KAJIAN APLIKASI MEMBRAN SELULOSA ASETAT PADA PROSES FILTRASI AIR SUNGAI YANG TERCEMAR LIMBAH INDUSTRI DAN RUMAH TANGGA FITRIA NISAUL HAKIM

KAJIAN APLIKASI MEMBRAN SELULOSA ASETAT PADA PROSES FILTRASI AIR SUNGAI YANG TERCEMAR LIMBAH INDUSTRI DAN RUMAH TANGGA

FITRIA NISAUL HAKIM

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

ABSTRAK FITRIA NISAUL HAKIM. Kajian Aplikasi Membran Selulosa Asetat pada Proses Filtrasi Air Sungai yang Tercemar Limbah Industri dan Rumah Tangga. Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH dan KIAGUS DAHLAN. Air merupakan kebutuhan yang mendasar bagi kehidupan manusia. Jumlahnya sangat melimpah, namun kualitasnya berangsur-angsur menurun di muka bumi ini disebabkan oleh pencemaran yang dilakukan oleh manusia. Filtrasi menggunakan membran selulosa asetat dipilih karena metode ini lebih efisien dan tidak merusak sampel. Metode yang digunakan untuk menyaring air sungai adalah membran selulosa asetat yang diaplikasikan ke dalam sistem penyaring cross flow dan dead end. Pemberian variasi tekanan pada proses filtrasi menghasilkan nilai permeate dan fluks membran yang berbeda-beda. Nilai permeate pada sistem dead end lebih banyak dibandingkan dengan sistem cross flow pada tekanan 5 psi (34482,760 Pa) dengan waktu filtrasi yang sama yaitu 45 menit, masingmasing sebesar 10,9 ml dan 6,8 ml. Pada sistem dead end, larutan umpan dialirkan secara tegak lurus terhadap membran, akibatnya terjadi penumpukan komponen-komponen yang tertahan pada permukaan membran, sehingga mudah terjadi fouling dan mengakibatkan penurunan laju permeate. Sedangkan pada sistem cross flow, aliran umpan sejajar dengan membran sehingga tidak mudah terakumulasi maupun fouling. Karakterisasi fisik air sungai yang dilakukan meliputi uji kekeruhan, kerapatan, kekentalan, pH, warna, dan bau. Sifat fisik air yang paling terlihat berubah adalah kekeruhan. Penurunan nilai kekeruhan tertinggi terjadi pada filtrasi dengan sistem cross flow dengan tekanan 8 psi (55172,416 Pa) sebesar 1,53 NTU sedangkan terendah pada sistem dead end dengan tekanan 3 psi (20689,656 Pa) yaitu sebesar 7,5 NTU. Hasil keseluruhan penelitian menunjukkan bahwa nilai fluks air sungai semakin menurun sejalan dengan bertambahnya waktu penyaringan. Kekeruhan, kerapatan, kekentalan, pH, warna, dan bau air sungai setelah dilakukan filtrasi dengan membran selulosa asetat mengalami penurunan dibandingkan umpan. Untuk mendapatkan hasil penelitian yang lebih maksimal sebaiknya dilakukan variasi tekanan dan parameter fisik yang diuji lebih diperbanyak. Selain itu agar dapat diketahui kandungan organik hasil filtrasi perlu dilakukan uji sifat kimia.

Kata kunci : membran selulosa asetat, sifat fisik air, sistem penyaring cross flow, dead end

KAJIAN APLIKASI MEMBRAN SELULOSA ASETAT PADA PROSES FILTRASI AIR SUNGAI YANG TERCEMAR LIMBAH INDUSTRI DAN RUMAH TANGGA

FITRIA NISAUL HAKIM

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

Judul Nama NIM

: Kajian Aplikasi Membran Selulosa Asetat pada Proses Filtrasi Air Sungai yang Tercemar Limbah Industri dan Rumah Tangga : Fitria Nisaul Hakim : G74070057

Disetujui, Pembimbing 1

Pembimbing 2

Jajang Juansah, M.Si NIP. 19771020 200501 1 002

Dr. Kiagus Dahlan NIP. 19600507 198703 1 003

Diketahui, Ketua Departemen

Dr. Akhiruddin Maddu NIP. 19660907 198802 1 006

Tanggal Lulus :

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bekasi, pada tanggal 3 Mei 1989 dari Bapak Hasyim Achmadi dan Ibu Siti Zaimah. Penulis merupakan anak keempat dari empat bersaudara. Penulis menyelesaikan masa sekolah di SDN Harapan Jaya IX Bekasi, kemudian melanjutkan ke SMPN 5 Bekasi. Penulis lulus dari SMAN 4 Bekasi pada tahun 2007, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB pada Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam keanggotaan Himpunan Profesi Departemen Fisika HIMAFI sebagai anggota Departemen Informasi dan Komunikasi masa jabatan 2008-2009 serta pernah menjadi anggota Badan Eksekutif Mahasiswa FMIPA sebagai staff Departemen KOMINFO masa jabatan 2009-2010.

KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr.Wb. Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan karunia dan berkah yang tiada henti-hentinya, hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul ”Kajian Aplikasi Membran Selulosa Asetat pada Proses Filtrasi Air Sungai yang Tercemar Limbah Industri dan Rumah Tangga”. Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Jajang Juansah, M.Si selaku pembimbing I yang senantiasa sabar dan meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan selama kegiatan penelitian dan penulisan skripsi. 2. Dr. Kiagus Dahlan selaku pembimbing II yang memberikan motivasi dan masukan bagi penulis dalam kegiatan penelitian dan penulisan skripsi. 3. Bapak Ir. Hanedi Darmasetiawan, M.Si selaku editor yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan selama penulisan skripsi. 4. Seluruh staff dan civitas Departemen Fisika terima kasih atas semua ilmu dan pengalaman yang diberikan. 5. Keluarga tercinta bapak dan ibu, mas dian dan ayuk itin, mas hakim dan teteh heni, mas imam dan kak safita, serta keponakan-keponakan tercinta yang senantiasa memberikan do’a, restu, kasih sayang, kepercayaan, dan dukungan moral dan spiritual sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini. 6. Teman-teman sekontrakan Just 7 (momo, tandut, tasha, kidut, ria, ami, winceu, milky, dinda, pitinq) terima kasih atas doa, perhatian, dan dukungan yang diberikan. 7. Rekan-rekan sebidang penelitian (verow, nining, nice, ina, neneng, ogete, irvan, herdut, amboro) terima kasih atas bantuannya selama ini. 8. Semua pihak yang turut membantu kegiatan penelitian dan penyusunan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat kepada kita semua. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan pada skripsi ini. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan dari aplikasi material ini.

Bogor, Maret 2012

Penulis

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. x PENDAHULUAN ....................................................................................................... Latar Belakang ............................................................................................................. Perumusan Masalah ..................................................................................................... Tujuan Penelitian ......................................................................................................... Hipotesis ......................................................................................................................

1 1 1 1 1

TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................. Sumber dan Bahan Pencemar Air ................................................................................ Membran Selulosa Asetat ............................................................................................ Teknologi Filtrasi ......................................................................................................... Membran filtrasi ..................................................................................................... Keuntungan dan kelemahan membran .................................................................... Membran ultrafiltrasi .............................................................................................. Fluks air .................................................................................................................. Fouling pada membran ........................................................................................... Sifat Fisik Limbah Cair ................................................................................................ Kekeruhan ............................................................................................................... Kerapatan ................................................................................................................ Kekentalan .............................................................................................................. Tingkat keasaman (pH) ........................................................................................... Warna ...................................................................................................................... Bau ..........................................................................................................................

