Ampas Teh sebagai Adsorben

2.1             Teh

Teh (Camellia sinensis L.) adalah tanaman yang tumbuh baik di daerah dingin dengan ketinggian di atas 1000 meter dpl. Tinggi tanaman teh bisa mencapai 10 meter.

Klasifikasi tanaman teh (Namita, 2012):

Kingdom    Plantae

Ordo           Ericales

Family        Theaceae

Genus         Camellia

Species       C. Sinensis

Senyawa yang ada dalam teh antara lain polifenol, kafein, gula, getah, asam amino, teobromin, mineral dan abu. Selain itu, terdapat juga serat kasar, selulosa, lignin, pati, pektin, lemak dan protein (Suranto, 2004).

1.    Selulosa

Selulosa adalah suatu polimer yang tidak bercabang dari glukosa yang dihubungkan melalui ikatan 1,4-glikosida dan merupakan penyusun utama dinding sel tanaman yang berbentuk serat dan berwarna putih dengan rumus molekul (C₆H₁₀O₅)_n dimana n adalah derajat polimerisasi.

2.    Lignin

Lignin adalah bagian dari tumbuhan yang terdapat dalam lamelar tengah dan dinding sel serta berfungsi sebagai perekat antar sel.. Jumlah kandungannya dalam kayu antara 20- 35% sedangkan dalam tanaman bukan kayu kandungan lignin akan lebih tinggi.

Komposisi kimia ampas teh secara jelas dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi kimia ampas teh

Zat Gizi	Kandungan/ %
Bahan Kering Abu Lemak Kasar Protein Kasar Serat Kasar Tanin Hemiselulosa Selulosa Lignin Silika	90,24 5,00 0,42 18,40 21,73 2,98 8,70 33,54 8,41 1,61

 (Nurcahyani et al., 2006).

2.1              Limbah Cair

     Limbah adalah zat atau komponen lain yang dikeluarkan atau dibuang akibat sesuatu kegiatan baik industri maupun non-industri. Limbah cair terdiri dari berbagai zat organik maupun anorganik. Pada dasarnya limbah cair tidak memberikan efek pencemaran sepanjang kandungannya tidak membawa senyawa-senyawa yang membahayakan ataupun bahan-bahan endapan. Apabila limbah cair tidak melalui pengolahan dan dibuang langsung ke lingkungan perairan maka akan berdampak negatif pada lingkungan tersebut karena polutan di dalam air menjadi semakin tinggi (Kaneco, 2000).

Limbah cair mengakibatkan lahan penampungan menjadi kotor dan senyawa-senyawa pencemar yang terkandung dapat membahayakan lingkungan. Air dikatakan tercemar bila salah satu atau lebih kondisi berikut ini terpenuhi yaitu (Ginting, 2008):

a.    Keasaman air berubah

b.      Terjadi perubahan sifat fisik air misalnya terjadi perubahan warna, air menjadi keruh, berbau dan perubahan suhu air

c.       Permukaan air tertutup oleh lapisan terapung, berupa minyak, lemak dan bahan padat lainnya

d.      Terjadi peningkatan kandungan bahan-bahan organik maupun dan organik dalam air

e.       Zat-zat tersuspensi dalam air meningkat.

2    Klasifikasi Kualitas Air

     Tingkatan mutu air dari setiap kelas disusun berdasarkan kemungkinan kegunaannya bagi suatu peruntukan. Kriteria mutu air merupakan tolok ukur mutu air untuk setiap kelas air. Definisi pada Pasal 8 PP No.82/2001 adalah sebagai berikut (Kementerian Lingkungan Hidup, 2012) :

a. Kelas satu, air yang dapat digunakan untuk air baku air minum, dan peruntukkan lain dengan syarat kualitas yang sama.

b. Kelas dua, air yang dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, pertanaman, dan peruntukkan lain dengan syarat kualitas yang sama

c. Kelas tiga, air yang dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, pertanaman, dan peruntukkan lain dengan syarat kualitas yang sama

d. Kelas empat, air yang dapat digunakan untuk mengairi pertanaman dan peruntukkan lain dengan syarat kualitas yang sama.

3    Karakteristik Limbah Cair

Karakteristik dari limbah cair, diklasifikasikan menjadi karakteristik fisika, kimia dan biologi.

