TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2 Semester 2 2011/2012
Judul PRODUKSI AIR BERSIH DARI AIR GAMBUT DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI ELEKTRODEIONISASI
Kelompok B.1011.3.21 Ian Sofian Yunus Juli Sucipto
(13008002) (13008077)
Pembimbing Dr. I Gede Wenten
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG MEI 2012
LEMBAR PENGESAHAN TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2 Semester 2 2011/2012
PRODUKSI AIR BERSIH DARI AIR GAMBUT DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI ELEKTRODEIONISASI Kelompok B.1011.3.21 Ian Sofian Yunus Juli Sucipto
(13008002) (13008077)
Catatan
Bandung, Mei 2012 Disetujui Pembimbing
Dr. I Gede Wenten
B.1011.3.21
i
SURAT PERNYATAAN TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2 Semester 2 2011/2012
Kami yang bertandatangan dibawah ini:
Kelompok
: B.1011.3.21
Nama (NIM) : Ian Sofian Yunus (13008002) Nama (NIM) : Juli Sucipto (13008077)
dengan ini menyatakan bahwa laporan dengan judul:
PRODUKSI AIR BERSIH DARI AIR GAMBUT DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI ELEKTRODEIONISASI
adalah hasil pekerjaan kami dimana seluruh pendapat dan materi dari sumber lain telah dikutip melalui penulisan referensi yang sesuai.
Surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya, dan jika pernyataan dalam surat pernyataan ini dikemudian hari diketahui keliru, kami bersedia menerima sangsi sesuai peraturan yang berlaku.
Bandung, 21 Mei 2012
B.1011.3.21
Tanda tangan
Tanda tangan
Ian Sofian Yunus
Juli Sucipto
ii
TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2 Produksi Air Bersih dari Air Gambut dengan Menggunakan Teknologi Elektrodeionisasi Kelompok B.1011.3.21 Ian Sofian Yunus (13008002) dan Juli Sucipto (13008077) Pembimbing Dr. I Gede Wenten
ABSTRAK Air gambut merupakan salah satu sumber air yang banyak ditemukan di Pulau Sumatera dan Kalimantan. Air gambut memiliki intensitas warna yang tinggi (merah kecokelatan), pH yang rendah, kandungan zat organik yang tinggi, dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah. Warna merah kecokelatan pada air gambut merupakan indikasi kandungan zat organik tinggi terutama dalam bentuk asam humus dan turunannya. Kondisi air tersebut menunjukkan bahwa air gambut memerlukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dapat digunakan sebagai sumber air untuk keperluan domestik. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan teknologi elektrodeionisasi dalam mengolah air gambut menjadi air bersih serta untuk mengetahui pengaruh tegangan listrik dan konduktivitas umpan terhadap proses elektrodeionisasi. Dalam penelitian ini, umpan berupa air gambut yang telah diencerkan dialirkan ke modul elektrodeionisasi dan konduktivitas setiap kompartemen sepanjang waktu diukur pada variasi tegangan listrik dan konduktivitas umpan. Selain itu, dilakukan pula percobaan dengan menggunakan air gambut yang tidak diencerkan. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa teknologi elektrodeionisasi mampu mengolah air gambut menjadi produk air dengan konduktivitas <1 µs/cm. Prosentase penghilangan warna pada air produk mencapai > 99%. Selain itu, diperoleh hasil bahwa tegangan listrik dan konduktivitas umpan mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak, konduktivitas konsentrat, dan kuat arus saat keadaan tunak. Kata kunci : Elektrodeionisasi, Air Bersih, Air Gambut
B.1011.3.21
iii
TK-4091 RESEARCH PROJECT 2 Clean Water Production from Peat Water by Using Electrodeionization Technology Group B.1011.3.21 Ian Sofian Yunus (13008002) and Juli Sucipto (13008077) Advisor Dr. I Gede Wenten
ABSTRACT Peat water is one of water resources which is widely found in Sumatera and Kalimantan Island. It has the following characteristics: strong color (tanned red), low pH, high organic and low suspended particle content. The tanned red color in peat water is an indication of high organic content, especially in the form of humic acid and its derivations. The characteristics of this water shows that peat water needs to be treated before it can be used for domestic purposes. The goal of this research is to investigate the feasibility of electrodeionization technology to treat peat water for producing clean water, and to investigate the effects of process variable, such as voltage and feed conductivity on electrodeionization process. In this research, the feed which is diluted peat water, is pumped into the electrodeionization module and the conductivity of each compartment is measured overtime at various applied voltage and feed conductivity. Moreover, the experiment with undiluted peat water is also carried out. The result of this research is that electrodeionization technology can treat peat water to produce water with < 1 µs/cm conductivity. The percentage of color removal in the product is greater than 99%. In addition, it is known that voltage and feed conductivity affect the amount of time required to reach steady state, concentrate conductivity and electric current at steady state. Key words : Electrodeionization, Clean Water, Peat Water
B.1011.3.21
iv
KATA PENGANTAR
Penulis mengucap syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu selama kegiatan penelitian berlangsung dan selama laporan ini ditulis. Penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak I Gede Wenten, selaku pembimbing penelitian kami yang telah memberikan bimbingan, penjelasan, dan membagikan pengetahuannya selama kegiatan penelitian dan proses penulisan laporan berlangsung. 2. Seluruh Staf Laboratorium Proses Hilir yang telah memberikan penjelasan dan bimbingan selama penulis melaksanakan penelitian. 3. Kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih. Laporan ini ditulis dengan kemampuan dan sumber informasi yang terbatas. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca. Akhir kata, penulis mengharapkan laporan ini dapat berguna bagi penelitian selanjutnya yang berkenaan dengan pemurnian air gambut. Terima kasih.
Bandung, Mei 2012
Tim Penulis
B.1011.3.21
v
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................... i SURAT PERNYATAAN ............................................................................................................. ii ABSTRAK ................................................................................................................................... iii ABSTRACT ................................................................................................................................. iv KATA PENGANTAR .................................................................................................................. v DAFTAR TABEL ........................................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................... x BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .............................................................................................................. 3 1.3. Tujuan ................................................................................................................................ 4 1.4. Ruang Lingkup ................................................................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................................................... 5 2.1 Resin Penukar Ion ............................................................................................................... 5 2.1.1 Perkembangan teknologi .............................................................................................. 5 2.1.2 Mekanisme proses pertukaran ion ................................................................................ 6 2.1.3 Kegunaan ..................................................................................................................... 8 2.2 Elektrodialisis...................................................................................................................... 9 2.2.1 Perkembangan teknologi .............................................................................................. 9 2.2.2 Prinsip kerja elektrodialisis ........................................................................................ 10 2.2.3 Sifat-sifat membran penukar ion ................................................................................ 11 2.2.4 Kebutuhan energi dalam proses elektrodialisis .......................................................... 13 2.3 Elektrodeionisasi ............................................................................................................. 15 2.3.1 Sejarah teknologi........................................................................................................ 15 2.3.2 Prinsip kerja ............................................................................................................... 16 2.3.3 Konsumsi energi......................................................................................................... 18
B.1011.3.21
vi
2.3.4 Disosiasi air dalam elektrodeionisasi ......................................................................... 19 2.4 Pentingnya Pengembangan Teknologi Pengolahan Air .................................................... 18 2.5
Alternatif Sumber Air Permukaan .............................................................................. 21
2.6 Komparasi Teknologi ........................................................................................................ 22 2.6.1 Oksidasi ...................................................................................................................... 22 2.6.2 Adsorbsi ..................................................................................................................... 22 2.6.3 Koagulasi dan Flokulasi ............................................................................................. 23 2.6.4 Reverse Osmosis ........................................................................................................ 23 2.6.5 Ultrafiltrasi ................................................................................................................. 24 2.6.6 Elektrodeionisasi (EDI) .............................................................................................. 24 2.7
Aspek Pengembangan Ilmu......................................................................................... 24
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ..................................................................................... 26 3.1 Metodologi ........................................................................................................................ 26 3.2 Alat dan Bahan .................................................................................................................. 26 3.2.1 Bahan ......................................................................................................................... 26 3.2.2 Alat ............................................................................................................................. 26 3.2.3
Rangkaian Peralatan ............................................................................................ 28
3.3 Variabel Proses ................................................................................................................. 29 3.4 Pelaksanaan Penelitian ...................................................................................................... 29 3.4.2 Tahap Persiapan Peralatan ......................................................................................... 29 3.4.3 Tahap Persiapan Bahan Baku..................................................................................... 29 3.4.4 Tahap Percobaan ........................................................................................................ 30 3.3. Interpretasi Data ............................................................................................................... 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................................... 32 4.1 Percobaan dengan Air Gambut Encer ............................................................................... 32 4.1.1 Pengaruh Variabel terhadap Waktu Tunak ................................................................ 32 4.1.2 Pengaruh Variabel terhadap Konduktivitas Konsentrat Saat Tunak .......................... 35 4.1.3 Pengaruh Variabel terhadap Kuat Arus Saat Tunak ................................................... 38
B.1011.3.21
vii
4.1.4 Perubahan Konduktivitas Terhadap Waktu................................................................ 40 4.2 Percobaan dengan Air Gambut ......................................................................................... 41 4.3 Perubahan pH Hasil Percobaan ......................................................................................... 43 4.3.1 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 15 µS ........................................... 44 4.3.2 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 31 µS ........................................... 44 4.3.3 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 42 µS ........................................... 44 4.3.4 Percobaan dengan Umpan Air Gambut ...................................................................... 45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................................... 46 5.1 Kesimpulan ....................................................................................................................... 46 5.2 Saran.................................................................................................................................. 46 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................. 47 DAFTAR SIMBOL..................................................................................................................... 49 LAMPIRAN A MATERIAL SAFETY DATA SHEET ............................................................. 50 A.1 Data Keamanan Air (H2O) ............................................................................................... 50 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ............................................................................. 51 B.1 Perhitungan Persentase Penghilangan Warna................................................................... 51 LAMPIRAN C DATA HASIL PENELITIAN ........................................................................... 52 C.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................................................ 52
B.1011.3.21
viii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 3.1
Kegunaan air ultramurni dalam industri Klasifikasi ketersediaan air Detail rancangan percobaan
8 19 30
Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6
Percobaan dengan air gambut encer Hasil uji absorbansi pH percobaan dengan konduktivitas awal umpan 15 µS pH Percobaan dengan konduktivitas awal umpan 31 µS pH percobaan dengan konduktivitas awal umpan 42 µS pH percobaan dengan umpan air gambut (tanpa pengenceran)
32 42 44 44 45 45
B.1011.3.21
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3
Transfer massa pada penukar ion Mekanisme umum proses pertukaran ion Diagram skematik proses elektrodialisis
6 7 10
Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 3.1 Gambar 4.1
11 17 19 28 33
Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4
Diagram skematik struktur membran penukar kation Skema proses elektrodeionisasi Ketersediaan air di bumi pada tahun 2025 Rangkaian alat percobaan Hasil simulasi dengan respons waktu tunak, (a) Model, (b) Data Percobaan Residual plots untuk respons waktu tunak Diagram pareto untuk respons waktu tunak Hasil Simulasi dengan respons konduktivitas konsentrat saat tunak,
Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12
(a) Pemodelan, (b) Data Percobaan Residual plots untuk respons konduktivitas konsentrat saat tunak Diagram pareto untuk respons konduktivitas konsentrat saat tunak Hasil simulasi dengan respons kuat arus saat tunak Residual plots untuk respons kuat arus saat tunak Diagram pareto untuk respons saat tunak Konduktivitas terhadap waktu (V = 5 Volt dan Cumpan = 42 µS) Percobaan dengan air gambut Perubahan warna air gambut
B.1011.3.21
34 35 36 37 38 38 39 40 41 42 42
x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pada situasi krisis air bersih yang kini melanda Indonesia, reklamasi merupakan langkah untuk mengatasi permasalahan pemenuhan kebutuhan terhadap air. Salah satu sumber air yang berpotensi digunakan untuk memenuhi kebutuhan air bersih adalah air gambut yang banyak dijumpai di daerah Sumatera dan Kalimantan sebagai sumber air utama daerah pedalaman. Air gambut merupakan air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa maupun dataran rendah serta memiliki karakteristik umum sebagai berikut (Kusnaedi, 2006):
Intensitas warna yang tinggi (berwarna merah kecoklatan)
pH yang rendah
Kandungan zat organik yang tinggi
Kekeruhan dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah
Kandungan kation yang rendah
Warna coklat kemerahan pada air gambut merupakan indikasi kandungan zat organik terlarut yang tinggi terutama dalam bentuk asam humus dan turunannya. Asam humus berasal dari dekomposisi bahan organik seperti daun, pohon atau kayu, pada umumnya ditemui dalam kondisi dekomposisi yang telah stabil (Syarfi, 2007). Warna pada air gambut akan semakin pekat dengan adanya ion besi yang terikat oleh asam-asam organik yang terlarut dalam air tersebut.