1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5

METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................... Tempat dan Waktu ....................................................................................................... Bahan dan Alat ............................................................................................................. Metode Penelitian ........................................................................................................ Pengambilan air sungai ........................................................................................... Proses filtrasi .......................................................................................................... Karakteristik air limbah .......................................................................................... Pengukuran kekeruhan air sungai ................................................................. Pengukuran kerapatan air sungai .................................................................. Pengukuran kekentalan air sungai ................................................................ Pengukuran pH air sungai ............................................................................ Pengukuran warna dan bau air sungai ..........................................................

5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7

HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................................. 7 Nilai Permeate Air Sungai ........................................................................................... 7 Nilai Fluks Air Sungai .................................................................................................. 7 Karakterisasi Air Sungai .............................................................................................. 9 Kekeruhan ............................................................................................................... 9 Kerapatan ................................................................................................................ 9 Kekentalan ............................................................................................................ 10

vi

Halaman Tingkat keasaman (pH) ......................................................................................... 10 Uji warna dan bau ................................................................................................. 11 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 11 Kesimpulan ................................................................................................................ 11 Saran ........................................................................................................................... 11 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 11 LAMPIRAN .............................................................................................................. 12

vii

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1 Spesifikasi membran selulosa asetat .............................................................. 2

viii

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1 Kurva perubahan fluks air sungai terhadap waktu ............ ...................... .. 4 Gambar 2 Fenomena fouling pada membran .................... ....................................... . 4 Gambar 3 Hubungan antara hasil permeate terhadap variasi alat penyaring dan tekanan dengan menggunakan membran selulosa asetat ................. . 7 Gambar 4 Hubungan fluks air dan waktu penyaringan menggunakan sistem cross flow dengan variasi tekanan ................................................. 8 Gambar 5 Hubungan fluks air dan waktu penyaringan menggunakan sistem dead end dengan variasi tekanan ................................................... 8 Gambar 6 Hubungan fluks air dan waktu penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end dengan tekanan 3 psi .............................. 8 Gambar 7 Hubungan kekeruhan dan variasi tekanan penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end ......................................... 9 Gambar 8 Hubungan kerapatan dan variasi tekanan penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end ......................................... 9 Gambar 9 Hubungan kekentalan dan variasi tekanan penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end ....................................... 10 Gambar 10 Hubungan pH dan variasi tekanan penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end ........................................ 10

ix

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran Lampiran

1 Diagram alur penelitian ........................................................................ 2 Gambar hasil filtrasi air sungai ............................................................. 3 Alat yang digunakan pada penelitian .................................................... 4 Data uji fluks air dengan tekanan 3 psi pada cross flow ....................... 5 Data uji fluks air dengan tekanan 5 psi pada cross flow ....................... 6 Data uji fluks air dengan tekanan 8 psi pada cross flow ....................... 7 Data uji fluks air dengan tekanan 3 psi pada dead end ......................... 8 Data uji fluks air dengan tekanan 5 psi pada dead end ......................... 9 Data uji fluks air dengan tekanan 8 psi pada dead end ......................... 10 Data nilai kekeruhan, kerapatan, kekentalan, dan ph air sungai sebelum dan setelah filtrasi .................................................................

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

x

1

PENDAHULUAN Latar Belakang Air bersih menjadi salah satu kebutuhan yang mendasar bagi kehidupan manusia. Air bersih yang memenuhi standar atau persyaratan kesehatan adalah air minum yang tidak berbau, tidak berasa, dan tidak berwarna serta memenuhi baku mutu yang dipersyaratkan, jumlahnya sangat melimpah di muka bumi ini tetapi kualitasnya mengalami penurunan dikarenakan aktivitas manusia yang berdampak pada pencemaran lingkungan hidup. Dengan adanya penurunan kualitas air ini, maka saat ini sangat sulit menemukan air bersih untuk dikonsumsi maupun untuk industri. Limbah cair adalah sisa dari suatu hasil usaha dan atau kegiatan yang berwujud cair yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan. Sedangkan menurut Sugiharto1 air limbah adalah kotoran dari masyarakat, rumah tangga, dan juga yang berasal dari industri, air tanah, air permukaan, serta buangan lainnya. Metcalf dan Eddy2 mendefinisikan limbah berdasarkan sumbernya sebagai kombinasi cairan hasil buangan rumah tangga (pemukiman), instansi perusahaan, pertokoan, dan industri dengan air tanah, air permukaan, dan air hujan. Proses membran yang bekerja berdasarkan prinsip melewatkan sebagian material dan menahan sebagian material lainnya, merupakan pilihan proses yang menawarkan beberapa keuntungan, antara lain: sederhana dalam proses pemisahannya, dapat berlangsung pada suhu kamar, sifatnya yang tidak destruktif sehingga tidak menimbulkan kerusakan dari zat yang dipisahkan baik secara fisik maupun kimia. Selain itu membran juga memiliki beberapa kelebihan dalam proses pemisahan dapat berjalan secara berkesinambungan serta tidak terlalu banyak membutuhkan energi. 3 Membran merupakan suatu lapisan tipis antara dua fase fluida yang bersifat penghalang (barrier) terhadap suatu zat tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan ukuran berbeda, serta membatasi perpindahan dari berbagai zat berdasarkan sifat fisik dan kimianya, proses pemisahan dengan membran dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pori, bentuk, serta struktur kimianya. Seiring dengan berkembangnya pengetahuan mengenai membran, maka sangat penting untuk

meneliti aplikasi dari membran dalam penanganan air limbah.

Perumusan Masalah 1. Bagaimana perbandingan hasil penyaringan dengan menggunakan metode dead end dan cross flow 2. Apakah endapan organik (makromolekul, subtansi biologi), endapan inorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat pada air sungai mempengaruhi proses penyaringan 3. Apakah air hasil penyaringan dapat memenuhi standar dan persyaratan air bersih

Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan sistem penyaringan aliran dead end dan cross flow untuk membersihkan air sungai yang tercemar limbah. Selain itu untuk mengetahui karakteristik fisik air sungai hasil penyaringan tersebut.

Hipotesis Tekanan yang diberikan pada saat penyaringan akan meningkatkan kualitas hasil penyaringannya. Jumlah endapan organik (makromolekul, substansi biologi), endapan anorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat pada air sungai akan membuat pori membran tersumbat. Inilah yang akan menyebabkan terjadinya penurunan nilai fluks membran.

TINJAUAN PUSTAKA Sumber dan Bahan Pencemar Air Pencemaran air terjadi apabila di dalam air terdapat berbagai macam zat atau kondisi yang dapat menurunkan standar kualitas air yang telah ditentukan, sehingga tidak dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga serta industri. Suatu sumber air dikatakan tercemar jika telah tercampur dengan bahan pencemar. Contoh suatu sumber air yang mengandung logam berat atau mengandung bakteri penyakit masih dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, tetapi tidak dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga (keperluan minum, memasak, mandi, dan mencuci). Ada beberapa penyebab terjadinya pencemaran air antara lain apabila air terkontaminasi dengan sampah rumah tangga, sampah limbah industri, limbah rumah sakit, limbah

2

kotoran ternak, partikulat-partikulat padat hasil kebakaran hutan dan gunung berapi yang meletus atau endapan erosi tempattempat yang dilaluinya. 4 Penyebab pencemaran dapat berupa panas yang berasal dari limbah pembangkit tenaga listrik atau limbah industri yang menggunakan air sebagai pendingin. Kondisi panas ini menyebabkan suhu air meningkat sehingga tidak sesuai untuk kehidupan akuatik (organisme, ikan dan tanaman dalam air).