1.    Karakteristik fisika

a.       Suhu

Kenaikan suhu dapat dipengaruhi oleh kondisi udara di sekitarnya. Kondisi ini sangat mempengaruhi kehidupan biologis organisme dalam air, kelarutan oksigen, kerapatan air dan tekanan permukaan.

b.      Kekeruhan

Adanya koloid, bahan pencemar, plankton serta beberapa jenis mineral akan menyebabkan kekeruhan pada air. Kondisi ini sangat mengganggu kejernihan air dan kehidupan biologis organisme yang ada dalam limbah.

c.       Bau

Timbulnya bau pada air lingkungan merupakan indikasi kuat bahwa air telah tercemar. Bau yang keluar dari dalam air dapat langsung berasal dari limbah industri atau dari hasil degradasi oleh mikroba yang hidup dalam air. Mikroba yang hidup di dalam air akan mendegradasi polutan organik terutama gugus protein, menjadi bahan yang mudah menguap dan berbau.

d.   Rasa

Bau yang tidak normal pada air, umumnya mempunyai rasa yang tidak normal pula. Pelarutan ion-ion logam dapat mengubah konsentrasi ion hidrogen dalam air dan dapat menimbulkan rasa pada air. Adanya rasa pada air pada umumnya terjadi karena perubahan pH air dari kondisi normal.

e.       Warna

Limbah cair yang mengandung bahan organik dan anorganik seringkali merugikan lingkungan di dalam air sehingga air menjadi berwarna keruh (Sunu, 2011).

2.        Karakteristik kimia

Kandungan bahan kimia yang terdapat dalam air limbah dapat merugikan lingkungan melalui berbagai cara. Adapun bahan kimia pada limbah yang berbahaya antara lain:

a.     Bahan Organik

Bahan organik yang banyak dalam air limbah akan mempersulit dalam pengolahan air limbah sebab terdapat beberapa zat yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganise.

b.    Protein

Protein sangat kompleks dalam struktur kimianya dan bersifat tidak stabil.. Seluruh protein mengandung atom karbon, hidrogen dan oksigen. Protein merupakan penyebab utama terjadinya bau karena proses pembusukkan dan penguraian.

c.     Karbohidrat

Karbohidrat terdiri atas atom karbon, hidrogen dan oksigen. Karbohoidrat merupakan gabungan dari polihidroksilat seperti gula dan selulosa.

d.    pH

Limbah cair yang belum terolah dan dibuang langsung ke badan air akan mengubah pH air. Hal tersebut dapat mengganggu kehidupan organisme di dalam badan air. Air limbah dengan pH yang tidak netral akan menyulitkan proses biologis, sehingga mengganggu proses penjernihan. Adapun pH yang baik bagi air minum dan limbah cair adalah netral.

e.     Fenol

Fenol merupakan penyebab timbulnya rasa pada air. Fenol dapat dihasilkan dari proses industri dan masih dapat dioksidasi melalui proses biologi apabila konsentrasi mencapai 500 mg/L, namun akan sulit penguraiannya apabila telah mencapai kadar yang melebihi 500 mg/L.

f.     Logam Berat

Keberadaan logam berat seperti nikel (Ni), magnesium (Mg), timbal (Pb), kromium (Cr), Seng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe), dan air raksa (Hg) dalam limbah perlu diawasi karena mempunyai sifat toksik (Sunu, 2001).

3.    Karakteristik Biologi

Karakteristik biologis pada limbah cair menggambarkan apakah terdapat bakteri-bakteri patogen dalam limbah cair. Kelompok bakteri tersebut dibedakan dalam beberapa jenis yaitu jamur, ganggang, protozoa, virus dan sebagainya. Bakteri yang terdapat di dalam air limbah akan mengoksidasi air limbah terutama bahan organiknya. Konsentrasi bahan organik yang ada dalam air limbah dinyatakan dalam banyaknya jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk oksidasi. Kebutuhan oksigen dinyatakan dalam bentuk BOD (Biological Oxygen Demand) dan COD (Chemical Oxygen Demand). BOD (Biological Oxygen Demand) adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan mikroorganisme di dalam air lingkungan untuk mendegradasi bahan buangan organik yang ada di dalam sistem air lingkungan. Sedangkan COD (Chemical Oxygen Demand) adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan buangan yang ada di dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimia. Kekuatan air limbah seringkali ditentukan oleh nilai BOD atau COD (Sunu, 2011).