Reklamasi air gambut untuk pemenuhan kebutuhan air bersih secara konvensional dilakukan dengan beberapa proses antara lain filtrasi, adsorpsi, koagulasi, maupun dengan pengolahan secara biologis. Proses konvensional seperti filtrasi, koagulasi dan adsorpsi merupakan proses yang tidak berkelanjutan, mengingat masa hidup adsorben yang sangat singkat akibat kadar zat organik yang sangat tinggi, kebutuhan zat kimia dalam jumlah besar yang menimbulkan limbah baru, serta air keluaran proses yang B.1011.3.21
1
belum memenuhi standar air bersih.
Perkembangan selanjutnya pada poses pengolahan air gambut dilakukan dengan teknologi membran, Low-Pressure Reverse Osmosis (LPRO), dimana proses tersebut terbukti efektif menghasilkan kualitas air bersih sesuai standar yang berlaku. Akan tetapi, LPRO hanya ekonomis dilakukan untuk recovery air kurang dari 60%, sehingga masih terdapat limbah cair berupa konsentrat dalam jumlah yang cukup besar dengan kandungan zat organik mencapai lebih dari dua kali lipat konsentrasi zat organik umpan. Apabila konsentrat ini dikembalikan pada sumber air, maka pada proses yang berkepanjangan kualitas air akan semakin turun dengan naiknya konsentrasi zat organik pada penampungan air. Pada konsentrasi mendekati 15.000 ppm, peralatan LPRO tidak mampu lagi menghasilkan kualitas air sesuai standar, dan diperlukan unit tambahan yang beroperasi pada tekanan lebih tinggi. Di samping itu, LPRO memerlukan penambahan unit pompa bertekanan tinggi hingga 7 bar, sehingga energi yang diperlukan untuk pengolahan air dalam skala besar akan lebih besar. Kekurangankekurangan pada teknologi yang telah ada mengindikasikan perlunya pengembangan teknologi pengolahan air yang dapat beroperasi secara berkelanjutan untuk pengolahan air gambut menjadi air bersih.
Proses elektrodeionisasi (EDI) merupakan proses pengolahan air berbasis teknologi membran yang dikembangkan untuk menggantikan teknologi penukar ion, dimana umpan akan mengalir melalui tumpukan resin penukar ion yang diapit oleh membrane bermuatan dan plat katoda-anoda (Wenten dkk, 2010). Elektrodeionisasi dapat memisahkan ion dari air dengan bantuan energi listrik, dimana ion tersebut akan berdifusi pada membran bermuatan dan terpekatkan pada kompartemen anoda maupun katoda. Resin penukar ion yang digunakan pada proses ini akan terregenerasi secara otomatis dengan adanya proses hidrolisa air menjadi ion H+ dan OH- sehingga tidak membutuhkan zat kimia maupun penggantian resin pada proses yang berkesinambungan (Wenten dkk, 2012). Konsentrat yang dihasilkan pada proses elektrodeionisasi akan memiliki volume rendah dengan kepekatan tinggi hampir mencapai titik jenuh komponen, sehingga mudah untuk dikristalkan lebih lanjut. Dari sisi operasional, energi listrik yang digunakan pada proses EDI lebih kecil dibandingkan energi yang B.1011.3.21
2
dibutuhkan pompa bertekanan tinggi. Dengan melihat performa EDI pada proses pemisahan ion serta keunggulan dari sisi efisiensi energi, maka asam humus yang terdapat pada air gambut secara teori dapat dipisahkan menggunakan teknologi tersebut untuk menghasilkan air bersih.
Atas dasar pertimbangan-pertimbangan berupa : menipisnya cadangan air mendorong penggunaan air gambut sebagai sumber air utama khususnya di daerah Kalimantan dan Sumatera, proses pengolahan air konvensional belum memenuhi syarat untuk digunakan dalam produksi air bersih dari air gambut, perkembangan proses EDI dapat menjadi alternative pengolahan air gambut dengan berbagai keunggulannya, serta kemungkinan asam humus sebagai produk samping EDI yang dapat digunakan untuk pupuk cair, maka perlu dilakukan penelitian tentang produksi air bersih dari air gambut menggunakan proses EDI.
1.2. Rumusan Masalah Air gambut merupakan sumber air yang potensial untuk produksi air bersih, khususnya di sebagian besar wilayah Sumatera dan Kalimantan. Teknologi pengolahan air konvensional saat ini belum dapat digunakan untuk proses pengolahan air gambut secara berkelanjutan, dimana air yang dihasilkan melalui proses tersebut belum memenuhi baku mutu air bersih. Elektrodeionisasi (EDI) diperkenalkan sebagai teknologi pengolahan air yang dapat digunakan untuk produksi air bersih secara berkelanjutan dari air gambut, dan diharapkan dapat memperbaiki kelemahankelemahan yang terdapat pada proses pengolahan air gambut sebelumnya.
Untuk menentukan kelayakan EDI dalam produksi air bersih dari air gambut, perlu dilakukan uji parameter operasi EDI berupa kuat arus listrik, tegangan serta parameterparameter baku mutu air bersih, terutama ditinjau dari segi warna, pH, serta konduktivitas.
B.1011.3.21
3
1.3. Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengetahui kemampuan teknologi elektrodeionisasi dalam mengolah air gambut menjadi air bersih. 2. Mengetahui pengaruh dari variabel proses seperti tegangan listrik dan konduktivitas umpan terhadap waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak.
1.4. Ruang Lingkup Melakukan proses produksi air bersih dari umpan air gambut dengan menggunakan teknologi elektrodeionisasi dengan batas-batas sebagai berikut:
Jenis umpan yang digunakan adalah air gambut
Laju alir aliran konsentrat
= 2 mL/s
Laju alir aliran diluat
= 0,8 mL/s
Laju alir aliran elektroda
= 1,8 mL/s
Tegangan
= 5 V, 10 V, 15 V
Konduktivitas umpan
= 15 µS, 31 µS, 42 µS
B.1011.3.21
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Resin Penukar Ion Air alam mengandung garam terlarut yang terdisosiasi di dalam air menjadi partikelpartikel bermuatan yang disebut ion. Ion-ion ini biasanya hadir dalam konsentrasi yang relatif rendah dan menghasilkan konduktivitas listrik di dalam air. Ion-ion pengotor ini dapat menyebabkan masalah di dalam sistem pendinginan dan pemanasan, pembentukan uap, dan proses produksi. Ion positif yang biasanya ditemui di dalam air adalah kalsium, magnesium (yang membuat kesadahan air), dan natrium sedangkan ionion negatif yang biasanya ditemui di dalam air adalah sulfat, klorida, dan silika. Resin penukar ion dapat digunakan untuk menyingkirkan ion-ion tersebut.
2.1.1 Perkembangan teknologi Fenomena pertukaran kation pertama kali ditemukan pada abad ke-19 dalam percobaan menggunakan tanah (soil). Penukar kation alami telah diketahui tetapi belum digunakan secara luas sampai pada tahun 1930 ketika penukar ion organik berhasil disintesis. Lain halnya dengan penukar kation, penuar anion dikembangkan secara eksklusif menggunakan resin sintetik organik.
Penemuan penukar ion ditentukan oleh perkembangan sains pada pertengahan (Michael Faraday, konsep ion-ion), dan akhir (Svante Arrhenius, teori larutan elektrolit) abad ke18. Teori-teori ini sangat krusial bagi penemuan penukar ion karena material penukar ion, baik organik maupun anorganik, pada dasarnya merupakan polyelectrolytes. Ini berarti penukar ion dapat dianggap terdiri dari dua buah ion yang muatannya berlawanan. Sama seperti senyawa ionik lainnya, sebuah materi penukar ion dapat terdisosiasi ke dalam reaksi pertukaran ion. Namun, peristiwa disosiasi tidak melarutkan materinya. Hal ini menyebabkan banyak fenomena spesifik dan kemungkinankemungkinan untuk merancang sistem yang heterogen melalui sifat-sifat ionik. B.1011.3.21
5
2.1.2 Mekanisme proses pertukaran ion Gambar 2.1 menunjukkan ilustrasi sederhana peristiwa transfer massa pada proses pertukaran ion. Ion-ion B berdifusi dari larutan melewati film ke dalam beads dan ionion A berdifusi keluar dari beads melewati film menuju larutan. Difusi interfase dari counterions ini disebut sebagai peristiwa perturkaran ion. Counterions yang meninggalkan penukar ion digantikan oleh counterions lainnya dengan jumlah yang ekivalen. Ini merupakan konsekuensi dari kebutuhan electroneutrality. Ketika sebuah counterion melewati batas (boundary) interfase, timbul potensial listrik di antara kedua fase. Potensial ini harus dikompensasi oleh pergerakan counterion lainnya dari arah yang berlawanan (ion exchange) atau oleh pergerakan co-ion dari arah yang sama (salt transfer). Dalam beberapa sistem, khususnya dalam larutan encer,
pengecualian
Donnan membatasi masuknya co-ion ke exchanger selama proses berlangsung.
Gambar 2.1 Transfer massa pada penukar ion
Mekanisme dari pertukaran ion dipresentasikan pada Gambar 2.2.
Tahap pertama merupakan difusi ion dari bagian bulk pada larutan menuju ke bagian film interfase (proses ke-2 dalam Gambar 2.2). Tahapan ini dapat dimanipulasi dengan mudah karena difusi di dalam larutan bulk dapat dibantu dengan pengadukan.
Tahap selanjutnya adalah difusi ion melalui Nernst film (proses ke-3). Tidak ada
B.1011.3.21
6
konveksi yang terjadi di sini. Transfer masa didefiniskan semata-mata oleh mobilitasi dari ion. Pengadukan larutan dapat mengurangi ketebalan film namun tidak dapat menyingkirkan film dengan sempurna.
Setelah peristiwa transfer ion melalui batas antara film dan solid, ion berdifusi di dalam fase material (proses ke-4). Proses ini didefinisikan semata-mata oleh sifat dari materi dan ion. Satu-satunya driving force pada proses ini adalah gradien konsentrasi.
Gambar 2.2 Mekanisme umum dari proses pertukaran ion
Untuk memenuhi prinsip electroneutrality, tahapan-tahapan di atas dikompensasi dengan:
Counterion ke-2 berdifusi dari bagian bulk pada materi penukar ion menuju ke permukaan (proses ke-7).
Setelah peristiwa transfer ion ke-2, melalui batas, ion tersebut berdifusi melewati film menuju ke bagian bulk pada larutan (proses ke-8).
Akhirnya, ion yang ke-2 berdifusi dari film menuju ke bagian bulk pada larutan (proses ke-9).
Beberapa langkah yang terlibat dalam proses:
Disosiasi dari kompleks terlarut yang menggabungkan ion pertama (proses ke-1)
Asosiasi antara ion pertama dengan gugus fungsi (proses ke-5).
Disosiasi dari associates antara ion ke-2 dengan gugus fungsi (proses ke-6).
B.1011.3.21
7
Asosiasi dari ion ke-2 di dalam fase larutan (proses ke-10).
Proses-proses ini dapat berlangsung hanya jika sistem berisi spesias yang mampu membentuk corresponding associates.