Membran Selulosa Asetat Membran selulosa asetat merupakan polimer sintetik. Pembuatan membran selulosa asetat dilakukan dengan melarutkan campuran selulosa asetat serbuk, kemudian direaksikan dengan asam anhidrid. Asam cuka (acetid acid) sebagai bahan pelarut dan perchlorid acid atau sulphuric acid sebagai katalisator. Kemudian dicetak menjadi lapisan film di atas lembaran kaca. Sejumlah pelarut diuapkan, lalu dicelupkan ke akuades untuk membentuk membran. Membran yang basah selanjutnya dikeringkan di udara terbuka. Membran selulosa asetat merupakan membran yang morfologinya

asimetrik. Membran ini termasuk dalam kelompok membran nanofiltrasi yang tidak bermuatan. Membran filtrasi dari selulosa asetat digunakan untuk menghilangkan koloid, mikroba, pirogen, dan partikel dengan modul higienis.5 Membran selulosa asetat memiliki keunggulan dan kelemahan. Keunggulannya antara lain: cocok untuk sampel yang didasari kandungan air, membran selulosa asetat mengikat sedikit protein, laju alir permeate (fluks) tinggi, relatif kuat, dan tidak larut dalam alkohol. 6 Kelemahannya adalah: kisaran suhu sangat sempit (membran selulosa asetat biasanya dioperasikan tidak lebih dari 30oC), kisaran pH yang rendah biasanya antara 3-6. Pada kondisi asam, membran selulosa asetat dikatakan dapat tahan sampai 4 tahun bila digunakan pada pH 4-5 dan tahan sampai 2 tahun pada pH 6 serta hanya beberapa hari saja bila digunakan pada pH 1 atau 9 kisaran pH yang rendah sering menimbulkan masalah pada waktu pencucian membran, karena larutan pencuci membran biasanya bersifat asam. Membran selulosa asetat dapat teroksidasi oleh klorin sehingga tidak tahan jika didekatkan atau disimpan pada larutan klorin.6

Tabel 1 Spesifikasi membran selulosa asetat No 1

Parameter Adsorpsi

Spesifikasi 0,1 μg/cm untuk serum albumin sapi dengan ukuran pori 0,2 μm

2

Compatibility atau kesesuaian

Stabil pada kisaran pH 4-8, dan mengalami hambatan terhadap alkohol, hydrocarbon, dan minyak.

3

Laju aliran volumetrik

4 5

Keterbatasan Sterilisasi

Nilai rata-rata air per cm2 pada tekanan 1 bar, 22 ml/menit pada ukuran pori 0,2 μm, 69 ml/menit pada 0,45 μm, 130 ml/menit pada 0,65 μm, dan 200 ml/menit pada 0,8 μm Suhu maksimum 180oC Dengan autoclaving (pada suhu 121oC atau 134oC) dengan radiasi-gamma atau ethylene oxide

6

Validasi atau pengesahan

2

Hubungan nilai titik gembung ukuran pori membran 0,2 μm agar mampu mensterilisasi pada filtrasi telah disahkan oleh Standard Bacteria Challenge Test

Teknologi Filtrasi Membran filtrasi Membran adalah suatu lapisan tipis yang memisahkan dua fase dan membatasi pengangkutan berbagai bahan kimia secara selektif. Membran dapat heterogen dan homogen, netral dan bipolar, strukturnya simetrik dan asimetrik, padat dan cairan,

yang dapat membawa muatan positif dan juga negatif. Filtrasi adalah teknik proses pemisahan membran untuk menghilangkan berbagai zat terlarut dengan BM (berat molekul) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air larutan. Membran semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul larutan. Ukuran

3

dan adanya molekul terlarut merupakan faktor penting. Proses pemisahan dengan membran terdiri dari beberapa macam, hal ini dapat digolongkan berdasarkan parameter penggeraknya7, yaitu:  Proses filtrasi, yaitu proses pemisahan dengan membran yang tenaga penggeraknya adalah berupa perbedaan tekanan. Ada tiga macam proses filtrasi pada membran yaitu osmosa balik, ultrafiltrasi, dan mikrofiltrasi.  Dialisa, yaitu proses pemisahan dengan membran yang tenaga penggeraknya berupa perbedaan konsentrasi.  Elektrodialisa, yaitu proses pemisahan dengan membran yang tenaga penggeraknya berupa beda potensial listrik.

Keuntungan dan kelemahan membran Sebagai teknologi pemisah, teknologi membran mempunyai keuntungan dibandingkan dengan proses pemisahan lain seperti: 1. Pemisahan berdasarkan ukuran molekul (bentuk, molekul). 2. Energi yang dibutuhkan relatif rendah karena biasanya tidak terjadi perubahan fase. 3. Dapat beroperasi secara kontinyu atupun batch. 4. Tidak ada penambahan produk buangan. 5. Proses membran dapat digabungkan dengan proses pemisahan lainnya. 6. Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan. Disamping mempunyai keuntungan, proses membran juga mempunyai kekurangan di antaranya: 1. Penyumbatan pori membran (fouling) Adanya fouling dapat mengakibatkan penurunan fluks. Fluks berbanding terbalik dengan selektivitas. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektivitas dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah mempertinggi fluks dan selektivitas. Fouling dikendalikan dengan pemisahan secara berkala. Dalam penyaringan air, ion Fe dan Mn menjadi salah satu penyebab terjadinya fouling. Ion Fe di dalam air berupa Fe2+ dan jika teroksidasi dengan udara akan berubah

menjadi ferri (Fe3+) sehingga akan terbentuk endapan Fe(OH)3. Mn di dalam air berbentuk Mn2+ dan Mn4+. Dalam kondisi cukup udara maka Mn2+ teroksidasi menjadi Mn4+. Dalam kondisi anaerob, maka Mn2+ teroksidasi menjadi Mn4+ membentuk MnO2. Kedua endapan ini biasa disebut dengan fouling. 2. Stabilitas membran Kebanyakan material membran terkendala polimer yang mempunyai keterbatasan terhadap pH, suhu, dan ketahanan kimia.

Membran ultrafiltrasi Membran ultrafiltrasi adalah membran yang ukuran filtrasinya terletak antara nanofiltrasi dengan mikrofiltrasi serta memisahkan konstitu yang berukuran 1-100 nanometer. UF dapat menyaring mikroorganisme pathogen kecil seperti virus dengan sangat efektif dan mengurangi kekeruhan air. Secara umum membran dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori, yaitu: a. Membran berpori (porous) dan tidak berpori (non porous) b. Membran polimer (organic) dan keramik (non organic) c. Membran bermuatan dan tidak bermuatan tetap Ada dua produk UF yaitu hasil (permeate) yang mengandung komponen kecil yang sanggup melewati membran, dan konsentrat yang mengandung endapan. Pada proses pemisahan cross flow, aliran umpan searah dengan permukaan membran dan hasil filtrasi keluar tegak lurus searah aliran umpan. Hal ini dapat mengurangi kemungkinan terjadinya fouling pada membran, mengurangi polarisasi konsentrasi, dan adsorpsi. Cross flow lebih banyak digunakan pada hampir semua proses membran dengan beda tekanan berskala besar.

Fluks air Fluks air adalah zat yang mengalir melalui membran dalam besaran volume per unit waktu dan luas.6 Terdapat beberapa parameter operasi yang mempengaruhi fluks, antara lain tekanan, konsentrasi umpan, suhu, laju aliran dan turbulensi.

J

V A.t

(1)

Keterangan, J = fluks (L/m2s), V = volume permeate (liter), t = waktu (s), A= luas membran (m2)

4

fluks

waktu

permukaan membran, tetapi masih ada celah untuk meresapnya cairan masuk ke membran, disitulah terbentuk penyempitan. Kemudian butiran foulant mulai menutupi permukaan membran sehingga tidak ada celah untuk cairan masuk ke membran. Tahap akhir adalah terbentuk lapisan gel. Butiran foulant mulai menutupi permukaan membran dan membentuk lapisan gel.

