BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengaruh Putaran Pengaduk Terhadap Fluks Permeat Pengaruh putaran pengaduk terhadap fluks permeat pada modul RDMM terlihat pada Gambar 5. Pada Gambar 5 terlihat bahwa modul RDMM tanpa aktivitas pemutaran (pengaduk dan membrane) menghasilkan fluks permeat relatif paling rendah namun dengan gradien penurunan fluks yang juga rendah. Gradien yang rendah ini menunjukkan bahwa kecepatan fouling relatif lambat. Penambahan kecepatan putaran pengaduk (di atas membrane) dari 65 rpm sampai 160 rpm ternyata menghasilkan pertambahan fluks cukup signifikan yaitu sekitar 30% (untuk 65 rpm) sampai sekitar 100% (untuk 165 rpm). Meskipun demikian, terlihat bahwa gradien fouling relatif lebih tajam dibanding RDMM tanpa aktivitas pemutaran. Fenomena penambahan fluks akibat pemutaran pengaduk dapat dijelaskan akibat dari gaya aksial cairan dan efek turbulensi diatas membran. Gaya aksial diatas membran mendorong senyawa SLS menuju pori membran. Disamping itu, hal ini mengindikasikan bahwa arah lubang pori dari membran cellulose triacetate (CTA) adalah acak dan tidak seragam, sebagaimana yang telah dijelaskan oleh Sangita (2006). Dengan bentuk acak tersebut maka dengan penambahan turbulensi mengakibatkan peluang datangnya fluks menembus mulut pori dengan arah tegak lurus akan semakin besar, sehingga secara langsung memperbesar fluks yang lewat. Berdasarkan argumentasi inilah maka dapat dijelaskan mengapa pada kecepatan putar pengaduk 200 rpm terjadi penurunan fluks permeat, hal ini akibat gaya aksial terlalu besar dibanding kemampuan pori menerima permeat. Berdasarkan perhitungan gradien dari regresi linier terhadap data dari Gambar 5, diperoleh informasi bahwa kecenderungan kenaikan laju fouling ditunjukkan oleh RDMM dengan kecepatan putar pengaduk 100 rpm dan 160 rpm, sedangkan laju fouling untuk kecepatan putar pengaduk 65 rpm relatif sedikit lebih rendah dari laju fouling RDMM tanpa aktivitas pemutaran. Pertambahan kecepatan fouling ini kemungkinan berkaitan langsung dengan penambahan fluks yang mampu menembus pori CTA. Meskipun dengan adanya efek turbulensi pada permukaan membran mampu mengurangi fouling pada permukaan, namun molekul yang berkesempatan masuk ke dalam pori membran akan menutupi sebagian pori atau menempel pada dinding pori. Semakin besar fluks yang lewat maka fouling semakin banyak. Hal ini lama-kelamaan akan terakumulasi dan menyumbat aliran permeat. Bila ditinjau secara keseluruhan maka terlihat bahwa meskipun terjadi peningkatan kecepatan fouling, namun setelah 3 jam pengambilan data, ternyata fluks akhir dari RDMM dengan kecepatan pengaduk 100 rpm dan 160 rpm tetap lebih besar dari fluks RDMM tanpa aktivitas pemutaran. Sehingga dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa untuk RDMM dengan membran diam, maka kecepatan putar pengaduk terbaik adalah pada kecepatan 160 rpm.
15
Ditinjau dari total suspended solid (TSS) dari larutan SLS, untuk keseluruhan pengaruh putaran pengaduk, maka terjadi penurunan TSS dari rerata 560 ppm (saat sebelum diumpankan ke membran) menjadi 90 ppm (permeat).
Membran 0 rpm, pengaduk 0 rpm Membran 0 rpm, pengaduk 65 rpm Membran 0 rpm, pengaduk 100 rpm Membran 0 rpm, pengaduk 160 rpm
12
Flluks Permeat L/(m2.h)
10
8
6
4
2
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
waktu (menit)
Gambar 5. Pengaruh Putaran Pengaduk RDMM terhadap fluks permeat
4.2. Pengaruh Putaran Membran Terhadap Fluks Permeat Seperti halnya pada pengaruh putaran pengaduk, pemutaran membran juga menyebabkan fluks permeat meningkat hingga mencapai dua kali lipat, seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Semakin tinggi kecepatan putar membran maka fluks permeat semakin besar sampai pada kecepatan putar membran tertentu. Hal ini akibat dari selain adanya shear rate/gaya geser permukaan membran terhadap polarisasi konsentrasi/fouling, juga akibat adanya getaran membran yang meminimalisir penempelan fouling. Bila dibandingkan dengan hasil dari pengaruh putaran pengaduk, maka besarnya penambahan fluks oleh pengaruh putaran membran lebih baik dari pada efek pemutaran pengaduk. Berdasarkan kecepatan fouling, terlihat sepintas bahwa laju fouling tidak begitu signifikan berbeda antara membran yang diputar dan membran diam, kecuali pada data putaran membran 65 rpm, yang mengalami sedikit fluktuasi pada rentang waktu 30 menit hingga 70 menit operasi. Lain halnya bila dibandingkan dengan laju penambahan kecepatan fouling oleh pengaruh kecepatan putar pengaduk. Berdasarkan hasil ini, diindikasikan bahwa adanya pemutaran membran saja lebih menguntungkan dari pada pemutaran pengaduk saja. 16
Membran 0 rpm, pengaduk 0 rpm Membran 65 rpm, pengaduk 0 rpm Membran 100 rpm, pengaduk 0 rpm Membran 160 rpm, pengaduk 0 rpm
16 14 12 10 8 6 4 2 0 10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Gambar 6. Pengaruh Putaran Membran RDMM terhadap fluks permeat
4.3. Pengaruh Putaran Membran dan Pengaduk Terhadap Fluks Permeat Bila membran dan pengaduk diputar secara bersamaan dan berlawanan arah maka ternyata juga akan berpengaruh terhadap besarnya fluks yang mengalir. Dari Gambar 7 terlihat bahwa fluks tertinggi terjadi pada putaran membran 100 rpm dan putaran pengaduk 100 rpm. Hasil ini merupakan hasil terbaik dari seri data yang telah diambil sebelumnya. Ditinjau dari kecepatan fouling ternyata cukup moderat, yang artinya kecepatan fouling relative sedikit lebih rendah dibanding Gambar 5 dan 6. Berdasarkan pertimbangan besarnya fluks yang dihasilkan dan kecepatan fouling, maka dapat diambil kesimpulan bahwa kecepatan putar optimal untuk proses pemurnian SLS berbasis serbuk gergaji menggunakan RDMM adalah pada kecepatan putar membran dan pengaduk masing-masing 100 rpm berputar berlawanan arah.
