Hasil Pene/itian P2PLR Tahun 2002
ANALISIS KARAKTERISTIK MIEMBRAN OSMOSA BALIK FILMTECH TW30-1512-F UNTUK: PENGOLAHAN LIMBAH Dyah SJjlistyani
R
Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK ANALISIS KARAKTERISTIK MEMBRAN OSMOSA BALIK FILMTECH TW30-1512-F UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH. Karakteristik pada membran Osmosa balik Filmtech TW301512-F telah dipelajari dengan menggunakan larutan umpan Cesium Nitrat dan Cobalt Nitrat. Dalam penelitian ini diamati fluks larutan umpan melewati membran , faktor rejeksi dan konsentrasi larutan umpa~ dalam permeat. Perubah yang dig'Jnakan adalah suhu larutan umpan dari 30°C sampai 50° C dan tekanan larutan umpan dari 3 atm sampai 5 atm. Hasilnya menunjukkan bahwa kenaikan tekanan operasi diikuti oleh penurunan faktor rejeksi ,kenaikan fluks permeat serta kenaikan konduktivitas larutan umpan dalam perr:leat. Sedangkan kenaikan suhu umpan menyebabkan kenaikan fluks umpan melewati membran dan konduktivitas serta menyebabkan turunnya factor rejeksi. Pada penelitian ini factor rejeksi yang tinggi dan konduktivitas yang rendah direroleh pada suhu 30° C dan tekanan 3 atm yaitu untuk larutan umpan Co NO3, R = 88,64% dan konduktivitas = 0,53 mS/cm, sedangkan untuk larutan umpan Cs NO3, R = 89,06% dan konduktivitas = 0,25 mS/cm.
ABSTRACT CHARACTERISTIC OF FILMTECH TW30-1512-F REVERSE OSMOSIS MEMBRANE FOR WASTE TREATMENT. Characteristic of Filmtech TW30-1512-F reverse osmosis membrane were studied with cesium nitrate and cobalt nitrate as feed solution. This research feed solution through membrane, rejection factor and conductivity of solution were determined as function of feed temperature varying from 30"C to 50"C ,and operation pressure varying from 3 atm to 5 atm. The result show that increasing of operation pressure is followed by decreasing of rejection factor, increasing of permeat flux through membrane and increasing of feed solution concentration in permeate. The increasing of feed temperature is followed by increasing of fjux through membrane, increasing of conductivity and decreasing of rejection factor. High rejection factor and low conductivity of CoNO3 solution in permeate are found when temperature = 30 "C and operation pressure = 3 atm , R = 88,64% and conductivity = 0,53 mS/cm. High rejection factor and low conductivity of CsNO3 solution in permeate are found when temperature = 30 "C and operation pressure = 3 atm, R = 89,06% and conductivity = 0,25 mS/cm.
PENDAHULUAN Sebagai salah satu alternatif teknik pengolahc.n limbah cair, maka perlu dikembangkan teknik membran, khususnya membran osmosis balik. Dalam skala industri, teknologi membran digunakan untuk perrlurnian air, di industri makanan untuk pemekatan juice (minuman) dan susu. Mem~ran merupakan media yang bersifat sebagai filter yang dapat memisahkan campuran senyawa yang terlarut dengan cara yang amat spesifik. Proses pemisahan sangat dipengaruhi oleh struktur membran, yaitu ukuran pori, distribusi dan porositas membran. Dengan demikian, ukuran partike!1 atau molekul serta sifat-sifat kimia zat terlarut menentukan kebutuhan struktur membran yang digunakan. Jenis membran ini mempunyai ukuran pori 1:ertentu dimana interval tersebut menentukan tiDe membran. Membran diklasifikasikan berdasarkan ukuran
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
senyawa yang akan dipisahkan, seperti membran osmosa balik (RO) untuk ukuran molekul 0,1 -150 nm dan Mikrofiltrasi (MF) untuk ukuran molekul101000 nm. Membran osmosa balik (RO) tipe T'J'/30 -1512 -10 FilmTech made in USA adalah didesain untuk pemisahan molE~kulNaGI atau proses desalinasi yang menghasilkan air tawar. Osmosa balik digunakan untuk memisahkan bahan dengan berat molekul rendah atau garam anorganik dari larutan, dimana aplikasinya dapat ditemukan pada desalinasi air laut. Prinsip osmosa balik adalah memindahkan pelarut dari larutan encer ke larutan pekat. Untuk membiarkan air (pe!arut) melalui membran, tekanan yang digunakan harus lebih besar dari tekanan osmotic (biasanya kira-kira tiga kali lebih besar). Akan tetapi, membran harus dapat melewatkan pelarut saja, bukan zat terlarut (garam). Membran yang digunakan pada proses ini biasanya adalah membran yang porinya sangat kecil atau padat (dense). Pada penelitian terdahulu, telah dipelajari pemodelan untuk pengoperasian modul membran osmosis balik. Dalam kajian ini, diperoleh kajian-kajian dan persamaan dasar yang diperlukan Uiltuk pengoperasian membran osmosis balik. Pad a penelitian ini dikembangkan untuk uji karakteristik membran osmosis bailk (RO) dengan menggunakan larutan GsNO3 dan GoNO3 sebagai larutan umpan dengan mengamati pengaruh faktor suhu dan tekanan, sebagai langkah awal dalam upaya mempelajari kemungkinan teknik ini untuk pemekatan limbah radioaktif cair aktivitas rendah pada berbagai ukuran partikel zat terlarut.