Gambar 1 Kurva perubahan fluks membrane terhadap waktu. Suatu membran dapat dikatakan efektif dan efisien apabila membran tersebut mempunyai nilai fluks yang tinggi. Masalah yang timbul ketika membran digunakan dalam proses filtrasi adalah adanya penurunan nilai fluks terhadap waktu. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1.

Fouling pada membran Fouling pada membran merupakan irreversible yang terjadi pada membran yang disebabkan oleh interaksi fisik atau kimia spesifik antara membran dan komponenkomponen yang ada dalam aliran proses. Terjadinya fouling membran tidak dapat dihindari dan inilah tantangan terberat dalam teknologi membran. Lapisan fouling membran (foulant) ini menghambat filtrasi. Foulant ini dapat berupa endapan organik (makromolekul, substansi biologi), endapan anorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat. Foulant akan terakumulasi pada permukaan membran karena tidak ikut ambil bagian dalam perpindahan massa. Akibatnya foulant ini akan mengurangi efektivitas dan fluks membran. Berbagai cara telah dilakukan untuk menghindari terjadinya fouling membran. Prefilter dan screen digunakan untuk memisahkan partikel berukuran besar yang dapat menutupi permukaan membran. Tingginya kecepatan cross flow dapat menyapu foulant yang berada di permukaan membran. Tekanan yang rendah menghindari pemadatan gel di permukaan membran. Beberapa polimer dan bahan kimia memiliki kepekaan yang tinggi sehingga terjadinya fouling. Ada dua proses yang terkait dengan fenomena fouling ini, yaitu secara internal akan terjadi proses peracunan (poisoning) dan secara eksternal adalah pertumbuhan fouling itu sendiri. Mekanisme terbentuknya fouling pada membran sampai menutupi lubang

Fouling menutupi sebagian pori

Pori membran Fouling menutupi tanpa seluruh pori Gambar 2 Fenomena foulingfouling pada membran8.

Sifat Fisik Limbah Cair Sifat fisik limbah umumnya mudah terlihat. Sifat fisik yang penting antara lain kekeruhan, kerapatan, kekentalan, pH, warna, dan bau.

Kekeruhan Kekeruhan adalah ukuran yang menggunakan efek cahaya sebagai dasar mengukur kualitas air sungai. Kekeruhan dapat disebabkan oleh bahan-bahan tersuspensi yang bervariasi dari ukuran koloid sampai dispersi kasar dan tergantung dari derajat turbulensinya. Nilai kekeruhan membantu mengetahui jumlah senyawa kimia yang dibutuhkan dalam pengolahan limbah. Penentuan kekeruhan dengan menggunakan metode fotometri disebut turbidimetri. 6

Kerapatan Merupakan perbandingan antara massa dan volume dari suatu zat. Dirumuskan sebagai berikut:



m V

Keterangan : ρ = kerapatan (g/cm3) m = massa (g)

(2)

V = volume (cm3)

5

Umumnya kerapatan zat padat dan cairan hampir tidak bergantung terhadap tekanan dan suhu, karena zat padat dan cairan hanya mengembang sedikit bila dipanaskan dan menyusut sedikit bila dipengaruhi tekanan eksternal sehingga perubahan volume relatif kecil. 9 Jika suatu bahan dilarutkan dalam air dan membentuk larutan, maka kerapatannya akan berubah. Kerapatan bervariasi sesuai dengan konsentrasi larutan.10

Kekentalan Kekentalan atau viskositas dapat dianggap sebagai gesekan internal yang besarnya tertentu pada suatu fluida. Besaran yang ditimbulkan untuk menimbulkan kecepatan tertentu berhubungan dengan kekentalan suatu fluida. Pada zat cair, kekentalan disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul.11



Fg A vl

(3)

Keterangan: η : viskositas (poise), Fg : gaya geser (dyne), A : luas permukaan (cm2), v : kecepatan aliran (cm/s), l : jarak aliran yang diamati terhadap fluida Fluida yang berbeda memiliki kekentalan yang berbeda pula. Zat cair memiliki kekentalan yang lebih besar daripada gas.12 Untuk memahami perilaku aliran fluida, diperlukan persamaan gerak fluida dengan menggunakan alat viskometer. Viskometer yang digunakan untuk mengukur kekentalan ada beberapa jenis antara lain viskometer pipa kapiler dan viskometer bola jatuh.

Tingkat keasaman (pH) pH didefinisikan sebagai logaritma dari aktivitas ion hidrogen dan menunjukkan konsentrasi dari ion hidrogen tersebut. pH merupakan singkatan dari pondus hydrogeni, dapat dituliskan sebagai berikut:

 

pH   log10 H 

(4)

Derajat keasaman atau pH berhubungan dengan konsentrasi ion hidrogen (H+). Mikroorganisme dapat tumbuh paling baik pada pH mendekati netral, tetapi beberapa mikroorganisme menyukai suasana asam dan yang lain dapat

tumbuh dengan sedikit asam atau dalam suasana basa13.

Warna Warna limbah menunjukkan umur limbah. Limbah yang baru berwarna abuabu, sedangkan limbah yang sudah lama berwarna gelap.6 Warna limbah bukan merupakan indikasi pencemaran yang baik.4

Bau Bau disebabkan oleh gas-gas hasil pembusukan bahan organik dari senyawa nitrogen, belerang, dan fosfor. Pengukuran bau penting untuk mengetahui konsentrasi dari suatu zat dalam limbah, tetapi parameter bau sukar untuk dikuantitatifkan.4

METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian telah dilakukan di Laboratorium Biofisika, Departemen Fisika dan Laboratorium Kimia Analitik, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan selama 9 bulan yaitu pada bulan Juli 2011 sampai Maret 2012.

Bahan dan Alat Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah membran selulosa asetat, air sungai yang terletak bersebelahan dengan pabrik alumunium dan pabrik tekstil di wilayah Bekasi Utara, sehingga dimungkinkan bahwa air tersebut tercampur limbah pabrik industri serta limbah rumah tangga yang ada disekitarnya. Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat penyaring cross flow, alat penyaring dead end, neraca analitik, stopwatch, gelas ukur, viskometer bola jatuh, turbidimeter, piknometer, dan pH meter. Alat bantu untuk pengambilan air sungai antara lain: ember, kain saring, corong, botol.

Metode Penelitian Pengambilan air sungai Air yang digunakan sebagai air umpan untuk proses ini berasal dari sungai di daerah Bekasi Utara, yang terletak di sebelah pabrik tekstil dan alumunium. Pengambilan air umpan dilakukan pada pagi hari dan di pinggir sungai. Air yang telah

6

diambil kemudian dilakukan tahap pra penyaringan menggunakan kain kassa. Setelah itu air dimasukkan ke dalam wadah transparan untuk memudahkan pemantauan.

Proses filtrasi Proses filtrasi dilakukan dengan menggunakan dua alat penyaring yaitu sistem penyaringan cross flow dan dead end dengan umpan sebesar 200 ml. Pada proses ini dilakukan variasi tekanan sebagai berikut: 1. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan cross flow dengan memberikan perlakuan tekanan 3 psi (20689,656 Pa). 2. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan cross flow dengan memberikan perlakuan tekanan 5 psi (34482,760 Pa). 3. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan cross flow dengan memberikan perlakuan tekanan 8 psi (55172,416 Pa). 4. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan dead end dengan memberikan perlakuan tekanan 3 psi (20689,656 Pa). 5. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan dead end dengan memberikan perlakuan tekanan 5 psi (34482,760 Pa). 6. Filtrasi air sungai menggunakan sistem penyaringan dead end dengan memberikan perlakuan tekanan 8 psi (55172,416 Pa).

