan Cu dalam bentuk kompleks logam-semen. Hal ini dapat diterapkan pada logam dari limbah industri.

Berdasarkan penelitian Walz (1994), Murat (1996), Walz (1998), Benarchid (2001), Dedy Feriansyah (2002), Prodjosantoso dan Sunaryo (2004) dan beberapa kajian pustaka, maka dapat diduga bahwa semua logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 dapat terstabilkan dalam semen Portland. Pernyataan tersebut dikuatkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Prodjosantoso (2000), bahwa ditinjau dari salah satu komponen semen yaitu trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) logam seperti Sr, Mg, Pb, Cd dan Ba dapat terstabilkan dalam struktur trikalsium aluminat. Trikalsium aluminat ini merupakan salah satu komponen penting pada semen Portland. Komponen semen Portland lainnya diduga dapat mengikat logam berbahaya lainnya, yaitu selain bilangan oksidasi +2 dan +3. Proses solidifikasi ini penting dilakukan karena untuk memberikan suatu alternatif pemanfaatan limbah industri yang sesuai dengan prisip zero emission.









BAB III

METODE PENULISAN



Penulisan ini dilakukan dengan berbagai tahap:
1.      Mengamati dan menganalisis permasalahan tentang limbah industri di Indonesia. Dibutuhkan adanya metode alternatif untuk menangani limbah industri yang mengandung logam berbahaya.
2.      Mempelajari informasi dari kajian pustaka dan beberapa hasil penelitian bahwa komponen semen Portland dapat menstabilkan logam berbahaya.
3.      Merumuskan masalah tentang penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya dengan metode solidifikasi menggunakan semen Portland beserta tinjauan kimiawi pada proses yang terjadi, serta keunggulan metode solidifikasi menggunakan semen Portland sebagai alternatif penanganan limbah industri yang mengandung logam  berbahaya.
4.      Mengumpulkan data dan informasi dari berbagai sumber, yaitu literatur pada media cetak dan elektronik serta data-data akurat yang diperoleh dari jurnal dan laporan hasil penelitian.
5.      Mengolah dan menganalisis permasalahan berdasarkan data dan informasi serta telaah pustaka yang telah diperoleh untuk mendapatkan jawaban dari perumusan masalah. Jawaban tersebut kami sajikan pada pembahasan karya tulis ini.
6.      Mengambil kesimpulan sesuai dengan perumusan masalah.
7.      Merekomendasikan saran-saran untuk penerapan metode solidifikasi menggunakan semen Portland maupun untuk penelitian dan penulisan selanjutnya.






Skema penulisan  karya tulis ini disajikan pada Gambar 1.

 


















                
Gambar 1. Skema Penulisan Karya Tulis















BAB IV

PEMBAHASAN



A.  Penanganan Limbah Industri dengan Metode Solidifikasi Menggunakan Semen Portland


Penanganan limbah B-3 yang kurang tepat akan membahayakan kehidupan makhluk hidup dan lingkungan. Sebagai contoh yaitu terjangkitnya penyakit akut akibat keracunan dan akumulasi limbah B-3. Metode alternatif yang lebih aman diperlukan untuk menangani limbah B-3 dengan mengubah karakteristik dan komposisi limbah B-3 menjadi tidak berbahaya, dan akan lebih baik apabila hasilnya dapat dimanfaatkan. Proses ini dapat dilakukan dengan metode solidifikasi menggunakan semen Portland.

Metode solidifikasi menggunakan semen Portland dapat menstabilkan logam berbahaya menjadi tidak membahayakan lingkungan. Ada banyak komponen semen yang mampu menstabilkan logam berbahaya, salah satunya yaitu trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) sebagai salah satu komponen utama dalam semen. Secara sederhana prinsip kerja solidifikasi adalah proses pengubahan sifat fisika dan kimia limbah B-3 dengan cara penambahan senyawa pengikat sehingga pergerakan senyawa-senyawa B-3 dapat dihambat atau terbatasi dengan membentuk ikatan massa monolit struktur yang  masif.

Solidifikasi limbah padat berbagai industri dapat dilakukan dengan 2 proses, yaitu proses anhidrasi dan proses hidrasi.