2.1.3 Kegunaan Investasi pertama di dalam pengembangan penukar ion adalah dalam bidang pemisahan isotop pada industri nuklir. Namun, penukar ion kini digunakan dalam jumlah besar untuk proses pemurnian air. Pengguna utama teknologi ini adalah industri semikondukor dan industri elektronik. Produksi air ultramurni hanyalah satu dari banyak aplikasi yang mungkin dilakukan dengan teknologi ini. Aplikasi lain dari teknologi ini disajikan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kegunaan air ultramurni dalam industri 1. Penyediaan air untuk berbagai tujuan: 5. Industri pulp dan kertas: Air ultramurni terdeionisasi Penyingkiran garam anorganik dari liquor Water softening Detoksifikasi dari by-products Air minum 2. Penyingkiran pengotor: 6. Pemurnian gula dan alkohol: Dealkalisasi Pemurnian gula yang terbuat dari aren, jagung, dan bit Penyingkiran fluoride, oksigen, nitrat, dan amonia Pemurnian fruktosa Penyingkiran senyawa organik dan Pemisahan monosakarida pewarna Pemurnian gliserin Penyingkiran Cd2+, radionuklida Treatment untuk sorbitol dari air minum Pemulihan dari xylitol 3. Industri nuklir: 7. Industri makanan: Pemisahan isotop uranium Penyingkiran bebauan Dekontaminasi air Pemulihan asam glutamat Penyimpanan akhir dari limbah Pemurnian steviosides radioaktif Deacidification jus buah Pemurnian kondensat 4. Pemisahan isotop: Isotop Eu3+ Isotop nitrogen Isotop litium
B.1011.3.21
8. Arak Adsorpsi protein produksi arak Stabilisasi arak
arak
dalam
8
2.2 Elektrodialisis Elektrodialis merupakan proses pemisahan menggunakan membran bermuatan listrik dan perbedaan potensial listrik untuk memisahan ion-ion dari larutan dan komponen lainnya yang tidak bermuatan (Wenten dkk, 2010). Saat ini, elektrodialisis digunakan secara luas untuk desalinasi air payau. Di sebagian besar negara, elektrodialisis juga digunakan untuk memproduksi air minum (potable water). Di Jepang, misalnya, elektrodialisis digunakan dalam skala besar sebagai tahap pre-concentration untuk produksi garam dapur. Dengan distimulasi oleh perkembangan membran penukar ion dengan selektivitas yang lebih baik, hambatan listrik yang lebih rendah, dan sifat-sifat mekanik serta kimiawi dari material yang telah mengalami perkembangan, elektrodilasis semakin banyak digunakan dalam bidang bioteknologi, pangan, dan pengolahan air limbah.
2.2.1 Perkembangan teknologi Walaupun industri elektrodialisis skala besar dimulai sejak 20 tahun yang lalu, prinsipnya telah diketahui lebih dari 100 tahun yang lalu. Perkembangan proses elektromembran dimulai pada tahun 1890 oleh Ostwald. Ostwald mempelajari sifat membran semipermeabel dan menemukan bahwa suatu membran kedap terhadap elektrolit apapun jika membran tersebut kedap terhadap kation atau anionnya. Pada tahun 1911, Donnan mengkonfirmasi penemuan Ostwald. Secara bersamaan, Donnan menghasilkan sebuah persamaan matematika yang mendeskripsikan kesetimbangan konsentrasi. Persamaan itu disebut sebagai “Donnan exclusion potential”.
Ilmu dasar berkenaan dengan membran yang selektif terhadap ion dipelajari pada tahun 1925 oleh Michaelis dengan menggunakan membran asam lemah kolodium. Pada tahun 1940, minat di dalam industri memimpin perkembangan membran sintetik dengan basis resin phenol-formaldehyde-polycondensation. Pada tahun 1940, Meyer dan Srauss mengusulkan proses elektrodialisis dengan menggunakan anion-selective dan cationselective membran yang disusun secara paralel di antara dua buah elektroda. Setelah itu,
B.1011.3.21
9
proses elektrodeionisasi banyak digunakan untuk proses demineralisasi dan pemekatan larutan elektrolit.
Di benua Amerika dan Eropa, teknologi elektrodialisis digunakan untuk desalinasi air payau dan air laut. Membran yang digunakan untuk aplikasi ini harus memiliki tingkat selektifitas yang tinggi. Hambatan listrik tidak menjadi prioritas tertinggi karena hal ini dikontrol oleh konduktivitas di dalam dilute stream. Di negara Jepang, teknologi elektrodialisis digunakan untuk memekatkan larutan NaCl dari air laut untuk menghasilkan garam dapur.
2.2.2 Prinsip kerja elektrodialisis Prinsip kerja elektrodialisis ditunjukkan pada Gambar 2.3. Gambar ini menunjukkan diagram skematik dari sel elektrodialisis yang terdiri dari anion dan kation exchange membrane yang disusun di antara dua buah elektroda. Satu sel terdiri dari dua buah membran. Apabila larutan ionik seperti larutan garam dipompakan melalui sel-sel ini dan potensial listrik diberikan di antara anoda dan katoda, kation yang bermuatan positif akan bermigrasi menuju katoda dan anion yang bermuatan negatif akan bergerak menuju anoda. Kation dapat dengan mudah lolos melewati membran bermuatan negatif yang selektif terhadap kation tetapi tertahan oleh membran bermuatan positif yang selektif terhadap anion. Hasilnya adalah peningkatan konsentrasi pada compartment lain dan pengurangan konsentrasi pada dilute compartment.
Gambar 2.3 Diagram skematik proses elektrodialisis
B.1011.3.21
10
Gambar 2.3 menunjukkan dua buah cation (C) dan dua buah anion (A) exchange membranes yang lazim digunakan untuk proses desalinasi dan deionisasi. Proses elektrodialisis yang nyata terdiri atas beberapa ratus membran. Kelayakan teknis dari elektrodialisis untuk proses pemisahan ditentukan oleh sifat membran yang digunakan di dalam sistem. Faktor ekonomi dari proses ditentukan oleh biaya operasi yang didominasi oleh konsumsi energi dan biaya investasi untuk sebuah plant dengan kapasitas yang diinginkan. Secara keseluruhan, baik konsumsi energi maupun biaya investasi ditentukan oleh sifat membran, laju alir, densitas arus, dan dimensi sel.
2.2.3 Sifat-sifat membran penukar ion Membran penukar ion merupakan resin penukar ion dalam bentuk film. Membran penukar ion terdiri atas gel yang membawa muatan positif atau negatif. Ada dua jenis tipe membran penukar ion (Wenten dkk, 2011):
Membran penukar kation (cation-exchange membranes) yang terdiri atas gugus bermuatan negatif pada matriks polimer
Membran penukar anion (anion-exchange membranes) yang teridiri atas gugus bermuatan positif pada matriks polimer
Gambar 2.4 Diagram skematik struktur membran penukar kation
Pada membran penukar kation, anion yang tetap (fixed anions) berkesetimbangan elektrik dengan kation yang bebas (mobile cations) pada celah polimer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Anion yang bebas, yang disebut co-ions, dikeluarkan B.1011.3.21
11
(ekslusi) dari matriks polimer karena muatan listrik yang dimilikinya. Jenis eksklusi dari co-ions ini disebut sebagai eksklusi Donnan. Karena adanya eksklusi dari co-ions ini, membran penukar kation hanya dapat menukarkan kation. Membran penukar anion membawa muatan positif yang tetap pada matriks polimer. Sehingga, membran penukar anion hanya permeable terhadap anion. Dengan demikian, selektifitas dari membran penukar ion ditentukan oleh eksklusi dari co-ions pada fase membran (Wenten dkk, 2012).
Parameter-parameter penting tambahan untuk karakterisasi membran penukar ion adalah densitas polimer, sifat hidrofobik atau hidrofilik polimer matriks, distribusi kerapatan muatan, dan morfologi dari membran itu sendiri. Parameter-parameter ini tidak hanya menentukan sifat mekanik, tetapi juga berpengaruh pada sorpsi dari elektrolit dan non elektrolit. Sifat-sifat membran penukar ion yang diinginkan adalah (Wenten dkk, 2011):
Tingkat rejeksi tinggi – membran penukar ion harus permeabel terhadap counter ion, tetapi harus impermeabel terhadap co-ions.
Hambatan elektrik rendah – permeabilitas dari membran penukar ion untuk counter ion di bawah pengaruh driving force dari perbedaan potensial listrik harus setinggi mungkin
Kekuatan mekanik baik– membran harus kuat secara mekanik dan memiliki derajat pembengkakan (swelling) atau penyusutan (shrinking) yang rendah.
Stabilitas kimia tinggi – membran harus tetap stabil dalam rentang pH 0-14 dan di dalam hadirnya agen pengoksidasi.
Tipe dan konsentrasi dari ion tetap (fixed ion) menentukan rejeksi, hambatan elektrik, dan juga kekuatan mekanik suatu membran. Derajat pembengkakan (swelling) dipengaruhi oleh konsentrasi dari muatan tetap. Gugus-gugus berikut digunakan sebagai muatan tetap pada membran penukar kation:
SO3 COO PO32 HPO2 AsO32 SeO3 Pada membran penukar anion, muatan tetap (fixed charges) yang digunakan adalah:
NH3 RNH2 R 2 NH R 3 N R 3P R 2S B.1011.3.21
12
Perbedaan gugus ionik ini mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap selektifitas dan hambatan elektrik dari membran penukar ion. Gugus sulfat, SO3 , terdisosiasi sempurna di seluruh rentang pH sedangkan gugus asam karboksilat, COO , tidak terdisosiasi pada pH < 3. Gugus amonium kuartener, R 3 N , terdisosiasi sempurna di seluruh rentang pH, sedangkan gugus amonium primer, NH3 , terdisosiasi dengan lemah. Hampir semua membran penukar ion yang tersedia secara komersial mempunyai gugus SO3 dan COO , dan hampir semua membran penukar anion mempunyai gugus R 3 N .
2.2.4 Kebutuhan energi dalam proses elektrodialisis Energi yang diperlukan dalam proses elektrodialisis merupakan penjumlahan dari 2 buah bentuk: (1) energi listrik untuk transfer ion dari satu larutan melalui membran menuju ke larutan yang lain dan (2) energi yang dibutuhkan untuk memompa larutan melalui unit elektrodialisis. Konsumsi energi karena reaksi pada elektroda dapat diabaikan karena lebih dari 200 pasang sel ditempatkan diantara dua buah elektroda di dalam elektrodialisis modern.
(1) Energi minimum yang diperlukan untuk pemisahan campuran molekuler
Dalam elektrodialisis atau pun dalam proses pemisahan lainnya, ada suatu energi minimum yang dibutuhkan untuk memisahkan berbagai komponen dari suatu campuran. Untuk penyingkiran garam dari larutan garam (saline solution), energi yang dibutuhkan dirumuskan dalam Persamaan 2.1.
G RT ln
awo aws
(2.1)
dengan G menyatakan perubahan energi bebas Gibb’s yang dibutuhkan untuk menyingkirkan air dari larutan, R merupakan konstanta gas, dan T menyatakan temperatur absolut dalam satuan Kelvin; awo dan aws berturut-turut menyatakan aktivitas B.1011.3.21
13
air dalam air murni dan dalam larutan. Energi yang dibutuhkan untuk menyingkirkan air dari garam monovalensi dirumuskan dalam Persamaan 2.2.
Etheo
C Co ln o ln C Cd c G 2 RT (Co Cd ) Co 1 Co 1 Cc Cd
(2.2)
dengan G menyatakan perubahan energi bebas Gibb’s yang dibutuhkan untuk memproduksi 1 liter larutan diluat, C merupakan konsentrasi garam, subscripts o, d dan c berturut-turut menyatakan larutan umpan, diluat, dan konsentrat.
(2) Energi yang diperlukan untuk transfer ion
Energi yang dibutuhkan untuk menyingkirkan garam dari larutan sebanding dengan total arus yang mengalir melalui stack dan beda tegangan antara dua buah elektroda di dalam stack. Konsumsi energi untuk transfer ion dirumuskan dalam Persamaan 2.3.
E prac I Unt
(2.3)
dengan Eprac menyatakan konsumsi energi, I menyatakan arus listrik yang melalui stack,
U menyatakan beda tekan dalam sel, n menyatakan jumlah pasang sel di dalam stack dan t menyatakan waktu.
Arus listik yang dibutuhkan untuk mendesalinasi larutan berbanding lurus dengan jumlah ion yang ditransfer melalui membran penukar ion dari bagian umpan ke bagian konsentrat. Kuat arus tersebut dirumuskan dalam Persamaan 2.4.
I
zFQC
(2.4)
dengan F menyatakan konstanta Faraday, z menyatakan valensi elektrokimia, Q menyatakan laju alir volumetrik umpan, C menyatakan beda konsentrasi antara umpan dan diluat, dan menyatakan utilisasi arus.
Kombinasi antara Persamaan 2.3 dengan Persamaan 2.4 menyatakan konsumsi energi dalam proses elektrodialisis sebagai fungsi dari kuat arus pada proses, hambatan listrik pada stack (hambatan pada membran dan larutan elektrolik dalam sel), utilisasi arus, B.1011.3.21
14
dan jumlah garam yang disingkirkan dari larutan umpan. Kombinasi kedua persamaan tersebut menghasilkan Persamaan 2.5.