Karakteristik air limbah Pengukuran parameter kualitas air sungai dilakukan pada air sungai sebelum dan setelah filtrasi. Karakteristik yang dilakukan antara lain: kerapatan dengan piknometer 10 ml, kekentalan dengan viskometer bola jatuh (gilmont), kekeruhan dengan 2100P portable turbidimeter, tingkat keasaman dengan pH meter . Sementara warna dan bau hanya diamati melalui pengamatan visual dan indra pembau.

Pengukuran sungai

kekeruhan

air

Kekeruhan air sungai diukur dengan menggunakan 2100P portable turbidimeter. Sebelum digunakan untuk pengukuran air sungai, turbidimeter harus dikalibrasi terlebih dahulu, yaitu dengan menggunakan oil khusus dengan nilai kalibrasi 0-1000.

Jika nilai kalibrasi sudah berada diantara 01000 maka alat sudah dapat digunakan. Air sungai dimasukkan ke dalam gelas turbidimeter, kemudian diisi sampai melebihi batas tera putih yang terdapat pada gelas. Lalu bagian luar gelas dibersihkan dengan menggunakan lap khusus. Setelah itu gelas dimasukkan ke dalam lubang turbidimeter, dan ditutup. Nilai kekeruhan dapat diukur dengan menekan tombol read.

Pengukuran sungai

kerapatan

air

Kerapatan air sungai diukur dengan menggunakan gelas piknometer 10 ml. Sebelum digunakan piknometer dibersihkan dengan menggunakan aseton, dikeringkan dan ditimbang berat kosongnya. Piknometer diisi dengan air sungai, pengisian dilakukan sampai air sungai dalam gelas piknometer meluap melalui pipa kapiler yang terdapat pada tutupnya. Jika terdapat gelembung udara pada gelas piknometer maka harus diulangi pengisiannya. Kemudian piknometer dan isinya ditimbang. Nilai kerapatan air sungai diperoleh dengan menggunakan persamaan :



m 1  m2

(5)

V

Keterangan: ρ adalah kerapatan air sungai (g/ml), m1 adalah massa piknometer dan larutan air sungai (g), m2 adalah massa piknometer kosong, dan V adalah volume air sungai (10 ml).

Pengukuran sungai

kekentalan

air

Kekentalan air sungai diukur dengan menggunakan viskometer bola jatuh (Gilmont). Air sungai dimasukkan ke dalam viskometer kemudian diukur waktu jatuh bola besi pada jarak 10 cm. Kekentalan air sungai (ηs) dengan satuan poise diperoleh menggunakan persamaan berikut:

s 

k  b   s  v

(6)

keterangan : k = konstanta viskometer yaitu 6,39 x 10-3 cm3/s2 ρs = kerapatan air sungai (g/cm3) ρb = kerapatan bola besi yaitu 7,96 g/cm3 v = kecepatan bola besi jatuh (cm/s)

7

Pengukuran pH air sungai Derajat keasaman air sungai diukur dengan menggunakan pH meter. Alat pH meter yang akan digunakan sebelumnya dikalibrasi terlebih dahulu dengan menggunakan buffer 4. Elektroda dimasukkan ke dalam larutan buffer, lalu didiamkan sampai diperoleh nilai yang sesuai dengan larutan buffer yang digunakan. Setelah selesai dikalibrasi elektroda harus dibersihkan dengan aquades lalu dikeringkan dengan tissue. Selanjutnya elektroda dicelupkan ke dalam air sungai dan dibiarkan beberapa saat sampai diperoleh nilai pH air sungai yang stabil. Setelah selesai elektroda dibilas dengan aquades dan dikeringkan dengan tissue.

Pengukuran warna dan bau air sungai Pengukuran warna hanya dilihat saja melalui pengamatan dengan foto. Diteliti perubahan warna air sungai sebelum dan setelah penyaringan. Sedangkan pengukuran bau hanya dirasakan dengan indera pembau.

HASIL DAN PEMBAHASAN Penyaringan dengan menggunakan membran selulosa asetat adalah teknik pemisahan membran untuk memisahkan berbagai zat terlarut dengan berat molekul tinggi, aneka koloid, mikroba, sampai padatan tersuspensi dari larutan. Air sungai disaring dengan berbagai variasi tekanan menggunakan alat penyaring dead end dan cross flow. Karakterisasi membran yang dilakukan adalah mengukur nilai permeate membran dan nilai fluks air. Karakteristik sifat fisik air sungai yang dilakukan antara lain: kekeruhan, kerapatan, kekentalan, pH, warna dan bau.

Nilai Permeate Air Sungai Permeate merupakan banyaknya zat yang mampu melewati membran selama proses filtrasi berlangsung. Pada proses filtrasi jumlah dari permeate yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh perlakuan yang diberikan dan sifat dari larutan atau zat yang akan disaring. Proses filtrasi air sungai yang tercampur limbah industri dan rumah tangga dengan umpan sebesar 200 ml. Filtrasi ini menggunakan membran selulosa asetat yang dilakukan dengan berbagai variasi tekanan.

Gambar 3 Hubungan antara hasil permeate terhadap variasi alat penyaring dan tekanan dengan menggunakan membran selulosa asetat. Filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow dan dead end dengan variasi tekanan 3 psi (20689,656 Pa); 5 psi (34482,760 Pa); dan 8 psi (55172,416 Pa). Hasil pada pengamatan menunjukkan jumlah permeate yang diperoleh dari ke enam proses filtrasi air sungai tersebut dengan berbagai variasi tekanan selama 45 menit ditujukkan oleh Gambar 3. Dari Gambar 3 terlihat bahwa pada tekanan 3 psi (20689,656 Pa) pada alat penyaring cross flow dan dead end menghasilkan nilai permeate yang sama besar. Sedangkan pada variasi tekanan 5 psi (34482,760 Pa), pada alat penyaring dead end dihasilkan nilai permeate yang lebih tinggi dibandingkan dengan filtrasi yang menggunakan alat penyaring cross flow. Pada filtrasi menggunakan alat penyaring cross flow dengan tekanan 8 psi (55172,416 Pa) menghasilkan nilai permeate yang paling tinggi. Hal tersebut disebabkan oleh adanya gaya dorong terhadap umpan dari tekanan yang diberikan. Serta disebabkan karena pada sistem aliran cross flow, aliran umpan sejajar terhadap membran sehingga komponen yang tertahan di atas permukaan membran dibersihkan oleh aliran umpan sehingga tidak cepat terakumulasi maupun fouling.

Nilai Fluks Air Sungai Fluks membran merupakan banyaknya larutan permeate yang dihasilkan dalam proses filtrasi membran tiap satuan luas dan waktu. Besarnya nilai fluks dari setiap membran berubah dengan bertambahnya waktu filtrasi.

8

yang lebih tinggi. Dimungkinkan karena selain luasan membran dan waktu filtrasi, tekanan juga mempengaruhi proses filtrasi tersebut.

Gambar 4 Hubungan fluks air dan waktu filtrasi menggunakan sistem cross flow dengan variasi tekanan. Gambar 4 merupakan kurva hubungan fluks terhadap waktu hasil pengamatan dari proses filtrasi air sungai dengan menggunakan sistem cross flow pada variasi tekanan yang berbeda selama 45 menit. Dapat dilihat bahwa filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow pada tekanan 8 psi (55172,416 Pa) memiliki nilai fluks yang lebih tinggi. Dimungkinkan karena selain luasan membran dan waktu filtrasi, tekanan juga mempengaruhi proses filtrasi tersebut.