1.  Proses anhidrasi

Proses anhidrasi yaitu proses homogenisasi antara limbah dengan semen Portland tanpa menggunakan air. Proses ini dapat dilakukan pada industri semen, yaitu dengan menambahkan limbah pada awal proses pembuatan semen. Limbah yang mengandung logam berbahaya dijadikan sebagai bahan tambahan  pembuatan semen.

Skema proses anhidrasi dalam mensolidifikasi limbah padat disajikan pada Gambar 2.
Limbah + batu gamping + lempung

Campuran homogen

Terjadi kalsinasi, terbentuk klinker

Semen-limbah

                                                  Campuran

Paving blok, batako, tiang listrik
Gambar 2. Skema Proses Anhidrasi
     
Proses anhidrasi akan menghasilkan semen–limbah yang homogen antara limbah dengan semen. Semen–limbah kemudian dapat diolah dengan menambahkan air menjadi campuran yang siap dicetak menjadi poduk yang bermanfaat , seperti  paving blok, batako, tiang listrik, dan produk lain yang terbuat dari semen.

  1. Proses hidrasi

Proses hidrasi yaitu proses homogenisasi antara limbah dengan semen Portland dengan menambahkan air. Proses yang kedua ini lebih mudah dilakukan dibandingkan dengan proses anhidrasi, karena dapat dilakukan secara umum dengan proses yang lebih sederhana.

Skema proses hidrasi dalam mensolidifikasi limbah padat disajikan pada Gambar 3.

Text Box: Homogenisasi

   Semen Portland + Air + Limbah

Text Box: Dicetak

Campuran homogen


Paving blok, batako, tiang listrik dan produk lainnya
Gambar 3. Skema Proses Hidrasi

Proses hidrasi akan menghasilkan campuran homogen antara semen Portland, limbah, dan air. Campuran ini dapat digunakan untuk produk yang bemanfaat, misalnya paving blok, batako, tiang listrik produk lain yang terbuat dari semen.

Hasil analisis solidifikasi limbah industri penyamakan kulit oleh Prodjosantoso dan Sunaryo (2004) menunjukkan bahwa metode solidifikasi aman untuk diterapkan dengan komposisi semen-limbah 25%. Diperlukan adanya penelitian lanjut tentang komposisi semen-limbah yang aman sebelum kedua proses ini diterapkan, karena kandungan logam dalam tiap limbah berbeda-beda.

B. Tinjauan Kimiawi Logam Berbahaya yang Terstabilkan dalam   Trikalsium Aluminat pada Semen Portland


  1. Proses Anhidrasi

Prinsip kimiawi pada proses anhidrasi yaitu adanya penstabilan logam berbahaya dalam komponen-komponen semen ketika terjadi pembakaran pada suhu 1100ºC antara lempung (tanah liat) yang mengandung aluminosilikat dan batu gamping yang mengandung kalsium karbonat. Senyawa trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) merupakan salah satu komponen utama dalam semen Portland yang dapat menstabilkan spesies logam berbahaya dengan membentuk larutan padat Ca3-xMxAl­2O6, Ca3Al2-yLyO6 dan Ca3-xMxAl­2-y­­­­L­­yO6 (M = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 sebanyak x, sedangkan   L = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +3 sebanyak y).
Struktur satuan unit sel trikalsium aluminat ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Struktur Satuan Unit  Sel Trikalsium Aluminat  (Ca3Al2O6)

Keterangan:


                         :   Posisi Ca di bagian tengah cincin



                       :   Struktur tetrahedral dengan posisi Al sebagai atom pusat


Logam berbahaya yang terstabilkan dalam semen Portland dapat dibuktikan dengan preparasi larutan padat Ca3-xMxAl­2O6 (M = Sr, Mg, Pb, Cd, Ba) yang  telah dilakukan oleh Prodjosantoso (2000) melalui reaksi padatan menggunakan sumber aluminium yang reaktif, yaitu Al(NO3)3.9H2O. Logam yang akan mensubstitusi posisi Ca digunakan dalam bentuk oksida MO karena larutan padat dapat terbentuk salah satunya dengan berbagai oksida logam (Benarchid, 2001). Preparasi ini dilakukan untuk mengkarakterisasi reaksi pembentukan larutan padat pada pencampuran semen dengan logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 pada skala laboratorium.