E prac
zFQ(Co Cd )
Unt
(2.5)
(3) Energi pemompaan
Suatu sistem elektrodialisis memerlukan dua atau tiga buah pompa untuk sirkulasi diluat, konsentrat, dan larutan elektroda. Energi yang dibutuhkan untuk pemompaan larutan ini ditentukan oleh volume larutan yang disirkulasi dan hilang tekan. Energi tersebut dirumuskan dalam Persamaan 2.6.
E p kd Qd pd kcQc pc keQe pe
(2.6)
dengan Ep menyatakan energi pemompaan, k merupakan konstanta yang menyatakan efisiensi pompa, Q menyatakan laju alir, dan p menyatakan hilang tekan; subscript d, c, dan e berturut-turut menyatakan larutan diluat, konsentrat, dan elektroda.
2.3 Elektrodeionisasi Elektrodeionisasi adalah gabungan antara teknologi elektrodialisis (ED) dengan ion exchange resins (IEX) untuk mendeionisasi air tanpa memerlukan regenerasi kimiawi dari asam atau basa kuat. Teknologi ini digunakan pada industri semikonduktor untuk memperoleh air ultra murni. Elektrodeionisasi hanya mampu menyingkirkan material inorganic terlarut seperti mineral, garam, dan beberapa material organic terlarut, namun proses ini tidak dapat menyingkirkan partikel, koloid, bakteri, atau pirogen.
2.3.1 Sejarah teknologi Teori elektrodeionisasi dan praktiknya telah berkembang melalui sejumlah besar peneliti di seluruh dunia. Elektrodeionisasi pertama kali muncul dalam sebuah publikasi oleh ilmuwan di Argonne Labs pada Januari 1955 sebagai sebuah metode untuk menyingkirkan sisa material radioaktif dari air (Walters dkk). Salah satu paten awal yang menjelaskan proses dan peralatan elektrodeionisasi dipublikasikan pada tahun B.1011.3.21
15
1957 oleh Kollsman. Paten ini adalah peralatan dengan mixed resin pertama yang dikembangkan oleh Permutit Company di the United Kingdom pada akhir tahun 1950an untuk the Harwell Atomic Energy Authority, seperti yang dijelaskan dalam sebuah paper oleh Gittens dan Watts, dan paten-paten lainnya (Kresmann, Tye). Salah satu diskusi teori elektrodeionisasi secara detail ditulis Glueckauf pada Desember 1959. Pada April 1971, seorang peneliti dari Republik Ceska bernama Mateka melaporkan hasil penelitian dan teorinya mengenai perkembangan teori ion transport dalam peralatan elektrodeionisasi. Peralatan layered bed baru dideskripsikan di literature paten pada awal 1980an oleh Kunz. Peralatan dan sistem elektrodeionisasi pertama kali dikomersialkan pada awal tahun 1987 oleh sebuah divisi Millipore yang sekarang merupakan bagian dari United States Filter Corporation (Ganzi dkk, 1987). Sejak saat itu, teori dan praktik elektrodeionisasi telah berkembang mendunia, dan peralatan elektrodeionisasi komersial telah diproduksi oleh sejumlah perusahaan. Saat ini, ada beberapa ribu sistem elektrodeionisasi dalam operasi komersial untuk pemroduksian air ultra murni pada kapasitas bervariasi dari kurang dari 0,1m3/h hingga lebih dari 250m3/h, termasuk sistem elektrodeionisasi yang telah beroperasi secara kontinu selama hamper sepuluh tahun, memproduksi make up water untuk high pressure boilers. 2.3.2 Prinsip kerja Prinsip kerja elektrodeionisasi dapat dilihat pada Gambar 2.5 (Gatzi dkk, 1987).
B.1011.3.21
16
Gambar 2.5 Skema proses elektrodeionisasi
Dalam gambar 2.5, digunakan sumber tegangan DC yang dinotasikan dengan symbol (+) dan (-). Disini, membran pertukaran ion direpresentasikan oleh garis vertikal yang telah dinamai sesuai dengan permeabilitas ionik mereka. Membran ini, digunakan sebagai tahanan untuk menahan laju alir air, yang berasal dari umpan larutan NaCl yang bergerak secara vertikal dari atas ke bawah di dalam diluting compartment. Sebuah sumber tegangan listrik diterapkan sehingga terjadi proses perpindahan ion. Di dalam diluting compartment, ruangan di antara dua membran diisi dengan resin penukar ion positif dan resin penukar ion negatif.
Perpindahan ion ditunjukkan oleh panah. Ion memasuki diluting compartment dan bereaksi dengan resin penukar ion. Ion kemudian berpindah dari resin searah dengan gradient potensial. Ion secara bersamaan mbergerak menuju membran sehingga di dalam setiap compartment terjadi neutralitas larutan. Karena sifat membran yang semiselektif dan arah dari gradien potensial listrik, ion di dalam larutan di diluting compartment menjadi berkurang dan menjadi semakin terkonsentrasi di dalam compartment sebelahnya, yaitu concentrating compartment.
B.1011.3.21
17
Penggunaan resin penukar ion di dalam diluting compartment adalah kunci keberhasilan proses karena tanpa konduktivitas ionik yang diberikan oleh resin, perpindahan ion tidak akan akan terjadi pada laju yang menguntungkan (Wenten, 2010). Tanpa resin penukar ion, larutan di dalam diluting compartment terdeionisasi dan resistansinya meningkat mencapai suatu batas dimana transfer kuat arus melebihi kemampuan membran sehingga terjadi back-diffusion ion dari concentrating compartment menuju diluting compartment.
Penggunaan resin penukar ion di dalam diluting compartment berkaitan dengan reaksi disosiasi air yang berlangsung pada rejim electro-regeneration. Pada rejim ini, gradien potensial yang tinggi terjadi pada perbatasan antara resin penukar kation dan resin penukar anion. Sejumlah ion H+ dan OH- terbentuk dari disosiasi air dan resin teregenerasi oleh ion-ion tersebut. Ion-ion ini kemudian dibawa menuju elektroda akibat medan potensial. Mereka bergabung pada concentrating compartment dan meregenerasi air. Pada keadaan ini, resin berperan sebagai kolom penukar ion yang menukarkan ion H+ dan OH- dengan garam di larutan. Sistem elektrodeionisasi yang bekerja pada regim electro-regeneration dapat menyingkirkan senyawa terionisasi lemah. Fenomena ini mengakibatkan elektrodeionisasi hanya dapat mendeionisasi air yang konduktivitasnya 10 hingga 0,1 mS/cm secara efisien (Ganzi dkk, 1997).
Allison (1996) menyarankan umpan air ke elektrodeionisasi memiliki kandungan material yang rendah karena resin penukar ion berperan sebagai filter media dan tidak ada metode yang dapat mem-backwash media ini. Hal ini berarti bahwa pretreatment seperti ultrafiltrasi atau reverse osmosis (RO) dibutuhkan untuk menjamin bahwa umpan memiliki kandungan material yang rendah.
2.3.3 Konsumsi energi Berdasarkan prinsip elektrodialis, membran penukar kation dan membran penukar anion dipasang
secara
berselang-seling.
Diluting
compartment
dan
concentrating
compartment diletakkan bersebelahan dengan dibatasi oleh membran. Resin penukar kation dan resin penukar anion dimasukkan ke dalam diluting compartment. Sebuah B.1011.3.21
18
compartment katoda dan sebuah compartment anoda diletakkan di bagian luar dan arus listrik dialirkan.
Arus listrik dapat ditentukan melalui persamaan:
I
QF ( N t N p )
(2.7)
n
dengan: I
= kuat arus yang mengalir (A)
Q
= laju alir umpan (ml/s)
Nt
= konsentrasi ion dalam umpan (eq/L)
Np
= konsentrasi ion dalam produk (eq/L)
n
= konstanta
F
= konstanta Faraday
η
= efisiensi kuat arus
Konsumsi energi dapat ditentukan melalui persamaan: P I 2 Rm
(2.8)
dengan: P
= daya kuat arus (W)
Rm
= resistansi listrik sistem (Ω)
2.3.4 Disosiasi air dalam elektrodeionisasi Di dalam elektrodeionisasi, resin penukar ion dapat memfasilitasi perpindahan massa dari spesies terionisasi lemah karena fenomena disosiasi air. Di dalam diluting compartment, medan listrik DC memecah air pada permukan resin penukar ion sehingga ion hidrogen dan ion hidroksil terbentuk. Ion ini berfungsi meregenerasi resin penukar ion secara kontinu. Hal ini menyebabkan resin di dalam elektrodeionisasi dapat selalu berada dalam keadaan pulih. Akibatnya, resin ini mampu mengionisasi spesies yang terionisasi lemah. Setelah terionisasi, spesies ini mampu disingkirkan dengan cepat dengan pengaruh medan listrik DC. B.1011.3.21
19
Reaksi disosiasi air ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut: H2O ↔ H+ + OH-
Dengan konstanta laju reaksi ke kanan adalah ka dan konstanta laju reaksi ke kiri adalah kb. Reaksi disosiasi air menghasilkan fluks ion H+, JH dan fluks ion OH- , JOH pada lapisan disosiasi air yang terbentuk pada batas resin/resin atau batas resin/membran. Ion H+ dan ion OH- kemudian bergabung kembali pada bagian luar dari lapisan disosiasi air untuk meregenerasi H2O, dengan laju regenerasi σH2O dengan laju regenerasi yang setara dengan JH dan JOH. JH = -JOH = σH2O (2.9) Efisiensi kuat arus pada reaksi disosiasi air dapat ditentukan melalui persamaan berikut: i o o (k a C H 2O k b C H COH )l (2.10) F
2.4 Pentingnya Pengembangan Teknologi Pengolahan Air Tidak ada kehidupan tanpa adanya air, “The Best of All Things is Water” (Air adalah yang terbaik dari segalanya). Demikian ungkapan yang menggambarkan betapa pentingnya manfaat air bagi kehidupan. Hal ini karena sebagian besar dari komponenkomponen penyusun makhluk hidup terdiri dari air. Pada orang dewasa misalnya, 80% dari berat badannya terdiri dari air. Demikian juga untuk hewan dan tanaman, komponen utama penyusunnya adalah air. Akibat yang terjadi akan sangat fatal bila terjadi kehilangan air yang berlebihan dari makhluk hidup.
Oleh karena itu, diperlukan persediaan air secara cukup untuk kelangsungan kehidupan. UNESCO memprediksi bahwa pada tahun 2025 akan ada sekitar tiga miliar penduduk dunia akan mengalami kekurangan air secara kronis.
B.1011.3.21
18
Gambar 2.6 Ketersediaan air di bumi pada tahun 2025
Kekurangan air yang terjadi bisa ditinjau dari segi kualitas maupun kuantitasnya. Dari segi kuantitas, persediaan air suatu daerah atau negara ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Klasifikasi ketersediaan air Ketersediaan Air m3/tahun/kapita
Keterangan
> 10000
Tidak ada masalah dengan air
1670 -10000
Permasalahan dengan air
1000 -1670
Stress terhadap air
500 - 1000
Kekurangan air secara kronis
< 500
Kekurangan air di bawah ambang batas kebutuhan air
Dari data tersebut di atas,daerah di Indonesia yang mempunyai potensi rendah kurang dari 10.000 mkt meliputi Pulau Jawa, Madura, Bali, Sumatera, Sulawesi, dan Kep. Nusa Tenggara. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa hampir sebagian besar daerah di Indonesia mengalami permasalahan dengan ketersediaan air.
Sesungguhnya, 80 % dari permukaan bumi tertutup oleh air sehingga persediaan air di bumi sangat melimpah.
B.1011.3.21
19
Wujud
Kuantitas (%)
Air Laut
97
Freshwater
3
Freshwater
Kuantitas (%)
Salju
79
Air Tanah
20
Air Permukaan
1
Aktualnya hanya 1% yang bisa digunakan secara langsung yaitu air permukaan. Oleh karena itu, ketersediaan air permukaan yang berjumlah 1%, namun jumlah yang bisa digunakan bisa semakin kecil akibat dari semakin menurunnya kualitas air. Menurut catatan WHO (2006), terdapat 1,6 milyar orang di dunia ini yang kekurangan air bersih dan hasil survey WHO (2004) pada 343 kabupaten di Indonesia menunjukkan bahwa 42,5% diantaranya mengonsumsi air minum yang tidak memenuhi persyaratan kesehatan. Berdasarkan hasil penelitian bahwa setiap orang di Indonesia mengonsumsi kurang lebih 144 liter air/orang/hari. Dari 144 liter tersebut, 4 liter diantaranya digunakan sebagai air minum.