2.4              Limbah Logam

a.     Tembaga

Pencemaran lingkungan akibat tembaga disebabkan oleh pertambangan, metalurgi, produksi serat, korosi pipa dan industri pencetakan logam (Beliles, 1979). Industri utama lainnya yang memakai tembaga antara lain kertas, pulp, pemurnian minyak bumi, perawatan kayu, sumber pertanian seperti pupuk, semprotan fungisida dan limbah hewan (Parker, 1980). Tembaga dapat ditemukan sebagai kontaminan dalam makanan, terutama kerang, hati, jamur, kacang-kacangan dan cokelat. Setiap wadah kemasan yang menggunakan bahan tembaga dapat mencemari produk seperti makanan dan minuman. Tembaga telah dilaporkan menyebabkan neurotoksisitas umumnya dikenal sebagai "penyakit Wilson" karena endapan tembaga dalam inti lenticular otak dan gagal ginjal (Sitting, 1976). Dalam beberapa kasus, masuknya tembaga dalam tubuh mengakibatkan penyakit kuning dan pembesaran hati. Selain itu, semprotan inhalasi secara terus menerus yang mengandung tembaga menyebabkan peningkatan kanker paru-paru di kalangan pekerja.

b.      Nikel

Elektroplating merupakan salah satu proses penting yang terlibat dalam finishing  dan pengendapan logam agar hasil yang lebih baik pada peralatan rumah tangga. Meskipun beberapa logam dapat digunakan untuk elektroplating, nikel, tembaga, seng dan kromium adalah logam yang paling umum digunakan (Malkoc and Nuhoglu, 2005). Nikel juga hadir dalam limbah kilang perak, pengecoran dasar seng dan industri baterai (Kuyucak and Volesky, 1998). Jika pada manusia dan hewan logam Nikel terakumulasi dalam tubuh manusia dapat menyebabkan kanker paru-paru, hidung dan tulang, sakit kepala, pusing, mual dan muntah, nyeri dada, sesak dada, batuk kering dan sesak napas, pernapasan cepat, sianosis dan kelemahan ekstrim (Mahvi et al., 2005).

c.       Seng

Karena sifat ketahanan yang luar biasa terhadap korosi, seng umumnya digunakan untuk melindungi besi dari karat, dalam proses yang disebut galvanisasi. Seng banyak digunakan untuk pembuatan paduan warna putih dan seng juga berguna untuk menghasilkan kuningan, perak Jerman, logam delta, untuk pembuatan emas dan perak dalam metode sianida, dan sebagai bahan anoda di sel galvanik. Berbagai garam seng digunakan industri pengawet kayu, katalis, kertas foto, akselerator vulkanisasi karet untuk, keramik, tekstil, pupuk, pigmen, produksi baja dan baterai (Kuyucak and Volesky, 1998) . Toksisitas dari konsumsi seng berlebihan jarang terjadi tetapi apabila terjadi dapat menyebabkan gangguan pencernaan dan diare (Babel and Kurniawan, 2003).

            

Tabel Beberapa komposisi standar logam berat

Logam Berat	W.H.O Air minum / ppm	U.S.E.P.A. Limbah/ ppm	C.P.C.B. Limbah/ ppm
Cu	0,05	1,3	1,5
Ni	0,05	1	0,05
Zn	5	5	15,0

(Liu et al., 2009)

1.    Aplikasi Ampas Teh terhadap Pengolahan Limbah

              Sampai saat ini penelitian mengenai pemanfaatan ampas teh sebagai adsorben terus dikembangkan. Mulai dari perlakuan terhadap adsorben maupun penelitian dengan berbagai macam jenis limbah. Jenis limbah yang sering digunakan untuk uji adsorben dari ampas teh ditunjukan pada Tabel 3.1

Tabel. Beberapa penelitian pengolahan limbah logam dengan ampas teh

Referensi	Logam	Waktu Kontak/ menit	Konsentrasi Logam/ ppm	Jumlah adsorben/ g
Cay et al.	Cu, Cd	60	5	0,02-0,4 g
Mahvi et al., 2005	Cd, Ni, Pb	60	5, 10, 15, 30, 100	0,5-1,5 g
Malkoc and Nuhoglu	Ni	120	200	0,5-1,5 g
Amarasinghe and Williams	Cu, Pb	90	100-200	0,125-0,75 g
Wasewar at al.	Zn	240	50	0,12-2,0 g
Thakur and Parmar	Cu, Ni, Zn	30, 60, 120, 180	5, 10, 15, 30, 100	0,5, 1,0, 1,5

Dari semua penelitian yang telah dilakukan, konsep yang terjadi pada adsorpsi hampir sama. Efektivitas adsorpsinya dipengaruhi beberapa faktor diantaranya jenis logam, waktu kontak adsorpsi, konsentrasi awal logam dan jumlah adsorben

2  Metode Persiapan dan Penggunaan Adsorben Ampas Teh

a.       Persiapan dan penggunaan adsorben ampas teh (Thakur dan Parmar, 2013)

Limbah teh yang dikumpulkan dari warung teh dan restoran dicuci dan direndam dengan air panas (T= 85°C) sampai zat warna pada teh menghilang. Setelah zat warna hilang, dikeringkan menggunakana oven (T= 105 °C) selama 12 jam. Selanjutnya ampas teh diubah bentuknya menjadi bubuk dengan mixer penggiling dan disaring dengan ukuran 120 mesh. Selanjutnya dikeringkan kembali (T= 105°C) selama 6 jam dan kemudian disimpan dalam kantong plastik pada suhu kamar.