Gambar 5 Hubungan fluks air dan waktu filtrasi menggunakan sistem dead end dengan variasi tekanan. Gambar 5 merupakan kurva hubungan fluks air terhadap waktu hasil pengamatan dari proses filtrasi air sungai dengan menggunakan sistem dead end dengan variasi tekanan selama 45 menit. Dapat dilihat bahwa filtrasi dengan menggunakan sistem dead end pada tekanan 8 psi (55172,416 Pa) memiliki nilai fluks air

Gambar 6 Hubungan fluks air dan waktu filtrasi menggunakan sistem cross flow dan dead end dengan tekanan 3 psi. Gambar 6 merupakan kurva perbandingan fluks air terhadap waktu pengamatan dengan menggunakan alat penyaring cross flow dan dead end dengan tekanan 3 psi (20689,656 Pa) selama 45 menit. Dari kurva fluks air terhadap waktu dapat dilihat bahwa nilai fluks membran menurun sejalan dengan bertambahnya waktu. Pada proses filtrasi dengan memberikan tekanan 3 psi (20689,656 Pa) menggunakan sistem dead end didapatkan nilai fluks air yang lebih tinggi daripada filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow. Hal ini dikarenakan pada proses filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow terjadi penyerapan terlebih dahulu sehingga grafik yang terlihat adalah naik beberapa saat kemudian akhirnya terjadi penurunan, sedangkan pada sistem dead end nilai fluks air langsung menurun sejalan dengan bertambahnya waktu. Dengan penurunan nilai fluks air ini menunjukkan adanya peristiwa fouling dalam proses filtrasi membran. Selain itu fouling dapat terlihat dari perubahan karakteristik fisik membran yang bertambah massanya dari sebelum filtrasi 0,0697 gram menjadi 0,2533 gram setelah filtrasi. Fouling terjadi akibat adanya akumulasi molekul-molekul air sungai pada permukaan membran dan sebagian terjebak masuk ke dalam pori-pori membran. Peristiwa fouling yang terjadi mengakibatkan terhambatnya

9

aliran umpan yang melewati membran dengan kata lain jumlah permeate yang dihasilkan semakin berkurang dengan bertambahnya waktu filtrasi.

Karakterisasi Air Sungai Kekeruhan Kekeruhan merupakan banyaknya partikel bahan yang tersuspensi pada suatu larutan atau zat. Nilai yang menunjukkan kekeruhan didasarkan pada adanya bahan yang tersuspensi pada jalannya sinar melalui larutan. Gambar 7 menunjukkan hasil pengukuran kekeruhan air sungai sebelum dan setelah filtrasi dengan variasi tekanan yang berbeda selama 45 menit. Pada filtrasi dengan perlakuan variasi tekanan menggunakan alat penyaring cross flow air sungai yang telah disaring mengalami penurunan kekeruhan yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan alat penyaring dead end.

Sebelum Cross flow Dead end

penyaring dead end penurunan kekeruhannya sebesar 71,92%. Pada filtrasi dengan perlakuan tekanan 8 psi (55172,416 Pa) menggunakan alat penyaring cross flow penurunan kekeruhannya sebesar 92,53%. Sedangkan filtrasi pada alat penyaring dead end penurunan kekeruhannya sebesar 81,49%. Nilai kekeruhan air setelah proses filtrasi mengalami penurunan yang cukup baik karena nilai ini berada di bawah batas ambang kekeruhan yang diperbolehkan. Batas maksimal nilai kekeruhan yang ditetapkan pada keputusan menteri kesehatan RI No:907/MENKES/VII/2002 untuk air bersih sebesar 5 NTU. Pada filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow didapatkan nilai kekeruhan yang lebih tinggi penurunannya. Hal ini karena pada filtrasi sistem cross flow, umpan mengalir sejajar tehadap membran sehingga komponen yang tertahan di atas permukaan membran dibersihkan kembali oleh aliran umpan tersebut. Hasil permeate pada sistem cross flow lebih jernih dibandingkan dengan hasil filtrasi dengan sistem dead end. Secara keseluruhan air sungai yang telah mengalami proses filtrasi terjadi penurunan kekeruhan yang diakibatkan oleh tidak terlewatnya koloid, partikel, ataupun padatan-padatan pada proses penyaringan air sungai, sehingga air sungai hasil filtrasi memiliki suspensi partikel yang rendah.

Kerapatan

Gambar 7 Hubungan kekeruhan dan variasi tekanan penyaringan menggunakan sistem cross flow dan dead end. Hal ini terjadi karena pada sistem aliran dead end, larutan umpan dialirkan secara tegak lurus terhadap membran sehingga memaksa umpan untuk melewati membran dan mengakibatkan hasil permeate tidak tersaring secara sempurna. Pada filtrasi dengan perlakuan tekanan 3 psi (20689,656 Pa) menggunakan alat penyaring cross flow penurunan kekeruhannya sebesar 89,94%. Sedangkan filtrasi pada alat penyaring dead end penurunan kekeruhannya sebesar 63,47%. Pada filtrasi dengan perlakuan tekanan 5 psi (34482,760 Pa) menggunakan alat penyaring cross flow penurunan kekeruhannya sebesar 89,44%. Sedangkan filtrasi pada alat

Pengukuran kerapatan air sungai dilakukan pada air sungai sebelum dan setelah filtrasi selama 45 menit. Hasil pengukuran kerapatan air sungai yang tercemar limbah industri dan rumah tangga ditunjukkan pada Gambar 8.

Sebelum Cross flow Dead end

Tekanan (psi)

Gambar 8 Hubungan kerapatan dan variasi tekanan filtrasi menggunakan sistem cross flow dan dead end.

10

Dari tampilan Gambar 8 terlihat bahwa kerapatan air sungai sebelum dan setelah mengalami proses filtrasi memiliki nilai kerapatan yang berbeda-beda. Dari hasil perhitungan diperoleh data persentase perubahan nilai kerapatan air sungai sangat kecil. Nilai kerapatan sebelum mengalami filtrasi yaitu sebesar 1,02078 g/ml. Pada proses penyaringan dengan menggunakan alat penyaring cross flow penurunan kerapatan rata-rata air sungai didapatkan nilai sebesar 1,02052 g/ml . Sedangkan pada proses penyaringan air sungai dengan menggunakan alat penyaring dead end didapatkan nilai penurunan kerapatan air sungai rata-rata sebesar 1,02037 g/ml. Nilai kerapatan air setelah proses filtrasi mengalami penurunan yang sangat sedikit, maka air setelah filtrasi belum bisa dikategorikan sebagai air bersih karena nilai kerapatan air bersih adalah sebesar 1,02012 g/ml. Secara keseluruhan air sungai yang telah mengalami proses filtrasi mengalami penurunan nilai kerapatan yang disebabkan oleh berkurangnya nilai koloid ataupun partikel, yang terdapat pada air sungai setelah penyaringan. Koloid, maupun partikel-partikel dengan ukuran lebih besar dari ukuran jari-jari pori membran tidak mampu melewati membran.

Kekentalan Kekentalan merupakan salah satu sifat fisik suatu bahan. Hasil pengukuran kekentalan air sungai ditunjukkan pada Gambar 9. Sebelum Cross flow Dead end

Gambar 9 Hubungan kekentalan dan variasi tekanan filtrasi menggunakan sistem cross flow dan dead end. Gambar 9 ini menunjukkan kekentalan air sungai dari keenam proses filtrasi dengan variasi tekanan yang berbeda

selama 45 menit. Kekentalan air sungai sebelum dengan setelah filtrasi mengalami sedikit perubahan. Pada proses filtrasi dengan menggunakan alat penyaring cross flow persentase penurunan kekentalan rata-rata air sungai didapatkan nilai sebesar 6,233 %. Begitu pula pada proses filtrasi air sungai dengan menggunakan alat penyaring dead end didapatkan nilai persentase penurunan kekentalan rata-rata sebesar 7,533 %. Secara keseluruhan air sungai yang telah mengalami proses filtrasi dibandingkan dengan air sungai yang belum mengalami filtrasi terjadi penurunan kekentalan. Hal tersebut disebabkan oleh berkurangnya nilai koloid ataupun partikel yang terdapat pada air sungai setelah penyaringan.