Berbagai masalah yang dihadapi dalam pengelolaan sumber daya air yang buruk ini antara lain yang menempatkan Indonesia pada peringkat terendah dalam Millennium Development Goals (MDGs). Laporan Program Pembangunan Perserikatan BangsaBangsa (UNDP) tentang MDGs Asia Pasifik tahun 2006 menyebutkan, Indonesia berada dalam peringkat terbawah bersama Banglades, Laos, Mongolia, Myanmar, Pakistan, Papua Niugini, dan Filipina. Karena itu, mengingat pentingnya masalah krisis air bersih ini maka harus segera dicari pemecahannya.Sebagaimana telah diungkapkan oleh Coloridge, seorang Pelaut Kuno sebagai berikut. “Water, water, everywhere, nor any drop to drink” (Air, air, dimana-mana air, tapi setetespun tidak ada untuk minum).
Dengan semakin terbatasnya persediaan air untuk berbagai kebutuhan, maka peran
B.1011.3.21
20
teknologi pengolahan air yang sederhana, aplikatif, dan handal diperlukan untuk menunjang pemenuhan kebutuhan air minum masyarakat. Teknologi yang terus berkembang dan terbukti kehandalannya dalam hal pengolahan air dewasa ini adalah Teknologi Membran.
2.5 Alternatif Sumber Air Permukaan Ketersediaan air permukaan di bumi yang dapat digunakan untuk konsumsi semakin kecil akibat dari semakin menurunnya kualitas air. Oleh karena itu, perlu dicari alternatif air permukaan yang masih melimpah terutama di wilayah Indonesia sebagai bahan baku produksi air bersih. Alternatif air permukaan yang melimpah di Indonesia terutama di wilayah Sumatra dan Kalimantan adalah air gambut.
Air gambut adalah air permukaan yang banyak terdapat di daerah berawa maupun dataran rendah terutama di Sumatera dan Kalimantan, yang mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
Intensitas warna yang tinggi (berwarna merah kecoklatan)
pH yang rendah
Kandungan zat organik yang tinggi
Kekeruhan dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah
Kandungan kation yang rendah
Warna coklat kemerahan pada air gambut merupakan akibat dari tingginya kandungan zat organik (bahan humus) terlarut terutama dalam bentuk asam humus dan turunannya. Asam humus tersebut berasal dari dekomposisi bahan organik seperti daun, pohon atau kayu dengan berbagai tingkat dekomposisi, namun secara umum telah mencapai dekomposisi yang stabil.
Dalam berbagai kasus, warna akan semakin tinggi karena disebabkan oleh adanya logam besi yang terikat oleh asam-asam organik yang terlarut dalam air tersebut. Struktur gambut yang lembut dan mempunyai pori-pori menyebabkannya mudah untuk menahan air dan air pada lahan gambut tersebut dikenal dengan air gambut. B.1011.3.21
21
Bahan organik tanah dan tanamam berada dalam bentuk koloid. Dan berdasarkan kemudahan berikatan dengan air maka, bahan organik dapat dibedakan atas hidrofobik (tidak suka air) dan hidrofilik (suka air). Koloid hidrofobik dapat diflokulasi, sedangan koloid hidrofilik biasanya tidak. Koloid tanaman kebanyakan bersifat hidrofilik sehingga sulit untuk dikoagulasi secara konvensional. Namun karena jumlah air gambut tersebut sangat banyak dan dominan berada di daerah tersebut maka harus bias menjadi alternatif sumber air minum masyarakat. Oleh karena itu, diperlukan suatu teknologi pemisahan asam humus (humic acid) yang secara efektif dapat menghilangkan warna, logam, dan zat organik yang terkandung dalam air gambut.
2.6 Komparasi Teknologi Teknologi konvensional yang digunakan dalam pengolahan air gambut dipaparkan pada Bab 2.6.1 hingga 2.6.3. Sedangkan teknologi membran yang digunakan dalam pengolahan air gambut dipaparkan pada Bab 2.6.4 hingga 2.6.6. 2.6.1 Oksidasi Proses oksidasi untuk pengolahan air berwarna (yang mengandung senyawa organik) yang dapat dianjurkan adalah dengan ozon atau peroksida, karena tidak menghasilkan suatu ikatan atau senyawa yang berbahaya (dapat menguraikannya sehingga mudah terurai dan menguap). Ozon atau peroksida dikenal sebagai oksidator yang kuat yang dapat digunakan dalam pengolahan air sehingga ikatan polimer dan monomernya akan terputus dan akan membentuk CO2 dan H2O apabila oksidasinya sempurna. Namun dalam aplikasinya biaya operasi relatif mahal, dan perlu digunakan unit penghasil ozon.
2.6.2 Adsorbsi Pengolahan air berwarna (air gambut) dapat dilakukan dengan cara adsorpsi karena asam humus mempunyai gugus senyawa aromatik. Namun secara umum proses inipun masih mahal. Dalam pengolahan air gambut dengan proses adsorpsi pada perinsipnya adalah menarik molekul asam-asam humus ke permukaan suatu adsorben. Contoh adsorben yang biasa digunakan adalah karbon aktif (charcoal), zeolit, resin, dan tanah B.1011.3.21
22
liat dari lokasi sumber air gambut.
2.6.3 Koagulasi dan Flokulasi Proses koagulasi yang diiringi dengan proses flokulasi merupakan salah satu proses pengolahan air yang sudah lama digunakan. Proses ini penting untuk penyisihan warna dan organic. Partikel koloid yang terkandung dalam air alam umumnya mempunyai muatan negatif, sehingga koagulan yang diperlukan adalah yang bermuatan positif.
Koagulan yang umum digunakan dalam pengolahan air adalah garam aluminium seperti alum. Flok-flok yang terbentuk pada umumnya juga mempunyai kemampuan adsorpsi yang cukup besar. Sehingga pada saat yang bersamaan dengan pembentukan dan penggabungan mikroflok akan terjadi proses adsorpsi dan pemerangkapan bahan-bahan terlarut dalam air, dan akan ikut tersisih dalam proses pengendapan dan penyaringan. Sedangkan pada air berwarna alami atau air gambut konsentrasi bahan koloid atau partikel tersuspensi lainnya umumnya sangat rendah. Sehingga ada pendapat mengatakan bahwa sesungguhnya proses koagulasi dan flokulasi yang dilaksanakan pada air berwarna tidak lain adalah melaksanakan proses adsorpsi dengan bantuan penambahan bahan kimia.
2.6.4 Reverse Osmosis Reverse osmosis merupakan proses recovery air memanfaatkan tekanan osmotic air. Air akan mengalir dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi, sehingga kita dapat menghasilkan air murni dengan menekan air berkonsentrasi tinggi melewati membrane menggunakan pompa melebihi tekanan osmotiknya. Penggunaan teknologi RO sebagai sarana pengolahan air mempunyai kelebihan yaitu hanya membutuhkan luas area yang kecil, flux yang dihasilkan tinggi, kualitas produk yang tinggi, proses operasi dan perawatan yang mudah, dan hampir tidak menggunakan tambahan bahan kimia.
Akan tetapi, proses RO dalam pengolahan air gambut juga mempunyai beberapa kelemahan yaitu membutuhkan energi yang tinggi (dalam bentuk tekanan pompa) dan B.1011.3.21
23
membutuhkan biaya investasi tinggi dibandingkan dengan proses konvensional.
2.6.5 Ultrafiltrasi Proses pengolahan air gambut menjadi air bersih menggunakan membran Ultrafiltrasi (UF) telah beberapa kali dilakukan. Akan tetapi hasil pengolahan menggunakan UF tidak menghasilkan produk yang diinginkan dimana air hasil olahan tetap mengandung kandungan organik yang masih cukup tinggi ditandakan dengan warna air hasil olahan yang tidak sepenuhnya hilang.
2.6.6 Elektrodeionisasi (EDI) Dalam peneilitian ini akan digunakan teknologi baru dalam pengolahan air gambut menjadi air bersih. Teknologi tersebut adalah Elektrodionisasi (EDI) yang biasa digunakan dalam memproduksi air ultramurni (ultra pure water) yang biasa digunakan untuk keperluan air umpan ketel, keperluan laboratorium maupun pharmaeucitical. Oleh karena itu, diharapkan dengan proses EDI ini air gambut dapat diolah menjadi air bersih yang dapat langsung dimanfaatkan oleh masyarakat. Selain produk utama (permeate) yang dapat dimanfaatkan, tetapi juga produk buangan (retentate) dari proses EDI mempunyai kandungan asam humus yang sangat tinggi dan dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan pupuk.
2.7 Aspek Pengembangan Ilmu Proses konvensional yang telah biasa digunakan dalam pengolahan air gambut menjadi air bersih ternyata belum mampu secara sempurna menghilangkan kandungan asam humus (humic acid) pada air gambut. Teknologi membran RO memang telah mampu menghasilkan produk olahan air gambut yang baik, akan tetapi energi yang dibutuhkan energi yang tinggi dalam proses produksinya. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu teknologi baru yang mampu menghasilkan air bersih dari air gambut dengan proses yang lebih murah dan aman. Proses EDI merupakan salah satu solusi dalam pengolahan air gambut karena tidak membutuhkan tambahn bahan kimia dalam prosesnya, energi B.1011.3.21
24
yang dibutuhkan lebih rendah, dan hasil produksi air yang lebih baik dibandingkan dengan proses RO.
Selain itu, pengolahan air gambut menjadi air bersih menggunakan EDI menghasilkan produk samping yaitu air buangan (retentate) yang mempunyai kandungan asam humus yang sangat tinggi dan dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Hal tersebut bisa menjadi mata pencaharian tambahan bagi penduduk dan meningkatkan nilai ekonomis air gambut dari yang tidak bernilai ekonomis menjadi bahan komoditi bernilai ekonomi.
B.1011.3.21
25
BAB
III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1 Metodologi Penelitian terdiri dari dua variasi percobaan, yaitu besar tegangan dan konduktivitas umpan. Variabel yang diukur dari variasi ini adalah konduktivitas dan pH produk air yang dihasilkan. Percobaan dilakukan dengan mengalirkan umpan air gambut ke dalam alat elektrodeionisasi sehingga diperoleh produk berupa air ultra murni.
Langkah-langkah percobaan meliputi: persiapan bahan baku, experimental set up, pelaksanaan
percobaan
(run),
pengambilan
sampel/analisis,
pengolahan
data,
pengkajian hasil, dan diakhiri dengan kesimpulan.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Bahan Bahan utama yang digunakan dalam percobaan adalah: 1. Air gambut (diambil dari Sungai Masjid, Dumai, Provinsi Riau) 2. Air ultra murni
3.2.2 Alat Peralatan utama: 1.
Modul Elektrodeionisasi, meliputi:
membran penukar anion (GDP Filter-AX)
membran penukar kation (GDP Filter-CX)
katoda Titanium
anoda Stainless steel SS-304
resin penukar anion (Bratachem)
B.1011.3.21
26
resin penukar kation (Bratachem)
2.
Tangki penampung diluat
3.
Tangki penampung elektroda
4.
Tangki penamput konsentrat
5.
Pompa peristaltik untuk umpan
6.
Pompa peristaltik untuk konsentrat
7.
Pompa peristaltik untuk kompartemen elektroda (larutan pencuci)
Peralatan penunjang : 1.
Voltmeter
2.
Amperemeter
3.
Konduktivitimeter
4.
TDS meter
5.
pH meter
6.
Selang polipropilen ID 6 mm
7.
Membran ultrafiltrasi
8.