Reaksi preparasi larutan padat tersebut adalah sebagai berikut:

  4Al(NO3)3.9H2O + 6-2x CaO + 2x MO        2 Ca3-xMxAl­2O6(s) + 36 H2O(g) + 12 NO2(g) + 3O2(g)

                      Keterangan: M = Sr, Mg, Pb, Cd, Ba sebanyak x
                                         
Reaksi ini terjadi pada suhu 1100oC. Struktur Ca3-xMxAl­2O6(s) terbentuk karena posisi Ca pada trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) tersubstitusi oleh logam Sr, Mg, Pb, Cd, dan Ba yang memiliki bilangan oksidasi +2. Hal ini dapat dijelaskan bahwa logam tersebut akan mensubstitusi posisi Ca yang memiliki bilangan oksidasi +2 pula.

Menurut Murat (1966) dan Walz (2001), logam Sr, Cd, dan Ba juga dapat mensubstitusi posisi Ca pada trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) tanpa mengubah struktur dan membentuk senyawa yang stabil. Analogi yang diperoleh adalah apabila digunakan berbagai logam seperti Cu, Cr, As, Sb, Cd, Ni, Pb, Sb, Co, Sr, Se, dan Ti  atau logam berbahaya yang mempunyai bilangan oksidasi +2 dan +3, maka logam ini akan terstabilkan dalam struktur trikalsium aluminat membentuk larutan padat Ca3-xMxAl­2O6, Ca3Al2-yLyO6 dan Ca3-xMxAl­2-y­­­­LyO6 (M = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 sebanyak x, sedangkan   L = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +3 sebanyak y) yang memiliki struktur serupa dengan struktur awal Ca3Al2O6 serta bersifat stabil. Logam ini dapat terstabilkan pula oleh komponen semen  Portland yang lain (Wang dan Vipulandan,1998). Logam berbahaya lain yang mempunyai bilangan oksidasi selain +2 dan +3 dimungkinkan dapat terstabilkan dalam komponen semen Portland lainnya seperti dikalsium silikat (Ca3SiO4), trikalsium silikat (Ca3SiO5), trikalsium aluminat (Ca3Al2O6), tetrakalsium aluminoferit (Ca4Al2Fe2O10), dan komponen-komponen semen lainnya, karena reaksi yang terjadi sangat kompleks.

Pada pemanasan 1100oC posisi Ca yang memiliki bilangan oksidasi +2 pada trikalsium aluminat akan disubstitusi oleh logam berbahaya yang mempunyai bilangan oksidasi +2 pula sehingga terbentuk larutan padat dengan struktur Ca3-xMxAl­2O6 (M = logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 sebanyak x).  Hal  ini memungkinkan logam berbahaya yang terstabilkan dalam larutan padat tidak mudah terluluh, kecuali dengan adanya pemanasan pada suhu 1100oC seperti pada awal pembentukan larutan padat, atau penghancuran matriks semen seperti pada uji TCLP.

Adapun logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +3 akan mensubstitusi posisi Al yang memiliki bilangan oksidasi +3 pula, sehingga terbentuk larutan padat dengan struktur Ca3Al2-yLyO6. Pada pemanasan 1100oC posisi Al pada pusat struktur tetrahedral dalam cincin trikalsium aluminat akan disubstitusi oleh logam berbahaya yang mempunyai bilangan oksidasi +3. Logam L sebanyak y mensubstitusi posisi Al dan terstabilkan pada struktur tetrahedral AlO4 dalam trikalsium aluminat. Logam ini  berikatan membentuk cincin yang strukturnya tidak berubah dari struktur awal Ca3Al2O6. Struktur yang tidak berubah dari struktur awal ini memungkinkan logam bersifat stabil dalam trikalsium aluminat. Logam ini tidak mudah terluluh kecuali dengan adanya pemanasan pada suhu 1100oC seperti pada awal pembentukan larutan padat, atau penghancuran matriks semen seperti pada uji TCLP.

Logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 secara bersamaan masing-masing dapat mensubstitusi posisi Ca dan Al membentuk struktur hidrogarnet Ca3-xMxAl­2-y­­­­L­­yO6. Struktur ini memiliki kesamaan sifat dengan kedua larutan padat Ca3-xMxAl­2O6 dan Ca3Al2-yLyO6.

 Struktur trikalsium aluminat yang tersubstitusi oleh logam berbahaya ditunjukkan pada Gambar 5.