Tingkat keasaman (pH) pH merupakan istilah yang digunakan untuk menyatakan intensitas keadaan asam atau basa suatu larutan. Pada air sungai sebelum dan setelah penyaringan diperoleh nilai pH seperti yang terdapat pada Gambar 10. Sebelum Cross flow Dead end

Gambar 10 Hubungan pH dan variasi tekanan filtrasi menggunakan sistem cross flow dan dead end. Gambar di atas menunjukkan pH air sungai dari ke enam proses filtrasi dengan perlakuan berbeda. Derajat keasaman atau kebasaan air sungai sebelum dan sesudah filtrasi mengalami sedikit perubahan. Pada proses filtrasi dengan menggunakan alat penyaring cross flow persentase penurunan pH rata-rata air sungai didapatkan nilai sebesar 2,39% yaitu 7,62. Sedangkan pada proses filtrasi air sungai dengan menggunakan alat penyaring dead end didapatkan nilai persentase penurunan pH rata-rata sebesar 4,74% yaitu 7,44. Jika dibandingkan dengan pH air bersih yaitu 7

11

(netral) maka air sungai setelah filtrasi sedikit mendekati kategori air bersih.

Uji warna dan bau Hasil analisis menunjukkan bahwa warna dan bau dipengaruhi oleh faktor komposisi yaitu koloid, padatan, serta partikel-partikel yang terdapat pada air sungai. Perubahan warna yang terjadi pada air sungai sebelum dan setelah filtrasi dapat dilihat pada Lampiran 2. Perubahan warna tersebut disebabkan oleh faktor komposisi padatan yang terdapat pada air sungai. Setelah dilakukan filtrasi, air sungai yang semula keruh mengalami perubahan warna menjadi bening. Begitu pula dengan bau yang terhirup. Sebelum dilakukan filtrasi, bau air sungai sangat menyengat namun setelah mengalami filtrasi bau air sungai sedikit menurun.

variasi tekanan dan parameter fisik yang diuji lebih diperbanyak. Selain itu pada tahap pra penyaringan disarankan menggunakan kain kassa yang telah diketahui ukuran porinya. Perlu dilakukan uji sifat kimia untuk mengetahui kandungan organik pada hasil filtrasi.

DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3.

4.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Hasil permeate pada filtrasi air sungai dengan variasi tekanan 3 psi (20689,656 Pa), 5 psi (34482,760 Pa), dan 8 psi (55172,416 Pa) pada sistem penyaring cross flow masing-masing 6,8 ml; 6,8 ml; 22,9 ml. Sedangkan pada sistem penyaring dead end masing-masing 6,8 ml; 10,9 ml; 14 ml. Filtrasi pada sistem cross flow dengan tekanan 8 psi memiliki nilai fluks membran yang paling tinggi, nilai fluks membran menurun sejalan dengan bertambahnya waktu filtrasi. 2. Nilai kekeruhan, kerapatan, dan kekentalan air sungai setelah filtrasi dengan tekanan 8 psi menggunakan sistem cross flow masing-masing 1,53 NTU; 1,02011 g/ml; & 0,01426 poise lebih baik dibandingkan dengan filtrasi sistem dead end masing-masing 3,8 NTU; 1,02025 g/ml; & 0,01435 poise. Sedangkan nilai pH air sungai setelah filtrasi dengan tekanan 8 psi menggunakan sistem cross flow adalah 7,71 lebih buruk dibandingkan dengan filtrasi sistem dead end 7,55. 3. Air sungai yang telah mengalami filtrasi dengan menggunakan membran selulosa asetat masih belum memenuhi kriteria air bersih yaitu kekeruhan 5 NTU; kerapatan 1,02012 g/ml; dan pH 7.

Saran Untuk mendapatkan hasil penelitian yang lebih maksimal sebaiknya dilakukan

5.

6. 7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

Sugiharto. 1987. “Dasar-Dasar Pengolahan Air Limbah”. Universitas Indonesia (UI-Press): Jakarta Metcalf dan Eddy. 1991. “Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse”. 3th ed. McGraw-Hill Book Co: Singapore Mulder, M. 1996. Basic Principles Of Membran Technology. Kluwer Academic Publisher: Netherland Lutfi, A. “ Sumber dan bahan pencemar air”. Web. 12 Maret 2009. Web. 23 Oktober 2010. http://www.Chem-Is-Try.org_Situs Kimia Indonesia_.htm Hartomo, A.J & M.C. Widiatmoko. 1994. Teknologi Membran Pemurnian Air. Andi Offset: Yogyakarta Saeni, MS. 1989. Kimia Lingkungan. PAU Ilmu Hayat IPB: Bogor Kurniawan, A. 2002. Pengaruh fouling terhadap konduktansi listrik pada proses filtrasi membran polisulfon [Skripsi]. Departemen Fisika. IPB. Bogor. Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid ke-1. Erlangga: Bogor Huriawati, F. 2006. Kajian filtrasi sari buah nanas dengan menggunakan membran selulosa asetat [Skripsi]. Departemen Fisika. IPB. Bogor Damayanti, D. 2005. Kajian pemurnian larutan gula kasar (raw sugar) menggunakan membran filtrasi dengan sistem aliran silang (cross flow) [Skripsi]. Fateta. IPB. Bogor Giancoli, D. 1996. Fisika. Ed. Ke-4. Cuk Imawan. Penerjemah. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari : Physics Zemansky, M.W, Dittman R.H. 1986. Kalor dan Thermodinamika. The How Liong, penerjemah. 10 Bandung Muchtadi, D. 1989. Evaluasi Nilai Gizi Pangan. Bogor: Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi. IPB

LAMPIRAN

13

Lampiran 1 Diagram alur penelitian

Mulai

Penyediaan alat dan bahan

Pembuatan membran selulosa asetat Pengambilan air baku di sungai Harapan Jaya, Bekasi Utara

Analisis air sebelum filtrasi meliputi: Tingkat kejernihan, massa jenis, viskositas, dan pH

Proses filtrasi dengan membran selulosa asetat

Analisis air limbah setelah filtrasi

Pengolahan data

Penyusunan laporan penelitian

Selesai

14

Lampiran 2 Gambar hasil filtrasi air sungai 

Filtrasi dengan menggunakan sistem cross flow dan dead end pada tekanan 3 psi (20689,656 Pa).







15

Lampiran 3 Alat yang digunakan pada penelitian 





Alat filtrasi sistem cross flow dan dead end 

pH meter



Viskometer bola jatuh (Gilmont)

2100P portable turbidimeter

Piknometer 10 ml

16

Lampiran 4 Data uji fluks air dengan tekanan 3 psi pada cross flow Waktu

Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,2 0,5 0,8 1,0 1,1 1,2 1,4 1,4 1,6 1,7 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,9 3,0 3,1 3,3 3,4 3,6 3,8 3,9 4,1 4,2 4,4 4,5 4,6 4,8 4,9 5,1 5,2 5,4 5,5 5,7 5,8 6,0 6,1 6,2 6,4 6,5 6,7 6,8

Volume permeate (liter) 0,0002 0,0005 0,0008 0,0010 0,0011 0,0012 0,0014 0,0014 0,0016 0,0017 0,0019 0,0020 0,0022 0,0023 0,0024 0,0026 0,0027 0,0029 0,0030 0,0031 0,0033 0,0034 0,0036 0,0038 0,0039 0,0041 0,0042 0,0044 0,0045 0,0046 0,0048 0,0049 0,0051 0,0052 0,0054 0,0055 0,0057 0,0058 0,0060 0,0061 0,0062 0,0064 0,0065 0,0067 0,0068