Power supply
B.1011.3.21
27
3.2.3 Rangkaian Peralatan -
POWER SUPPLY
+
AX CX AX CX
E
C
D
C
E
P1
P3
TANGKI LARUTAN ELEKTRODA
P2 TANGKI LARUTAN KONSENTRAT
TANGKI LARUTAN DILUAT
Gambar 3.1 Rangkaian alat percobaan
Keterangan: E
= Kompartement elektroda
C
= Kompartemen konsentrat
D
= Kompartemen diluat
AX
= Membran penukar anion
CX
= Membran penukar kation
P1
= Pompa larutan elektroda
P2
= Pompa larutan diluat
P3
= Pompa larutan konsentrat
B.1011.3.21
28
3.3 Variabel Proses Variabel berubah: Besar tegangan = 5; 10; 15 Konduktivitas umpan = 15 µs, 31 µs, dan 45 µs Variabel tetap: Laju alir tiap kompartemen
Susunan resin adalah mixed bed dengan rasio anion:kation = 2:1 Jarak antarkompartemen membran adalah 4 mm Luas permukaan membran adalah 300 cm2
Parameter respon: Konduktivitas aliran diluat, elektroda, dan konsentrat pH produk 3.4 Pelaksanaan Penelitian 3.4.2 Tahap Persiapan Peralatan Tahap awal penelitian adalah penyusunan modul elektrodeionisasi. Mula-mula membran penukar anion dan membran penukar kation dipotong sesuai dimensi yang telah ditentukan, kemudian dipasangkan pada housing dengan jarak antara membran 4 mm. Timbang resin anion dan resin kation sebanyak 1,5 kg dengan rasio massa 2 : 1. Campur kedua resin tersebut hingga merata. Isikan resin pada tiap kompartemen sehingga membentuk susunan mixed bed. Susunan elektroda, membrane dan resin dalam modul diperlihatkan pada Gambar 3.1.
3.4.3 Tahap Persiapan Bahan Baku Air gambut disaring menggunakan screen filter untuk memisahkan partikel kasar serta ultrafiltrasi untuk partikel tersuspensi untuk menghindari penyumbatan pada modul EDI.
B.1011.3.21
29
3.4.4 Tahap Percobaan
Rancangan percobaan disusun menggunakan metode statistik desain faktorial penuh (full factorial design) dengan 5 titik tengah. Percobaan tersebut dilakukan secara duplo dan acak untuk mengetahui pengaruh variabel utama terhadap respon yang diamati. Detail rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Detail rancangan percobaan
Run ke Voltage Konduktivitas -
(volt)
Feed (µs)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
5 15 5 15 5 15 5 15 10 10 10 10 10
15 15 42 42 15 15 42 42 31 31 31 31 31
Eksperimen dilakukan secara transien dengan mengalirkan umpan menuju modul elektrodeionisasi, dimana semua aliran produk dan konsentrat dikembalikan menuju tangki asalnya. Pengukuran konduktivitas, pH, dan kuat arus dilakukan setiap 2 menit dan dihentikan ketika parameter respon menunjukkan kondisi tunak dalam tiga kali pengukuran.
B.1011.3.21
30
3.3. Interpretasi Data Respon akhir setiap variabel run dianalisa menggunakan metode statistik Analysis of Varians (ANOVA) dengan tingkat kepercayaan 95%, serta persamaan regresi untuk menentukan pengaruh setiap variabel terhadap respon. Analisis tersebut dilanjutkan terhadap pembahasan ilmiah untuk menerangkan fenomena proses untuk menarik kesimpulan dari eksperimen yang dilakukan.
B.1011.3.21
31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Percobaan dengan Air Gambut Encer Dengan melakukan variasi berupa tegangan listrik dan konduktivitas umpan, diperoleh data percobaan yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Percobaan dengan air gambut encer Run ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tegangan listrik (volt) 5 15 5 15 5 15 5 15 10 10 10 10 10
Konduktivitas umpan (µs) 15 15 42 42 15 15 42 42 31 31 31 31 31
Waktu tunak (menit) 18 8 50 38 16 10 48 32 28 34 26 28 32
Konduktivitas konsentrat saat tunak (µs) 30 50 82 237 27 52 78 192 137 127 99 104 111
Kuat arus saat saat tunak (mA) 3 14 4 14 3 13 6 16 11 9 10 10 9
Pengolahan data selanjutnya dilakukan dengan menggunakan bantuan software minitab untuk membuat permodelan dan menentukan pengaruh variabel (tegangan listrik dan konduktivitas umpan) terhadap respons (waktu, konduktivitas konsentrat, dan kuat arus saat mencapai keadaan tunak).
4.1.1 Pengaruh Variabel terhadap Waktu Tunak Dengan menggunakan bantuan software minitab diperoleh hasil permodelan yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. B.1011.3.21
32
(a)
(b)
Gambar 4.1 Hasil simulasi dengan respons waktu tunak, (a) Model, (b) Data Percobaan
Berdasarkan permodelan tersebut diperoleh persamaan untuk menentukan hubungan antara waktu tunak (tss) dengan tegangan listrik (V) dan konduktivitas umpan (Cumpan) sebagai berikut. tss = 1.42026 – 0.46667 V + 1.29325 Cumpan– 0.0222 V.Cumpan
B.1011.3.21
33
Dengan nilai R2 sebesar 96.63 %, data percobaan sudah menyerupai model yang dibentuk.
Dari pemodelan yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, pada tegangan listrik yang sama, kenaikan konduktivitas umpan menyebabkan meningkatnya waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak. Hal ini disebabkan oleh pada konduktivitas umpan yang semakin besar, lebih banyak ion yang perlu dipindahkan dari kompartemen diluat ke kompartemen konsentrat.
Dari Gambar 4.1, pada konduktivitas umpan yang sama, kenaikan tegangan listrik menyebabkan menurunnya waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak. Hal ini disebabkan oleh pada tegangan yang lebih tinggi, driving force untuk perpindahan ion lebih besar sehingga ion berpindah dari kompartemen konsentrat ke kompartemen diluat dengan lebih cepat.
Untuk mengetahui seberapa valid hubungan tersebut, dibentuk grafik residual plots untuk respons berupa waktu tunak yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Residual plots untuk respons waktu tunak B.1011.3.21
34
Berdasarkan kurva residual plots, data percobaan sudah terdistribusi secara normal dan penyimpangan data percobaan terhadap model tidak jauh sehingga hubungan persamaan waktu tunak dengan konduktivitas umpan dan tegangan listrik dapat diterima.
Untuk mengetahui seberapa jauh efek variabel terhadap waktu tunak, dibentuk diagram Pareto yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Diagram pareto untuk respons waktu tunak
Dari Gambar 4.3, dapat dilihat bahwa konduktivitas umpan memiliki pengaruh yang paling signifikan terhadap waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak. Nilai tegangan listrik juga memiliki pengaruh yang signifikan walaupun tidak sebesar pengaruh dari konduktivitas umpan. Interaksi antara kedua variabel tersebut tidak signifikan.
4.1.2 Pengaruh Variabel terhadap Konduktivitas Konsentrat Saat Tunak Dengan menggunakan software minitab diperoleh hasil permodelan yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.
B.1011.3.21
35
(a)
(b)
Gambar 4.4 Hasil Simulasi dengan respons konduktivitas konsentrat saat tunak, (a) Pemodelan, (b) Data Percobaan
Berdasarkan permodelan tersebut diperoleh persamaan untuk menentukan hubungan antara konduktivitas konsentrat saat tunak (Ckonsentrat) dengan tegangan listrik (V) dan konduktivitas umpan (Cumpan) sebagai berikut: Ckonsentrat =22.5582 – 3.9722 V - 0.103418 Cumpan + 0.414815 V.Cumpan Dengan nilai R2 sebesar 94.49 %, data percobaan sudah menyerupai model yang dibentuk.
B.1011.3.21
36
Untuk mengetahui seberapa valid hubungan tersebut, dibentuk grafik residual plots untuk respons berupa konduktivitas konsentrat saat tunak yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Residual plots untuk respons konduktivitas konsentrat saat tunak
Berdasarkan kurva residual plots, data percobaan sudah terdistribusi secara normal dan penyimpangan data percobaan terhadap model tidak jauh sehingga hubungan persamaan konduktivitas konsentrat saat tunak dengan konduktivitas umpan dan tegangan listrik dapat diterima.
Untuk mengetahui seberapa jauh efek variabel terhadap konduktivitas konsentrat saat tunak, dibentuk diagram Pareto yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.
B.1011.3.21
37
Gambar 4.6 Diagram pareto untuk respons konduktivitas konsentrat saat tunak
Dari diagram pareto tersebut, dapat dilihat bahwa konduktivitas umpan memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap konduktivitas konsentrat saat tunak. Nilai tegangan listrik juga memiliki pengaruh yang signifikan walaupun tidak sebesar pengaruh konduktivitas umpan. Interaksi antara kedua variabel tersebut juga signifikan.
4.1.3 Pengaruh Variabel terhadap Kuat Arus Saat Tunak Dengan menggunakan software minitab diperoleh hasil permodelan yang ditunjukkan pada Gambar 4.7.
(a) Model
(b) Data Percobaan
Gambar 4.7 Hasil simulasi dengan respons kuat arus saat tunak B.1011.3.21
38
Berdasarkan permodelan tersebut diperoleh persamaan untuk menentukan hubungan antara konduktivitas kuat arus saat tunak (Iss) dengan tegangan listrik (V) dan konduktivitas umpan (Cumpan) sebagai berikut. Iss = -3.3814 + 1.07778 V + 0.0860045 Cumpan -0.00185185 V.Cumpan Dengan nilai R2 sebesar 96.40 %, data percobaan sudah menyerupai model yang dibentuk.
Untuk mengetahui seberapa valid hubungan tersebut, dibentuk grafik residual plots untuk respons berupa kuat arus saat tunak yang ditunjukkan pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8 Residual plots untuk respons kuat arus saat tunak
Berdasarkan kurva residual plots, data percobaan sudah terdistribusi secara normal dan penyimpangan data percobaan terhadap model tidak jauh sehingga hubungan persamaan kuat arus saat tunak dengan konduktivitas umpan dan tegangan listrik dapat diterima.
B.1011.3.21
39
Untuk mengetahui seberapa jauh efek variabel terhadap kuat arus saat tunak, dibentuk diagram Pareto yang ditunjukkan pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9 Diagram pareto untuk respons saat tunak
Dari diagram pareto tersebut, dapat dilihat bahwa tegangan listrik memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap waktu tunak. Nilai konduktivitas umpan juga memiliki pengaruh yang signifikan walaupun tidak sebesar pengaruh tegangan listrik. Interaksi antara kedua variabel tersebut tidak signifikan.
4.1.4 Perubahan Konduktivitas Terhadap Waktu Selama percobaan, konduktivitas konsentrat meningkat terhadap waktu, sedangkan konduktivitas diluat dan elektroda menurun terhadap waktu. Besar konduktivitas terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 4.10.
B.1011.3.21
40
140
Konduktivitas (µs)
120 100 80 µs,K 60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
10
20
30
40
Waktu (menit)
Gambar 4.10 Konduktivitas terhadap waktu (V = 10 Volt dan Cumpan = 31 µS)
Peningkatan
konduktivitas
konsentrat
terhadap
waktu
dikarenakan
terjadinya
perpindahan ion dari kompartemen diluat dan elektroda menuju ke kompartemen konsentrat melalui membran di bawah pengaruh tegangan listrik (Ervan dan Wenten, 2002). Membran penukar kation berfungsi untuk memindahkan kation dari elektroda dan diluat menuju ke konsentrat, sedangkan membran penukar anion berfungsi untuk memindahkan anion dari elektroda dan diluat menuju ke konsentrat.
Akibat dari proses tersebut, jumlah ion-ion yang terdapat di dalam kompartemen elektroda dan diluat berkurang sehingga mengakibatkan penurunan konduktivitas diluat dan elektroda.
4.2 Percobaan dengan Air Gambut Percobaan dengan air gambut dilakukan pada tegangan listrik sebesar 15 Volt dan konduktivitas umpan sebesar 48 µs. Data hasil percobaan ditunjukkan pada Gambar 4.11.
B.1011.3.21
41
Konduktivitas Konduktivitas (µs)
500 400 300 µs,K
200
µs,E
100
µs,D
0 0
50
100
150
200
250
Waktu (menit)
Gambar 4.11 Percobaan dengan air gambut
Sama halnya seperti percobaan dengan air gambut yang telah diencerkan, konduktivitas konsentrat meningkat seiring waktu akibat dari perpindahan ion-ion dari diluat dan elektroda ke kompartemen konsentrat melalui membran. Akibat perpindahan ion-ion ini, konduktivitas diluat dan elektroda menurun terhadap waktu hingga mencapai < 1 µS.