17
Membran 65 rpm, pengaduk 65 rpm Membran 100 rpm, pengaduk 100 rpm Membran 160 rpm, pengaduk 160 rpm Membran 65 rpm, pengaduk 100 rpm
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
25
50
75
100
125
150
175
Gambar 7. Pengaruh Putaran Membran dan Pengaduk yang Berlawanan Arah
4.4. Pengaruh Bentuk Pengaduk Terhadap Fluks Permeat Pengambilan data variasi bentuk pengaduk dilakukan untuk melihat dan membuktikan adanya gaya aksial yang bekerja mendorong aliran menuju muka membran. Untuk keperluan ini maka pengaduk semula dimodifikasi dengan menambahkan landasan agar aliran fluida tidak naik ke atas dan menambah tekanan ke arah permukaan membran. Hasil pengujian pengaruh bentuk pengaduk terhadap fluks permeat ditampilkan pada Gambar 8. Data diperoleh dengan variasi kecepatan pengaduk namun dengan putaran membran tetap 100 rpm. Dari gambar terlihat data cukup fluktuatif. Sebagai pembanding adalah hasil optimal dari serangkaian percobaan menggunakan pengaduk biasa yang telah dilakukan sebelumya yaitu pada kecepatan putar membran-pengaduk masing-masing 10 rpm. Dari hasil perbandingan itu terlihat bahwa secara umum penambahan modifikasi pada pengaduk tidak memberikan pengaruh yang lebih baik.
18
Pengaduk dengan landasan diputar 65 rpm
25
Pengaduk dgn landasan diputar 100 rpm Pengaduk dgn landasan diputar 160 rpm
Flluks Permeat L/(m2.h)
20
15
10
5
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
waktu (menit)
Gambar 8. Pengaruh Bentuk Pengaduk Terhadap Fluks Permeat
4.5. Pengaruh Jarak Antara Pengaduk dan Membran Percobaan ini akan melihat apakah adanya ruang kosong antara membran dengan pengaduk akan mempengaruhi fluks dan fouling. Diharapkan dengan adanya ruang kosong yang cukup maka akan terbentuk vortex yang diharapkan akan memperbesar fluks namun mengurangi fouling. Dari Gambar 9 terlihat bahwa jarak pengaduk-membran 4 cm ternyata menunjukkan data-data fluks yang lebih baik dari jarak membran-pengaduk 2 cm (putaran membran-pengaduk 100 rpm berlawanan arah), serta ketahanan fouling yang juga baik. Hal ini mengindikasikan bahwa ruang kosong member keleluasaan bagi cairan untuk terbentuknya vortex yang akan membantu mengikis fouling secara lebih cepat.
19
20 18
Flluks Permeat L/(m2.h)
16 14 12 10 8 Membran 100 rpm, pengaduk 100 rpm
6
Pengaduk standar jarak 4cm
4
Pengaduk standar jarak 6 cm
2 0 0
25
50
75
100
125
150
175
waktu (menit)
Gambar 9. Pengaruh Jarak Antara Membran dan Pengaduk
4.6. Pengaruh Penambahan Gelembung Udara Penambahan gelembung udara pada celah membran-pengaduk dimaksudkan untuk melihat efek penambahan fase lain dipermukaan membran. Dengan penambahan udara disamping menambah turbulensi juga diharapkan terjadi diskontinuitas aliran ke dalam pori. Hal ini diharapkan terjadi efek kombinasi pengisian pori dan pengikisan foling oleh media antar fasa. Gambar 10 menunjukan efek penambahan gelembung udara. Terlihat bahwa fluks turun dan menjadi relative tidak teratur dan tidak dapat ditentukan trend laju fouling. Secara umum terlihat bahwa penambahan gelembung udara tidak membawa manfaat yang berarti.
20
Gambar 10. Pengaruh penambahan gelembung udara Dari serangkaian data percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa kondisi operasi optimal proses pemurnian SLS berbasis serbuk gergaji menggunakan modul rotating disk membrane modul terjadi pada kondisi pemutaran membran dan pengaduk masing-masing 100 rpm berlawanan arah dan jarak antar keduanya sekitar 4 cm. Perlu diketahui juga bahwa percobaan dengan variasi tekanan tidak dilakukan karena terjadi kebocoran membran untuk tekanan yang lebih tinggi dari atmosferis.
21