Oval:   Oval:

Gambar 5. Struktur Trikalsium Aluminat yang Tersubstitusi Oleh              Logam Berbahaya

Keterangan:


:     Logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +3 seperti Cr, Sb, As dan Fe pada struktur tetrahedral mensubstitusi posisi Al


                :    Logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 seperti: Cd, Pb, Cu, Ba, Hg, Ni, Sb, Co, Sr, Se, dan Ti mensubstitusi posisi Ca di bagian tengah cincin


Produk dari proses anhidrasi yaitu berupa serbuk semen-limbah homogen yang siap pakai. Pada pencampuran dengan air akan terjadi reaksi spontan antara komponen semen, diantaranya yaitu trikalsium aluminat, kemudian membentuk beberapa intermediet hidroksida kompleks dan akan mengalami transformasi menjadi hidrogarnet [Ca3Al2(O4H4)3] yang stabil (Richard, 1995).  Hidrasi trikalsium aluminat sangat cepat dan menghasilkan produk kristalin senyawa hidrogarnet (Ca3Al2(O4H4)3(s) berdasarkan persamaan reaksi berikut ini:

          Ca3Al­2O6(s) + 6 H2O(l)                                        Ca3Al2(O4H4)3(s)

Logam berbahaya dalam trikalsium aluminat berada pada posisi yang telah stabil, tetapi akan menjadi lebih stabil dengan adanya proses hidrasi. Proses hidrasi ini membentuk lapisan hidrogarnet yang berfungsi sebagai perisai bagi unsur di dalamnya, sehingga kecil kemungkinan terluluhnya logam berbahaya. Reaksi hidrasi terbentuknya hidrogarnet pada larutan padat yaitu sebagai berikut:

                          Ca3-xMxAl­2O6 + 6H2O                       [Ca3-xMxAl­2(O4H4)3]
 
              Ca3Al­2-yLyO6 + 6H2O                        [Ca3Al­2-yLy (O4H4)3]
 
              Ca3-x MxAl­2-yLyO6 + 6H2O                [Ca3-xMxAl­2-yLy (O4H4)3]



























 Keterangan: M= logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2 sebanyak x
                      L= logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +3 sebanyak y
         
Reaksi ini merupakan salah satu prinsip hidrasi semen (Chakoumakos, 1992). Pembentukan [Ca3Al2(O4H4)3] terjadi secara lambat jika dibandingkan dengan [Sr3Al2(O4H4)3] (Mondal, 1975). Pernyataan ini dapat dijadikan suatu referensi bahwa larutan padat senyawa Ca3-xMxAl­2O6, Ca3Al2-yLyO6 atau         Ca3-xMxAl­2-y­­­­L­­yO6 akan membentuk senyawa hidrogarnet [Ca3-xMxAl­2(O4H4)3] [Ca3Al­2-yLy(O4H4)3], atau [Ca3-xMxAl­2-yLy(O4H4)3] dengan lebih cepat daripada senyawa [Ca3Al2(O4H4)3]. Chakoumakos (1992) mengajukan dua alasan tentang kereaktifan tristronsium aluminat dibandingkan dengan trikalsium aluminat.  Pertama, meningkatnya ukuran kation Sr menyebabkan meningkatnya ukuran kanal dalam cincin Al6O8, sehingga memungkinkan terjadinya difusi air lebih cepat. Kedua, terdapatnya overbonding pada kation Sr. Kedua hal ini menyebabkan semen yang mengandung Sr lebih reaktif terhadap air (Lager, 1987).

Aplikasi metode solidikasi limbah yang mengandung logam berbahaya menggunakan semen Portland, terdapat kemungkinan terjadinya korporasi kation tertentu seperti Sr, sehingga berpengaruh terhadap efek substitusi sifat hidrasi semen. Pola difraksi sinar-X senyawa Ca3-xSrxAl2(O4H4)3 dengan nilai x sebesar 0<x<3 (Prodjosantoso, 2002).

Struktur hidrogarnet Sr3Al2(O4H4)3 ditunjukkan pada Gambar 6.  

Gambar 6. Sebagian dari Kenampakan Struktur Hidrogarnet Sr3Al2(O4H4)3.

Posisi Sr dan Al dapat ditempati oleh logam lain, yaitu berbagai logam berbahaya dengan bilangan oksidasi +2.