Perubahan warna air gambut pada masing-masing kompartemen dapat dilihat pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Perubahan warna air gambut B.1011.3.21
42
Untuk mengetahui perubahan warna air gambut secara kuantitatif dilakukan uji absorbansi dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Pengujian dilakukan pada panjang gelombang 400 nm. Hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hasil uji absorbansi Panjang Gelombang (nm) Konsentrat Elektroda Diluat Umpan 400
0,07
0,001
0,087
0,267
Dari Tabel 4.2, dapat dilihat bahwa persentase penyingkiran warna untuk konsentrat, elektroda, dan diluat adalah 73,78%, 99,6%, dan 67,42%. Intensitas warna pada ketiga larutan tersebut lebih rendah daripada intensitas warna umpan. Penurunan intensitas warna pada larutan konsentrat dan diluat tersebut dapat disebabkan oleh senyawa asam humus yang tertinggal di dalam unit EDI. Asam humus tersebut diduga teradsorpsi pada permukaan resin atau tertahan pada permukaan membran.
Intensitas warna larutan konsentrat lebih rendah daripada intensitas warna larutan diluat. Hal ini disebabkan oleh jumlah resin yang terdapat pada kompartemen konsentrat lebih banyak daripada jumlah resin yang terdapat pada kompartemen diluat sehingga asam humus yang teradsorpsi pada resin di kompartemen konsentrat lebih banyak.
Berdasarkan hipotesis, produk konsentrat yang dihasilkan seharusnya memiliki warna yang lebih pekat daripada diluat. Penyingkiran warna larutan pada kompartemen elektroda dan diluat tidak mencapai 100% meskipun konduktivitas larutan telah mencapai 1 µS dikarenakan air gambut memiliki komponen organik di dalam gugus asam humus. Komponen organik ini sulit dipisahkan dengan menggunakan elektrodeionisasi dan memiliki konduktivitas yang sangat kecil sehingga akan menyebabkan masih adanya berkas-berkas warna di kedua kompartemen.
4.3 Perubahan pH Hasil Percobaan Pengukuran pH dilakukan pada setiap kompartemen pada awal dan akhir setiap percobaan. B.1011.3.21
43
4.3.1 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 15 µS Hasil pengukuran pH pada percobaan dengan konduktivitas awal umpan 15 µS ditunjukkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 pH percobaan dengan konduktivitas awal umpan 15 µS Run keAwal 1 2 5 6
pH Konsentrat 6.82 6.65 6.74 6.59 6.58
Elektroda 6.82 6.41 6.55 6.83 6.57
Diluat 6.82 6.55 6.39 6.78 6.99
4.3.2 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 31 µS Hasil pengukuran pH pada percobaan dengan konduktivitas awal umpan 31 µS ditunjukkan pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 pH Percobaan dengan konduktivitas awal umpan 31 µS Run keAwal 9 10 11 12 13
Konsentrat
pH Elektroda
Diluat
6.6 7.13 7.19 6.81 7.01 6.27
6.6 6.81 6.98 6.93 7.08 6.98
6.6 6.41 6,4 6.53 6.62 7.18
4.3.3 Percobaan dengan Konduktivitas Awal Umpan = 42 µS Hasil pengukuran pH pada percobaan dengan konduktivitas awal umpan 42 µS ditunjukkan pada Tabel 4.5.
B.1011.3.21
44
Tabel 4.5 pH percobaan dengan konduktivitas awal umpan 42 µS Run keAwal 3 4 7 8
Konsentrat 6.72 6.83 7.19 6.66 6.77
pH Elektroda 6.72 6.89 6.59 6.91 7.32
Diluat 6.72 6.74 6.65 6.49 6.39
4.3.4 Percobaan dengan Umpan Air Gambut Hasil pengukuran pH pada percobaan dengan umpan berupa air gambut ditunjukkan pada Tabel 4.6 Tabel 4.6 pH percobaan dengan umpan air gambut (tanpa pengenceran)
Awal Akhir
Konduktivitas Gambut Konsentrat Elektroda Diluat 6.32 6.32 6.32 7.47 6.52 5.87
Hasil pengukuran pH untuk setiap percobaan tidak memiliki kecenderungan apakah pH naik ataupun tidak terhadap variabel seperti konduktivitas awal umpan, tegangan listrik, dan kuat arus. Ketidakteraturan pH ini disebabkan karena keadaan resin tidak sama untuk setiap percobaan (run). Resin memiliki keterisian akan ion-ion yang berbeda setiap runnya.
B.1011.3.21
45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Teknologi elektrodeionisasi mampu mengolah air gambut menjadi air produk dengan konduktivitas < 1 µs. 2. Persentase penghilangan warna pada air produk mencapai > 90%. 3. Tegangan listrik dan konduktivitas umpan mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak, konduktivitas konsentrat, dan kuat arus saat keadaan tunak.
5.2 Saran Beberapa hal yang disarankan untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Komposisi resin yang digunakan hendaknya divariasikan untuk mengetahui pengaruh dari komposisi resin. 2. Alangkah baiknya bila dilakukan variasi perbandingan laju alir umpan dan laju alir konsentrat untuk mengetahui pengaruh dari variabel laju alir terhadap proses elektrodeionisasi.
B.1011.3.21
46
DAFTAR PUSTAKA
1. N. Meyer, W.J. Parker, P.J. Van Geel, M. Adiga, Development of an electrodeionization process for removal of nitrate fromdrinkingwater. Part 1 Singlespecies testing, Desalination 175 (2005) 153–165. 2. http://www.lenntech.com/applications/ultrapure/conductivity/waterconductivity.htm (diakses tanggal 22 April 2011) 3. J.H. Song, K.H. Yeon, S.H. Moon, Effects of current density on ionic transport and water dissociation phenomena in a continuous electrodeionization (CEDI), J. Membr. Sci. 291 (2007) 165–171. 4. R. Wen, S. Deng, Y. Zhang. The Removal of Silicon and Boron from Ultra-pure Water by Electrodeionization. Desalination 181 (2004) 153-159. 5. L. Fu, J. Wang, Yulong Su. Removal of low concentrations of hardness ions from aqueous solutions using electrodeionization process. Seperation and Purification Technology 68 (2009) 390-396. 6. I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim. “Pengantar Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2010. 7. D. Wu, C. Li. Surfactant modified zeolite as adsorbent for removal of humic acid from water. Applied Clay Science 52 (2011) 353–357. 8. F. DiMascio, G. Ganzi, Electrodeionization apparatus and method, U.S. Patent No. 5,858,191 9. F. DiMascio, et al., Electrodeionization apparatus and method, U.S. Patent No. 6,284,124. 10. Dimitrakopoulus T, Feuillas E, Darbouret D, Mabic S, “Electrodeionization: technology and applications”, (2006), Millipore Corporation, http://www.millipore.com/bioscience,[2009-07-13] 11. Ganzi, G.C., Y. Egozy, A.J. Giuffrida, and A.D. Jha. High Purity Water by Electrodeionization: Performance of the Ionpure (tm) Continuous Deionization System. Ultrapure Water 4 (1987) 43-50. 12. I.G. Wenten, Khoiruddin, A.N. Hakim, P.T.P. Aryanti. “Teori Perpindahan Dalam Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2011. 13. I.G. Wenten, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim, Khoiruddin. “Karakterisasi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2011. 14. Ganzi, G. et al., Electrodeionization apparatus and method, U.S. Patent No. 5, 868,915 15. K. Glucina, A. Alvarez, J.M. Laîné. 2000. Assesment of an integrated membrane system for surface water treatment. Proceedings of the Conference on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Volume 2: 113-122. Desalination Publications
B.1011.3.21
47
16. J.C. Rojas, J. Pérez. Humic acids removal by aerated spiral-wound ultrafiltration membrane combined with coagulation–hydraulic flocculation. Desalination 266 (2011) 128–133. 17. I.G. Wenten, P.T.P. Aryanti, Khoiruddin, A.N. Hakim. “Proses Pembuatan Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2011. 18. J. Polak, M. Bartoszek. The spectroscopic studies of humic acid extracted from sediment collected at different seasons. Chemosphere (2001). 19. J.H. Song, K.H. Yeon, S.H. Moon, Effects of current density on ionic transport and water dissociation phenomena in a continuous electrodeionization (CEDI), J. Membr. Sci. 291 (2007) 165–171. 20. J. Shao, J. Hou. Comparison of humic acid rejection and flux decline during filtration with negatively charged and uncharged ultrafiltration membranes. Water Research (2011) 473-482. 21. L. Fu, J. Wang, Y. Su. Removal of low concentrations of hardness ions from aqueous solutions using electrodeionization process. Seperation and Purification Technology 68 (2009) 390-396. 22. M.C. Brum, Jose´ Farias Oliveira. Removal of humic acid from water by precipitate flotation using cationic surfactants. Minerals Engineering 20 (2007) 945–949. 23. Y. Ervan, I.G. Wenten. Study on the influence of applied voltage and feed concentration on the performance of electrodeionization. Songklanakarin J. Sci. Technol., 24 (2002) 955-963. 24. M. Mulder. Basic Principles of Membrane Technology, second edition. Kluwer Academic Publishers, 1996.
B.1011.3.21
48
DAFTAR SIMBOL
µs,E
:
Konduktivitas aliran elektroda [µS/cm]
µs,K
:
Konduktivitas aliran konsentrat [µS/cm]
µs,D
:
Konduktivitas aliran diluat [µS/cm]
E
:
Kompartement elektroda [-]
C
:
Kompartemen konsentrat [-]
D
:
Kompartemen diluat [-]
AX
:
Membran penukar anion [-]
CX
:
Membran penukar kation [-]
P1
:
Pompa larutan elektroda [-]
P2
:
Pompa larutan diluat [-]
P3
:
Pompa larutan konsentrat [-]
B.1011.3.21
49
LAMPIRAN A MATERIAL SAFETY DATA SHEET A.1 Data Keamanan Air (H2O) a.
b.
Sifat Fisik
Rumus molekul
Cairan bening, tidak berwarna
Berat molekul
Tidak berbau
H2O
:
18,02 gram/mol
pH
:
7,0
Titik didih
:
100oC
Titik leleh
:
0oC
Tekanan uap
:
17,5 mmHg (20oC)
Bahaya
c.
:
Tidak berbahaya dan tidak beracun
Efek bagi lingkungan
Tidak berbahaya dan tidak beracun (aman bagi lingkungan)
B.1011.3.21
50
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN
B.1 Perhitungan Persentase Penghilangan Warna Persentase penghilangan warna dihitung berdasarkan absorbansi larutan yang diperoleh melalui analisis menggunakan alat spektrofotometer uv-vis. Data percobaan:
Panjang Gelombang (nm) Konsentrat Elektroda Diluat Umpan 400
0,07
0,001
0,087
0,267
Contoh perhitungan:
% Penghilangan warna larutan pada kompartemen elektroda (absorbansi larutan umpan - absorbansi larutan elektroda) = 100% absorbansi larutan umpan (0,267-0,001) 100% 0, 267 =99,6%
B.1011.3.21
51
LAMPIRAN C DATA HASIL PENELITIAN
C.1 Data Hasil Penelitian a.