TEaRI
.Jika liP < li TT ...Jw
Gambar 1. 8kema membran balik
pemisahan menggunakan dengan prinsip osmosis
100
Jw
Jika ~p < ~TT
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Gambar 1 menunjukkan gambar skematik pemisahan menggunakan membran dengan prinsip osmosis balik. SIJpaya air bisa melewati membran, maka tekanan operasi harus lebih besar dari tekanan osmosis. Ketika tekanan lebih tinggi dari tekanan osmosis ,air mengalir dari larutan konsentrat menuju larutan yang encer. Efektif air mengalir melalui membran ditunjukkan pada persamaan : Jw = A (~P < ~TT) Ketika R< 100 % dan Jw = A (!:lP- 6 Js
=
L1Cs =
1) <3< 1 , maka persamaan
menjadi
I1TT)
(2)
B.L\c s
(3)
Ct -Cp
(4)
Js = B./).cs
(5)
dimana : i1cs adalah perbedaan konsentrasi zat terlarut antara membran Jw adalah fluks pelarut melewati membran A adalah koefisien permeabilitas pelarut i1P adalah tekanan operasi, yaitu perbedaan tekanan pada dua sisi membran 6 adalah koefisien refleksi (idealitas membran) yang harganya antara 0 sampai 1 (6 =1 berarti membran hanya rneloloskan air atau pelarut gaia, sedangkan 6 = 0 artinya membran sarna sekali tidak selektif) i1TT adalah perbedaan tekanan osmosis larutan pad a dua sisi membran B adalah koefisien permeabilitas zat terlarut Js adalah fluks zat terlarut m~lewati membran R adalah factor rejeksi B sebagai fungsi dari difusivitas (:Os) dan ditunjukkan pada persamaan dibawah ini :
B=
Ds.Ks
t::.xadalah perbedaan
distribusi
(Ks)
(6)
t:J.x
dimana
koefisien
fraksi mollarutan
Dari persamaan (1) menunjukkan dengan peningkatan fluks pelarut.
101
bahwa kenaikan tekanan meningkat
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Selektivitas membran ditunjukkan dengan factor rejeksi R : R = 1
Js/Jw
~~=1-~ Cr
(7) Cf
dimana cp adalah konsentrasi zat terlarut dalam permeat (mg/liter),Cf konsentrasi zat terlarut dalam umpan (mg/liter)
adalah
BAHAN DAN ALA T Bahan Larutan
CsNO3 1000 ppm, larut2n CoNO3
1000 ppm, aquadest.
Alat Alat yang digunakan
adalat] membran
RO Filmtech TW 30 -1512
-F
METODE Dilakukan pengujian dengan membran RO Filmtech TW 30 -1512 -F dengan larutan CoNO3 dan larutan CsNO3 masing-masing dengan konsentrasi 1000 ppm dengan variasi suhu 300 C, 400 C dan 500 C. dan variasi tekanan yaitu 3 atm, 4 atm dan 5 atm. Permeat yang dihasilkan ditampung dalam beaker glass dan diukur fluksnya,. Semua permeat yang dihasilkan diukur konduktivitasnya dengan alat konduktometer. Faktor Rejeksi (R) dihitung dengan menggunakan
persamaan 7.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh tekanan operasi terhadap fluks permeat dan factor rejeksi (R) dari larutan Cs dan larutan Co adalah fluks permeat akan mengalami kenaikan dengan naiknya tekanan operasi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan Jw = A(~P -~ TT), dimana dengan naikknya perpedaan tekanan pada dua sisi membran, sehingga (~p -~ TT) semakin besar, sehingga menyebabkan naiknya fluks permeat. Konduktivitas juga mengalami kenaikan dengan adanya kenaikan tekanan operasi. Sedangkan Faktor Rejeksi akan mengalami penurunan dengan adanya kenaikan tekanan operasi. Dari percobaan ini dapat diamati bahwa fluks permeat dan factor rejeksi yang tinggi serta konduktivitas yang diperoleh pada tekanan operasi 3 atm, terlih3t pad a Gambar 2 dan Gambar 3.