  1. Proses Hidrasi

Proses hidrasi pada semen Portland akan menstabilkan logam dalam matriks semen (Manahan, 1994). Penelitian yang pernah dilakukan Tashiro et al (2001) menunjukkan bahwa logam-logam bereaksi dengan pasta semen serta mempunyai efek dapat meningkatkan sifat kekerasan semen. Penambahan air dalam semen menyebabkan serbuk semen membentuk larutan jenuh kalsium silikat hidrat berbentuk gel yang kemudian mengendap membentuk kristal. Air dapat mencapai inti anhidrat serbuk semen secara difusi melalui permukaan senyawa terhidrat. Selama kontak dengan  air, logam dalam semen-limbah akan diubah menjadi senyawa yang stabil. Proses pemadatan pasta semen pada reaksi hidrasi terjadi karena pembentukan materi koloid yang mengeras. Spesies logam terlarut akan terjebak dalam pori-pori matriks semen yang terbentuk selama proses pengerasan pasta semen berlangsung atau logam yang terstabilkan secara fisik (terjebak) dalam pasta semen Portland (Michaelis, 1893). Selain itu data X-Ray Diffraction (XRD) dari penelitian penstabilan logam kromium dalam semen oleh Wang dan Vipulandan (1998) menunjukkan bahwa dalam matriks semen-Cr terdapat Ca(OH)2, C3S, K2CrO4, CaCrO4.H2O dan CaCrO4.2H2O. Hal ini menunjukkan bahwa logam kromium terikat oleh berbagai komponen semen saat reaksi hidrasi terjadi.

Mekanisme reaksi stabilisasi pada proses hidrasi sangat kompleks. Lie et al. (2001) menyatakan bahwa pada proses hidrasi terjadi interaksi semen dengan limbah meliputi adsorbsi, kemisorbsi, pengendapan, perubahan muatan ion, pemasifan, kompleksasi permukaan dan penggabungan secara kimia.

C. Keunggulan Metode Solidifikasi Menggunakan Semen Portland Sebagai Alternatif Penanganan Limbah Industri yang Mengandung Logam Berbahaya
           

Keunggulan metode solidifikasi sebagai alternatif penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya yaitu:

1.      Membuat limbah berbahaya menjadi tidak berbahaya.

Metode solidifikasi menggunakan semen Portland dapat menstabilkan logam berbahaya dalam komponen semen menjadi logam yang stabil dan tidak membahayakan lingkungan. Logam berbahaya akan terstabilkan dalam komponen-komponen semen melalui proses anhidrasi dan proses hidrasi.

2.      Menghasilkan produk yang bermanfaat

Metode solidifikasi dapat dijadikan alternatif penanganan limbah berbagai industri. Limbah padat berbagai industri yang menyebabkan pencemaran lingkungan dapat dimanfaatkan menjadi bahan tambahan pembuatan semen dan diolah menjadi luaran yang bermanfaat, seperti batako, paving blok, tiang listrik, dan produk lain yang menggunakan semen. Dengan demikian dapat menaikkan nilai manfaat limbah dan dapat meminimalisasi pencemaran lingkungan.

3.      Meminimalisasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah.

Pihak industri banyak yang belum memiliki perhatian khusus terhadap pembuangan dan proses pengelolaan limbah. Limbah biasanya hanya ditimbun ke dalam tanah atau dibuang langsung ke sungai. Hal ini dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan membahayakan kehidupan makhluk hidup. Metode solidifikasi adalah sebuah alternatif cara untuk meminimalisasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah .

4.      Mendukung konsep klastering industri.

Konferensi ke-III tingkat dunia tentang Zero Emissions telah dilaksanakan di Jakarta pada akhir bulan Juli 1997. Konsep Zero Emissions yaitu: “Tidak ada limbah cair, padat, dan gas. Semua masukan digunakan dalam proses produksi. Jika terjadi limbah, maka akan diubah menjadi sesuatu yang berharga dalam industri lain”. Konsep ini diikuti dengan berbagai penelitian yang tergabung dalam ZERI (Zero Emissions Research Initiative) yaitu dengan membentuk klastering industri (Clustering of Industries). Dengan cara ini limbah yang berasal dari proses produksi dalam sebuah industri dapat digunakan sebagai bahan baku bagi industri lain.