Luas membran (m2) 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056

Fluks (L/m2s) 0,0005952 0,0007440 0,0007937 0,0007440 0,0006548 0,0005952 0,0005952 0,0005208 0,0005291 0,0005060 0,0005141 0,0004960 0,0005037 0,0004889 0,0004762 0,0004836 0,0004727 0,0004795 0,0004699 0,0004613 0,0004677 0,0004600 0,0004658 0,0004712 0,0004643 0,0004693 0,0004630 0,0004677 0,0004618 0,0004563 0,0004608 0,0004557 0,0004600 0,0004552 0,0004592 0,0004547 0,0004585 0,0004543 0,0004579 0,0004539 0,0004501 0,0004535 0,0004499 0,0004532 0,0004497

17


Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,7 1,8 2,2 2,5 2,8 2,9 3,2 3,5 3,8 4,2 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,8 5,9 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8


Luas membran (m2) 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056

Fluks (L/m2s) 0,0011905 0,0007440 0,0005952 0,0005208 0,0004762 0,0004464 0,0004677 0,0004464 0,0004299 0,0004167 0,0004329 0,0004216 0,0004121 0,0004677 0,0004960 0,0005208 0,0005077 0,0005291 0,0005482 0,0005655 0,0005952 0,0005952 0,0005823 0,0005704 0,0005595 0,0005495 0,0005401 0,0005315 0,0005234 0,0005159 0,0005088 0,0005022 0,0004960 0,0004902 0,0004932 0,0004878 0,0004826 0,0004778 0,0004731 0,0004688 0,0004646 0,0004606 0,0004568 0,0004532 0,0004497

18


Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,8 1,5 2,1 2,6 3,1 3,6 4,2 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8 7,4 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,6 11,2 11,8 12,4 13,1 13,8 14,3 14,8 15,2 15,5 15,9 16,2 16,6 17,0 17,4 17,9 18,4 18,8 19,3 19,7 20,2 20,6 21,0 21,5 21,9 22,5 22,9


Luas membran (m2) 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056

Fluks (L/m2s) 0,002381 0,002232 0,002083 0,001935 0,001845 0,001786 0,001786 0,001786 0,001753 0,001726 0,001705 0,001687 0,001694 0,001701 0,001687 0,001674 0,001663 0,001653 0,001660 0,001667 0,001672 0,001677 0,001695 0,001711 0,001702 0,001694 0,001675 0,001648 0,001632 0,001607 0,001594 0,001581 0,001569 0,001567 0,001565 0,001554 0,001552 0,001543 0,001542 0,001533 0,001524 0,001524 0,001516 0,001522 0,001515

19

Lampiran 7 Data uji fluks air dengan tekanan 3 psi pada dead end Waktu

Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,5 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,4 1,4 1,6 1,7 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,9 3,0 3,1 3,3 3,4 3,6 3,8 3,9 4,1 4,2 4,4 4,5 4,6 4,8 4,9 5,1 5,2 5,4 5,5 5,7 5,8 6,0 6,1 6,2 6,4 6,5 6,7 6,8


Luas membran (m2) 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008

Fluks (L/m2s) 0,010417 0,008333 0,006250 0,005208 0,004583 0,004167 0,004167 0,003646 0,003704 0,003542 0,003598 0,003472 0,003526 0,003423 0,003333 0,003385 0,003309 0,003356 0,003289 0,003229 0,003274 0,003220 0,003261 0,003299 0,003250 0,003285 0,003241 0,003274 0,003233 0,003194 0,003226 0,003190 0,003220 0,003186 0,003214 0,003183 0,003209 0,003180 0,003205 0,003177 0,003150 0,003175 0,003149 0,003172 0,003148

20


Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,6 1,8 1,9 2,1 2,2 2,5 2,8 3,0 3,3 3,5 3,8 4,2 4,5 4,6 4,8 5,1 5,3 5,7 6,0 6,3 6,5 6,8 7,1 7,3 7,5 7,8 8,1 8,4 8,5 8,8 9,0 9,4 9,7 9,9 10,0 10,2 10,5 10,8 10,9


Luas membran (m2) 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008

Fluks (L/m2s) 0,010417 0,008333 0,006944 0,006250 0,005833 0,005556 0,004762 0,004688 0,004398 0,004375 0,004167 0,004340 0,004487 0,004464 0,004583 0,004557 0,004657 0,004861 0,004934 0,004792 0,004762 0,004830 0,004801 0,004948 0,005000 0,005048 0,005015 0,005060 0,005101 0,005069 0,005040 0,005078 0,005114 0,005147 0,005060 0,005093 0,005068 0,005154 0,005182 0,005156 0,005081 0,005060 0,005087 0,005114 0,005046

21


Permeate

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700

0,3 0,5 0,7 0,9 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 2,8 3,1 3,4 3,6 4,0 4,4 4,7 5,0 5,4 5,7 6,0 6,4 6,7 7,0 7,4 7,6 8,0 8,3 8,6 9,0 9,2 9,5 9,9 10,4 10,9 11,1 11,3 11,7 11,8 12,1 12,5 12,8 13,1 13,3 13,6 14,0


Luas membran (m2) 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008

Fluks (L/m2s) 0,006250 0,005208 0,004861 0,004688 0,005000 0,004861 0,004762 0,004688 0,005093 0,005833 0,005871 0,005903 0,005769 0,005952 0,006111 0,006120 0,006127 0,006250 0,006250 0,006250 0,006349 0,006345 0,006341 0,006424 0,006333 0,006410 0,006404 0,006399 0,006466 0,006389 0,006384 0,006445 0,006566 0,006679 0,006607 0,006539 0,006588 0,006469 0,006464 0,006510 0,006504 0,006498 0,006444 0,006439 0,006481

22

Lampiran 10 Data nilai kekeruhan, kerapatan, kekentalan, dan pH air sungai sebelum dan setelah filtrasi Sistem filtrasi Dead end Rataan Cross flow Rataan Umpan Keterangan:

Kekeruhan (NTU) Variasi tekanan 3 psi 5 psi 8 psi 7,700 5,800 3,900 7,300 5,800 3,700 7,500 5,700 3,800 7,500 5,767 3,800 2,200 2,200 1,600 2,000 2,100 1,400 2,000 2,200 1,600 2,067 2,167 1,530 20,53

Kerapatan (g/ml) Variasi tekanan 3 psi 5 psi 8 psi 1,02039 1,02049 1,02047 1,02043 1,02047 1,02044 1,02041 1,02045 1,02044 1,02041 1,02047 1,02045 1,02077 1,02069 1,02011 1,02080 1,02072 1,02010 1,02074 1,02069 1,02012 1,02077 1,02070 1,02011 1,02078

nilai yang memenuhi kriteria air bersih

Kekentalan (poise) Variasi tekanan 3 psi 5 psi 8 psi 0,01410 0,01428 0,01490 0,01454 0,01414 0,01459 0,01419 0,01437 0,01357 0,01428 0,01426 0,01435 0,01388 0,01428 0,01450 0,01432 0,01445 0,01468 0,01472 0,01410 0,01361 0,01431 0,01428 0,01426 0,01544

Tingkat keasaman (pH) Variasi tekanan 3 psi 5 psi 8 psi 7,24 7,50 7,39 7,26 7,41 7,66 7,21 7,69 7,60 7,24 7,53 7,55 7,73 7,53 7,76 7,67 7,56 7,69 7,49 7,51 7,68 7,63 7,53 7,71 7,81

KAJIAN APLIKASI MEMBRAN SELULOSA ASETAT PADA PROSES FILTRASI AIR SUNGAI YANG TERCEMAR LIMBAH INDUSTRI DAN RUMAH TANGGA FITRIA NISAUL HAKIM

Recommend Documents