Adsorben ampas teh variasi massa (misalnya 0,5 g adsorben) ditambahkan 100 mL larutan logam (Tembaga, nikel, seng) variasi konsentrasi (10, 20, 50 dan 100 ppm) dalam 12 tutup botol kaca pada suhu tetap (30⁰ C). Dengan variasi waktu kontak (30, 60, 120 dan 180 menit). Setelah itu disaring menggunakan kertas saring Whatman nomor satu. Konsentrasi ion logam berat yang tersisa dalam larutan diukur dengan spektrofotometer UV-visible pada 312 nm untuk logam tembaga. Konsentrasi residu nikel dan seng ditentukan pada panjang gelombang masing-masing pada 392 nm dan 310 nm. Pengaruh beberapa parameter, seperti konsentrasi, waktu kontak dan jumlah adsorben pada adsorpsi diamati. Hasil penelitian ini digunakan untuk mendapatkan kondisi optimum penghilangan logam berat pada limbah. Persentase kehilangan logam berat dihitung dengan menggunakan Persamaan.

Persentase kehilangan ion logam (%) =  × 100

Keterangan:

C o: konsentrasi ion logam awal larutan uji/ ppm

C e:  konsentrasi akhir larutan uji/ ppm

b.      Persiapan dan penggunaan adsorben ampas teh (Mahvi et al., 2005)

Ampas teh dicuci dan kemudian dibilas dengan air suling. Setelah itu dikeringkan pada suhu 100⁰C dan kemudian disaring menggunakan ayakan berukuran 10 mesh. Setelah itu dituangkan dalam wadah plsatik dan disimpan dalam desikator.

Setelah itu dibuat campuran larutan nikel, timbal dan kadmium dengan variasi konsentrasi (5, 10, 15, 30 dan 100 ppm). Hal ini untuk mengetahui efisiensi ampas teh dalam variasi konsentrasi limbah logam dan digunakan juga variasi dari adsorben (0,5, 1 dan 1,5 gram) dalam larutan logam tunggal. Pertama, disiapkan 15 botol yang berisi 0,5 gram adsorben dan 100 mL larutan timbal yang sudah diketahui masing-masing konsentrasinya. Masing-masing variasi konsentrasi timbal dilakukan pengulangan dengan variasi massa adsorben yang berbeda. Kemudian dikocok dengan kecepatan 120-130 rpm. Setelah satu jam, larutan disaring menggunakan kertas saring Whatman nomor 40. Kemudian filtrat dari larutan timbal tersebut ditentukan konsentrasinya menggunakan Spektrofofometer Serapan Atom (AAS). Dilakukan prosedur yang sama untuk larutan Kadmium dan Nikel.

KESIMPULAN

1    Ampas teh adalah adsorben yang murah untuk menghilangkan ion Cu, Zn dan Ni dari air limbah tanpa memerlukan pretreatment apapun. Hasil eksperimen Thakur (2013), menunjukkan bahwa persentasetase kehilangan maksimum ion nikel oleh ampas teh pada kondisi optimum (pH 5, waktu kontak selama 120 menit., jumlah adsorben 0.5g/100 mL dan konsentrasi 20 ppm) adalah 94% dan untuk tembaga dan ion seng adalah 89% dan 91% masing-masing pada kondisi optimum (pH 5, waktu kontak 120 menit dan jumlah adsorben 0.5g/100 mL adsorben, konsentrasi 10 ppm). 

2    Penelitian Mahvi (2005), menunjukkan bahwa ampas teh dapat digunakan dalam pengolahan logam berat dan efisiensinya bisa mencapai 100 %  dengan jumlah adsorben yang tepat. Konsentrasi Logam berat juga memiliki pengaruh yang penting pada hasil pengolahan ini. Sementara itu, sangat mungkin meningkatkan efisiensi adsorben ampas teh dengan melakukan perlakuan awal pada ampas teh, misalnya menggunakan beberapa larutan asam, basa dan deterjen.