Klastering industri telah diterapkan pada berbagai industri  di Jepang. Salah satunya pada industri kertas. Bambu mengandung selulose yang digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas, namun juga menghasilkan limbah berupa lignin, hemiselulosa, lilin, dan black liquor yang dapat mengganggu proses pembuatan kertas dan menyebabkan pencemaran lingkungan. Ketika diterapkan sistem klastering industri, limbah yang dihasilkan dapat dimanfaatkan, contohnya limbah berupa lignin dapat digunakan sebagai bahan pembuat alkohol untuk bahan bakar, hemiselulosa digunakan untuk bahan pembuat pemanis buatan non protein pada industri minuman kaleng, lilin dijadikan bahan tambahan pada industri alat-alat olah raga sumo, dan black liquor juga digunakan sebagai bahan bakar dengan teknologi pengolahan yang canggih.

Sistem klastering industri belum banyak diterapkan di Indonesia. Limbah industri justru menjadi penyebab utama pencemaran lingkungan dan menjadi topik yang banyak diperbincangkan karena menimbulkan banyak kasus penyakit yang serius di masyarakat. Hal ini disebabkan karena terbatasnya penelitian tentang pemanfaatan limbah industri dan kurangnya kesadaran pemilik industri untuk menerapkan analisis mengenai dampak lingkungan dalam pembuangan limbah.

Menerapkan klastering industri memang tidak mudah, namun bisa diupayakan dengan melakukan pengkajian dan penelitian terkait. Metode solidifikasi limbah menggunakan semen Portland dapat dijadikan sebagai alternatif pemanfaatan limbah berbagai industri yang mendukung konsep klastering industri. Dengan cara ini limbah yang berasal dari proses produksi dalam sebuah industri dapat digunakan sebagai bahan baku bagi industri semen (melalui proses anhidrasi) maupun diolah secara mandiri (melalui proses hidrasi). Pemanfaatan limbah industri yang mengandung logam berbahaya juga telah sesuai dengan anjuran pemerintah sebagaimana yang tertera pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia (PPRI) No. 18 Tahun 1999 tentang Pengolahan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (Limbah B-3).












































BAB V
PENUTUP


A.  SIMPULAN

  1. Penanganan limbah industri yang mengandung logam berbahaya dengan metode solidifikasi menggunakan semen Portland dapat dilakukan melalui proses hidrasi dan anhidrasi.
  2. Ditinjau dari aspek kimiawi, logam berbahaya akan terstabilkan dalam komponen-komponen semen. Pada proses anhidrasi, logam berbahaya yang memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 akan terstabilkan dalam trikalsium aluminat (Ca3Al2O6) dan membentuk struktur larutan padat   Ca3-xMxAl­2O6, Ca3Al2-yLyO6 dan Ca3-xMxAl­2-y­­­­L­­yO6. Pada proses hidrasi, logam berbahaya akan terstabilkan dalam matriks semen selama proses pengerasan pasta semen berlangsung.
  3. Metode solidifikasi menggunakan semen Portland memiliki beberapa keunggulan, yaitu membuat limbah yang berbahaya menjadi tidak berbahaya, hasil yang diperoleh berupa produk yang bermanfaat, meminimalisasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah, dan mendukung konsep klastering industri.

B.     SARAN

  1. Adanya kajian lebih lanjut tentang penstabilan logam berbahaya menggunakan komponen semen yang lain, dan komposisi efektif pada proses pencampuran antara semen Portland dengan limbah sebelum diterapkan pada dunia industri.
  2. Adanya kerjasama dari berbagai pihak terutama peneliti, industri penghasil limbah logam berbahaya dan pemerintah untuk mengatasi pencemaran limbah yang mengandung logam berbahaya.












































 

DAFTAR PUSTAKA


Austin (1996). Industri Proses Kimia, Jakarta: Erlangga.

Banerjea, N. (1980) Technology of Portland Cement  and Blended Cements,        Bombay: WheelerPublishing.

Benarchid, Y., Diouri, A., Boukhari, A., Aride, J., Castanet, R., and Rogez, J., (2001), Thermal study of chromium-phosphorous-doped tricalcium aluminate, Cement and Concrete Research,  31, 449-454.

Chakoumakos, B. C., Lager, G.A., and Fernandez-Baca, J.A., (1992), Refinement of the structure of Sr3Al2Oand the hydrogarnet Sr3Al2(OD)12 by Rietveld analysis of neutron powder diffraction data, Acta Crystallografiya,  C48, 414-419.

Christensen, A. N., (1987), Neutron powder diffraction profile refinement studies on Ca11,3Al14O32,3 and CaClO(D0,88H0,12), Acta Chemica Scandinavia,  A41, 110-112.