102
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
1 I[).9 _1
D.8
0.60-50.40.3-
"§ j[).7 "G)
t
A.~'~ ===:=::=:=:~=======:: ".
0.755 0.6969
-0.6388
"4i' ~ ...
-,~0
~
~ 0.20.1 0
30
50
40 Suhu (Oc)
-+- tekanan 3 amI
t9kanan 4 atm
~
t~!~"'~"'c n5" a' tm .
---~f(J!
--~---"~-
Gambar 3. Kurva Suhu vs R Larutan CsNO3
Pengaruh suhu operasi akan menyebabkan kenaikan fluks permeat, seperti diperlihatkan pad a Gambar 4 dan 5, hal itu dapat dijelaskan pad3 pengamatHn pada kinerja membran, dimana dengan kenaikan suhu ,maka dapat menyebabkan disosiasi pada bahan membran, sehingga kinerja dari membran menurun dan menyebabkan naiknya fluks permeat dan mengakibatkan naiknya konduktivitas dalam permeat seperti diperlihatkan pada Gambar 6 dan 7 dan faktor Rejeksi dalam hal ini mengalami penurunan seperti diperlihatkan pad a Gambar 2 dan 3. Dari percobaan diamati bahwa fluks permeat dan factor rejeksi yang tinggi serta konduktivitas yang rendah diperoleh pad a suhu operasi 30°C.
::!~==~====:==:::~~===::
103
HasH Penelitian P2PLR Tahun 2002
Gambar 4. Kurva Suhu vs Fluks Larutan CoNO3
Gambar 5. Kurva Flux vs Suhu Larutan CsNO3
104
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
.,
0" 40
50
Suhu(C) ~
tekanan 3 atm
Gambar
---tekanan
4 aim
6. Suhu vs Konduktivitas
-.-tekanan
Larutan
30
5 atm
GoNG3
50
Suhu(~C) -+-
tekanan 3 atm
--tekanan
4atm
Gambar 7. Kurva Suhu vs Konduktivitas
105
-.-teqnan5
i
am I J
Larutan CsNO3
HflSil Penelitifln P2PLR Tahun 2002
Oari penelitian ini, dapat diamati pula bahwa percobaan dengan menggur.akan larutan Co dan larutan Cs sebagai larutan umpan , ternyata menunjukkan bahwa factor rejeksi (R) hasil permeat pada larutan Co lebih rendah dari pada larutan Cs, hal ini dikarenakan ukuran r u?r:-jari) ion Co2+ ( = 0,65Ao ) lebih kecil dibandingkan dengan ukuran r uari-jari) ion Cs+ (=1,69AO) , sehingga kendala lolosnya ion tersebut melewati membran lebih besar dan ini berpengaruh terhadap pengukuran konduktivitas dan fakto rejeksi larutan tersebut. Selain r uari-jari) ion ,ternyata nomor massa berpengaruh juga terhadap proses pemisahan membran. Nomor massa ion Cs+ = 137, lebih besar dari nomor massa Co2+ = 60, sehjngga akan menimbulkan fouling pada membran , hal ini akan berpengaruh pad a hasil permeat, dimana pengukuran konduktivitas akan lebih rendah ,sedangkan factor r~jeksi akan meningkat.
KESIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa kenaikan tekanan operasi diikuti oleh penurunan factor rejeksi, kenaikan fluk permeat dan kenaikan konduktivitas larutan umpan dalam permea_t. Sedangkan ken3.ikan suhu umpan menyebabkan kenaikan fluks umpan melewati mem.bran dan kenaikan konduktivitas serta menyebabkan turunnya facto! rejeksi. Faktor rejeksi dan fluks permeat yang tinggi serta konduktivitas yang rendah diperoleh pada suhu 30 C dan tekanan 3 atm, yaitu: untuk larutan umpan Co, konduktivitas = 0,53 mS/cm, R = 88,64%,
sedangkan untuk larutan
umpan Cs, konduktivitas
= 0,25 mS/cm, R = 89,06%.
DAFTAR PUSTAKA 1. OHYA, H. 1976. Reverse Osmosis Method. Membran Separation Engineering. Kagaku Pub. Co. Tokyo. P.273 2. Winduwati S.,Yohan, Rifaid M.Nur. ,1996. Karakteristik Osmosis balik Membran Spiral Wound, Hasil penelitian PTPLR 1996 3. Rifaid M.Nur , Status Pengembangan Sains Dan Teknologi Membran di Indonesia., Buletin Limbah , Volume 7 Nomor 1 tahun 2002, ISSN 08535221. 4. Marcel Mulder., Basic Principles of f\1embran Technology.,Kluwer ., Academic Publishers., Nedherlands, 1996.
106