Run ke-1 Konduktivitas (µs)
pH
Waktu (menit)
µs,K
µs,E
µs,D
pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
15 16 19 21 23 24 26 28 29 30 31 31
15 14 14 13 12 11 11 11 10 9 9 9
15 13 12 10 8 6 5 3 2 1 1 1
4,7 4,5 4,5 4,5 4,7 4,7 4,9 4,9 4,9 5 5 5
4,7 4,5 4,4 4,4 4,5 4,6 4,6 4,7 4,8 4,8 4,8 4,8
4,7 4,8 4,4 4,5 4,6 4,8 4,8 5 5 5 5,2 5,2
7 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3
B.1011.3.21
52
Run ke-1 35
Konduktivitas (µs)
30 25 20 µs,K 15
µs,E
10
µs,D
5 0 0
5
10
15
20
25
30
Waktu (menit)
b. Run ke-2 Konduktivitas (µs)
pH
Waktu (menit)
µs,K
µs,E
µs,D
pH,K
pH,E
pH,D
0 2 4 6 8 10 12
15 23 33 41 50 58 63
15 13 9 7 4 3 1
15 9 6 3 1 1 1
4,7 4,2 4,1 4,1 4,1 4,4 4,5
4,7 4,1 4,2 3,9 4,3 4,3 4,2
4,7 4,7 4,2 3,9 4,7 5,1 4,7
B.1011.3.21
Kuat Arus (mA) 24 19 17 15 14 13 12
53
Run ke-2 70
Konduktivitas (µs)
60 50 40 µs,K 30
µs,E
20
µs,D
10 0 0
5
10
15
20
Waktu (menit)
c. Run ke-3 Waktu (menit) 0 2 4 6 8 10 12 14
B.1011.3.21
Konduktivitas (µs) µs,K
µs,E
µs,D
Kuat Arus (mA)
42 43 43 45 47 50 52 54
42 39 38 36 35 33 32 31
42 34 31 28 25 22 20 18
11 6 6 6 6 5 5 5
54
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54
57 59 61 63 64 66 68 70 71 73 74 76 77 78 79 80 81 82 83 84
29 28 27 26 25 24 23 22 22 21 20 20 19 19 18 17 17 16 16 16
16 14 13 11 10 9 8 7 6 5 5 4 4 3 3 3 2 1 1 1
5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Run ke-3 90
Konduktivitas (µs)
80 70 60 50
µs,K
40
µs,E
30
µs,D
20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
d. Run ke-4 Konduktivitas (µs)
Waktu (menit)
µs,K
µs,E
µs,D
0
42
42
42
B.1011.3.21
Kuat Arus (mA) 34
55
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
55 74 95 110 127 142 155 169 180 189 198 206 212 217 222 227 230 234 237 239 241
36 31 27 24 21 19 17 15 14 12 11 10 9 9 8 7 7 6 5 5 5
33 24 18 15 11 9 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 2 2 1 1 1
31 31 29 28 26 25 23 22 21 20 19 18 18 17 16 16 15 15 14 14 14
Run ke-4 300
Konduktivitas (µs)
250 200 µs,K
150
µs,E
100
µs,D
50 0 0
10
20
30
40
50
Waktu (menit)
e. Run ke-5 Waktu Konduktivitas (µs)
B.1011.3.21
pH
Kuat
56
(menit)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
µs,K
µs,E
µs,D
pH,K
pH,E
pH,D
Arus (mA)
15 17 19 21 22 23 25 26 27 29 29
15 14 13 12 12 10 10 9 8 8 8
15 12 10 8 7 5 4 2 1 1 1
4,7 4,8 4,9 5 5 5 5,1 5,1 5,1 5,1 5,1
4,7 4,7 4,8 4,8 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 5
4,7 4,9 4,9 4,9 5,1 5,1 5,2 5,2 5,2 5,2 5,3
7 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3
Run ke-5 35
Konduktivitas (µs)
30 25 20 µs,K 15
µs,E
10
µs,D
5 0 0
5
10
15
20
25
Waktu (menit)
f.
Run ke-6 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8
B.1011.3.21
15 21 30 37 44
15 12 9 7 5
15 11 8 5 2
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,7 4,9 5 5 5,1
4,7 4,8 4,9 4,8 4,8
4,7 4,8 5 4,8 5,2
24 17 15 14 14
57
10 12 14
52 59 65
4 2 1
1 1 1
5,1 5,1 5,1
4,9 5 5
5,3 5,4 5,5
13 13 12
Run ke-6 70
Konduktivitas (µs)
60 50 40 µs,K 30
µs,E
20
µs,D
10 0 0
5
10
15
20
25
30
Waktu (menit)
B.1011.3.21
58
g. Run ke-7 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52
B.1011.3.21
42 44 46 49 51 53 55 56 58 59 61 62 63 64 65 66 67 68 69 71 72 74 75 76 78 79 80
42 42 40 39 38 36 35 34 34 32 31 30 29 28 27 27 26 26 25 24 24 23 23 22 22 21 21
42 42 38 35 32 29 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10 9 7 6 5 4 3 2 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,4 4,6 4,6 4,5 4,8 4,9 5,1 5,3 5,3 5,4 5,5 5,6 5,6 5,7 5,7 5,7 5,8 5,8 5,8 5,8 5,7 5,8 5,9 5,9 5,8 5,7 5,8
4,4 4,5 4,5 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,2 5,3 5,4 5,6 5,5 5,6 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,8 5,6 5,8 5,9 5,8 5,8 5,7 5,8
4,4 4,5 4,5 4,6 4,6 4,8 5,2 5,2 5,3 5,5 5,5 5,7 5,8 5,8 5,8 5,9 6 6 6,1 6,1 6,1 6,2 6,2 6,3 6,4 6,2 6,4
11 7 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6
59
Run ke-7 90 80
Konduktivitas (µs)
70 60 50
µs,K
40
µs,E
30
µs,D
20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
h. Run ke-8 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
B.1011.3.21
42 52 68 85 100 114 126 138 148 157 164 171 175 181 185 188 192 195 197
42 36 32 28 25 23 21 19 18 16 15 14 13 13 12 12 11 11 10
42 36 29 22 18 14 11 9 7 6 5 4 4 3 2 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,5 4,4 4,5 4,7 4,8 5 4,9 4,8 4,7 4,7 4,5 4,7 4,4 4,8 4,9 4,9 5 5 5,3
4,5 4,4 4,4 4,5 4,7 4,8 4,6 4,4 4,5 4,1 4,1 4,1 3,7 4,4 4,5 4,8 4,7 4,8 5,3
4,5 4,4 4,4 4,4 4,7 5 4,6 4,8 5,1 4,7 4,6 4,1 3,2 5,1 5,2 5,7 5,1 5,8 6,2
35 31 29 28 26 25 24 23 22 20 19 19 18 18 17 17 16 15 15
60
Run ke-8 250
Konduktivitas (µs)
200 150 µs,K 100
µs,E µs,D
50 0 0
10
20
30
40
Waktu (menit)
i.
Run ke-9 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
B.1011.3.21
31 38 48 58 68 77 86 94 103 109 116 122 128 132 137 141 145
31 30 27 25 23 22 20 19 18 17 16 15 15 15 14 14 13
31 26 22 19 16 13 10 8 7 5 4 3 2 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,6 4,3 4,5 4,7 4,9 4,9 5,1 5,1 5,1 5,2 5,2 5,2 5,2 5,1 5,1 4,8 5,1
4,6 4,2 4,3 4,5 4,7 4,7 4,8 4,9 4,9 4,9 5 5,1 5 5 4,2 4,2 4,9
4,6 4,2 4,3 4,6 4,9 5 5,2 5,3 5,3 5,4 5,6 5,4 5,6 5,3 4,6 4,5 5,7
21 15 15 15 15 14 14 13 13 12 12 11 11 11 11 11 10
61
Run ke-9 160
Konduktivitas (µs)
140 120 100 80
µs,K
60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu (menit)
j.
Run ke-10 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
B.1011.3.21
31 36 45 53 61 69 77 83 89 95 100 105 110 113 118 121 124 127 129 131
31 29 26 24 23 21 20 19 17 16 16 15 14 14 13 13 12 12 11 11
31 30 26 22 19 16 13 10 9 7 6 5 4 3 3 2 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
4,6 4 4,4 4,5 4,7 5 5 5 5,1 5,2 5,3 5,3 5,3 5,4 5,2 5,2 5,3 5,3 5,2 5,3
4,6 4,3 4,3 4,4 4,5 4,8 4,9 4,8 4,8 5 5,1 5,1 5,2 5,3 5,1 5,1 5,2 5,2 5,2 5,2
4,6 4,2 4,3 4,4 4,6 4,8 5,1 4,9 4,8 5,4 5,6 5,7 5,8 5,9 5,7 5,8 6,1 6,1 5,8 6,1
Kuat Arus (mA) 20 15 15 15 14 14 13 13 12 12 12 11 11 11 10 10 10 9 9 9
62
Run ke-10 140
Konduktivitas (µs)
120 100 80 µs,K 60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
10
20
30
40
Waktu (menit)
k. Run ke-11 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
B.1011.3.21
31 38 42 49 56 63 69 75 80 85 89 93 96 99 102 104
31 31 28 24 22 21 20 19 18 16 16 15 14 14 13 13
31 28 23 18 15 12 10 7 6 5 3 3 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,5 4,4 4,4 4,7 4,8 5 5,1 5,3 5,4 5,4 5,5 5,5 5,6 5,5 5,5 5,5
4,5 4,3 4,2 4,5 4,6 4,8 4,9 5 5,2 5,3 5,3 5,3 5,4 5,4 5,6 5,5
4,5 4,3 4,3 4,6 4,8 5 5,2 5,5 5,6 5,9 5,8 5,8 6 6,2 6,2 6,3
20 14 14 14 13 13 13 12 12 11 11 10 10 10 9 9
63
Run ke-11 120
Konduktivitas (µs)
100 80 µs,K
60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu (menit)
l.
Run ke-12 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
B.1011.3.21
31 35 43 50 57 64 70 75 81 85 90 94 97 101 104 106 109
31 29 27 25 23 22 21 19 18 17 17 16 15 15 14 14 13
31 27 23 20 16 13 11 9 7 6 4 3 2 2 1 1 1
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,6 4,5 4,6 4,8 5 5,1 5,2 5,3 5,5 5,7 5,5 5,6 5,6 5,6 5,6 5,5 5,5
4,6 4,4 4,4 4,7 4,9 4,9 5,1 5,2 5,4 5,5 5,5 5,4 5,4 5,5 5,5 5,4 5,4
4,6 4,5 4,4 4,6 4,8 5,1 5,4 5,5 5,6 5,9 6,1 5,5 6,1 6,1 6,3 6,2 6,3
21 15 14 14 14 13 13 12 12 11 11 12 13 10 10 9 9
64
Run ke-12 120 100 80 µs,K 60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
10
20
m. Run ke-13 Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
B.1011.3.21
31 35 42 50 57 64 71 77 82 88 92 96 99 103 106 108 111 112 114
31 29 26 24 23 21 20 19 18 17 16 15 14 14 13 13 12 12 12
31 28 24 20 17 14 12 10 8 6 5 4 3 3 2 2 1 1 1
30
40
pH pH,K
pH,E
pH,D
Kuat Arus (mA)
4,5 4,5 4,6 4,7 5 5,2 5,2 5,3 5,4 5,5 5,5 5,6 5,5 5,5 5,5 5,6 5,6 5,6 5,6
4,5 4,5 4,4 4,6 4,8 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,5 5,5 5,5 5,6 5,6 5,5 5,6 5,6
4,5 4,5 4,4 4,6 4,9 5,1 5,3 5,5 5,7 5,7 5,9 6 6,2 6,2 6,2 6,4 6,4 6,4 6,5
20 15 15 14 14 13 13 12 12 11 11 11 10 10 10 10 9 9 9
65
Run ke-13 120 100 80 µs,K 60
µs,E
40
µs,D
20 0 0
10
20
30
n. Percobaan dengan air gambut Konduktivitas (µs) Waktu (menit) µs,K µs,E µs,D 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
B.1011.3.21
55 72 121 141 167 192 201 219 236 249 264 273 284 294 304 309 315 323 328 335 338 343
55 51 41 38 35 32 31 29 27 25 24 22 21 20 19 18 17 16 15 14 14 13
55 32 28 28 28 28 27 27 26 25 24 23 22 21 20 19 19 18 18 18 17 17
40
50
Kuat Arus (mA) 44 45 47 46 45 43 42 40 39 38 37 36 35 34 33 32 32 31 30 29 28 28
66
44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126
B.1011.3.21
347 350 353 356 359 363 367 369 372 375 378 380 381 382 384 386 388 390 392 393 393 394 394 395 395 396 398 397 397 397 397 397 397 397 397 398 400 400 400 400 400 402
13 12 12 12 11 11 11 10 10 9 9 9 8 8 8 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 5 5 4 4
17 17 16 16 16 16 15 15 14 14 14 14 13 13 13 13 13 12 12 12 12 12 12 11 11 11 11 11 11 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
28 27 27 26 26 25 25 25 25 24 24 24 23 23 23 23 22 22 22 21 21 21 21 20 20 20 19 19 19 19 19 19 18 18 18 18 19 19 19 19 19 19
67
128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210
B.1011.3.21
404 405 407 407 408 408 409 410 412 411 411 412 414 414 415 415 415 415 415 416 416 417 418 418 419 419 420 420 420 420 420 420 421 421 421 421 422 422 422 423 423 423
4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1
10 10 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7
19 19 18 18 18 18 18 18 17 17 17 17 17 17 17 17 16 16 16 16 16 16 16 16 15 15 15 15 15 15 15 15 15 14 14 14 14 14 14 14 14 14
68
212 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248
424 424 424 425 425 426 426 427 427 428 428 429 429 430 430 431 431 432 432
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
7 7 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 12 12 12 12 12 12 12 12
Air Gambut 450 400
Konduktivitas (µs)
350 300 250 µs,K
200
µs,E
150
µs,D
100 50 0 0
50
100
150
200
250
Waktu (menit)
o.
B.1011.3.21
69