Connell dan Miller (1995). Kimia dan Ekotoksikologi Pencemaran. Jakarta: UI Press

Daintith, J (1999). A Concise Dictionary of Chemistry New Edition. Oxford: Oxford University Press

Darmono (1995). Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta : UI Press

Dedy Feriansyah,dkk., (2002) Penstabilan logam Pb, Cr, dan Cu Menggunakan                  Semen Portland “Nusantara” Produksi PT. Semen Cibinong Tbk., Cilacap. Yogyakarta: Program Studi Kimia FMIPA UNY

Jasmidi (1998). Pengaruh pH Awal Larutan Terhadap Biosorpsi Timbal dan Seng oleh Biomassa Saccharomyces Cereviseae. Prosiding Seminar Nasional Kimia III Jurusan Kimia FMIPA UGM Yogyakarta. Hal 178-186

Lager Armbruster, T, and Faber, J. (1987), Neutron and X-ray diffraction study of hydrogarnet Ca3Al2(OH)12, American Mineralogist,  72, 756

Manahan (1994). Enviromental Chemistry 6th Ed. London: Lewis Publisher

Mondal, P., and Jeffery, J.W., (1975), Structure of tricalcium aluminate, C3A, Acta Crystallografiya,  B31, 689-697.

Murat, M dan Sorrentino, F. (1996) Effect of Large Addition of Cd, Pb, Cr. Zn, to Cement Raw Meal on The Composition and the Properties of Clinker and The Cement , Cem. Concr. Res., 26(3).

Omotoso, O. E., Ivey, D.G., and R. Mikula (1998). Hexavalent chromium in tricalcium silicate: Part 1. Quantitative X-ray diffraction analysis of crystalline hydration products. Journal of Materials Science 33: 507-515.

Palar, H (1994). Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Jakarta:  Rineka  Cipta

Prodjosantoso, Kennedy, B.J., and Hunter, B.A., (2000), Synthesis and Structural Studies of Strontium-substituted tricalcium aluminate, Australian  Journal of  Chemistry  53, 195-202.

Prodjosantoso (2002). Peran Kimia Anorganik dalam Optimalisasi Produk Semen. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta

Prodjosantoso,  Kennedy, B.J., and Hunter, B.A., (2002), Phase separation induced by hydration of the mixed Ca-Sr aluminates Ca3-xSrxAl2O6.  A crystallographic study, Cement and Concrete Research, 32, 647-655.

Prodjosantoso dan Sunaryo (2004). Solidifikasi Limbah Industri Penyamakan Kulit Dengan Semen Portland Sebgai Upaya Penanggulangan Pencemaran Lingkungan. Majalah ENVIRO 5 Maret 2005. PPLH-LPPM UNS Surakarta.

Richard, N., Lequeux, N., and Boch, P., (1995), Local environment of Al and Ca in CAH10 and C2AH8 by X-ray absorption spectroscopy, European Journal of Solid State Inorganic Chemistry,  32, 649-662.

Scrivener, K. L., Cabiron, J.L., and Letourneux, R., (1999), High-performance concretes from calcium aluminate cements, Cement and Concrete Research,  29, 1215-1223.

Sears, V. F. (1984). "Atomic Energy of Canada Limited Report AECL-8490"

Walz, L., Heinau, M., Nick, B., and Curda, J., (1994), Die kristallstrukturen der erdalkalialuminate Ba3Al2O6 und Ba2,33Ca0,67Al2O6 (Ba7Ca2Al6O18), Journal of Alloys and Compounds,  216, 105-112.

Walz, L., (1998), Pulverdiffraktometrische untersuchungen am system Sr3-xCaxAl2O6 sowie einkristllstrukturanalysen für die fäle x=1,395(8), 1,6291) und 2,12(1), Z. Kristallographie.,  213, 47-51.

Wang, S.Y. and Vipulandan, C. (1996). Leachibility of Lead from Solidified Cement-Fly Ash Binder. Cement and Concrete Research. Vol 26. No 6.

Weisweller, Von W., Dallibor, W., and Lück, M.P., (1987), Blei-, cadmium- und thallium einer zement-ofenanlage mit rostvowarmung bei erhöhter chloridzufuhr, Zement-Kalk-Gips, 11, 571-573.












Tidak ada komentar: