PEMISAHAN LIMBAH CAIR KROM HASIL PENYAMAKAN KULIT DENGAN METODE POLYMER ENHANCED ULTRAFILTRATION (PEUF) MENGGUNAKAN CARBOXY METHYL CELLULOSE SEBAGAI BAHAN PENGOMPLEKS
Separation of Chrome Liquid Waste from Tannery with Polymer Enhanced Ultrafiltration (PEUF) Method Using Carboxy Methyl Cellulose as a Complexing Agent
TUGAS AKHIR
OLEH ALLIFA ZAMZAM HENDRA EFRIANA WIBOWO
NIM. 091411004 NIM. 091411079
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012
PEMISAHAN LIMBAH CAIR KROM HASIL PENYAMAKAN KULIT DENGAN METODE POLYMER ENHANCED ULTRAFILTRATION (PEUF) MENGGUNAKAN CARBOXY METHYL CELLULOSE SEBAGAI BAHAN PENGOMPLEKS
Separation Chromium Liquid Waste from Tannery with Polymer Enhanced Ultrafiltration (PEUF) Method Using Carboxy Methyl Celloulse as a Complexing Agent
TUGAS AKHIR Laporan ini diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Kimia
Oleh Allifa Zamzam Hendra Efriana Wibowo
NIM. 091411004 NIM. 091411079
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012
PEMISAHAN LIMBAH CAIR KROM HASIL PENYAMAKAN KULIT DENGAN METODE POLYMER ENHANCED ULTRAFILTRATION (PEUF) MENGGUNAKAN CARBOXY METHYL CELLULOSE SEBAGAI BAHAN PENGOMPLEKS
Penyusun : 1. Allifa Zamzam
NIM. 091411004
2. Hendra Efriana W
NIM. 091411079
Penguji : Ketua Anggota
: Ir. Heriyanto, MT. : Dr. Ir. Ahmad Rifandi, MSc. : Riniati, SPd., Msi.
Tugas akhir ini disidangkan pada tanggal 09 Juli 2012 dan disahkan sesuai dengan ketentuan
Pembimbing I
Pembimbing II
(Haryadi, M,Sc., Ph.D)
(Iwan Ridwan, ST. MT.)
NIP. 1964052 1199512 1 001
NIP. 19770714 200604 1 001
Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung
(Ir. Dwi Nirwantoro Nur, M.Sc) NIP. 19560831 198811 1 001
ABSTRAK
Salah satu jenis logam yang berbahaya bagi manusia dan lingkungan adalah logam krom yang dihasilkan oleh industri penyamakan kulit di Sukaregang, Garut. Cara yang dapat digunakan untuk menangani masalah limbah krom di Sukaregang, Garut adalah dengan memanfaatkan pemisahan logam menggunakan teknologi membran ultrafiltrasi. Ion logam memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan ukuran pori-pori membran ultrafiltrasi. Oleh karena itu, diperlukan penambahan bahan pengompleks yang bertujuan untuk memperbesar ukuran molekul dari ion logam sehingga molekul logam akan tertahan di dalam membran. Bahan pengompleks yang digunakan untuk memisahkan limbah cairan yang mengandung krom dari industri penyamakan kulit di Sukaregang, Garut yaitu Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dan disebut dengan metoda Polymer Enhanced Ultrafiltration. Penelitian proses pemisahan logam krom ini bertujuan untuk mengetahui variabel yang berpengaruh terhadap pemisahan logam krom dengan metoda tersebut. Variabel yang ditentukan adalah rasio CMC/logam terhadap koefisien rejeksi dengan variasi 10,000; 30,000; 70,000; dan 100,000; konsentrasi logam dengan kadar CMC tetap terhadap koefisien rejeksi dan pengaruh fluks terhadap koefisien rejeksi logam krom. Koefisien rejeksi maksimum pada rasio CMC/logam adalah 100,000 dengan koefisien rejeksi 86,323%. Variasi konsentrasi logam yang dilakukan adalah 6,500; 19,700; 33,000 dan 41,700 mg/L. Koefisien rejeksi terbesar terdapat pada konsentrasi logam terkecil, 6,500 mg/L dengan koefisien rejeksi 85,304%. Variasi fluks yang dilakukan adalah, 2,360; 14,040; 27,380; 38,140 dan 53,250 L/m2.jam. Dari percobaan yang dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa koefisien rejeksi terbesar terdapat pada nilai fluks terendah 2,358 L/m2.jam dengan koefisien rejeksi 98,355. Secara umum, efisiensi rejeksi ion logam krom dengan metode Polymer Enhanced Ultrafiltration berada dalam rentang 40 sampai 98%.
Kata kunci: logam krom, CMC, ultrafiltrasi, rejeksi
ABSTRACT
One type of metal that is harmful to humans and the environment are chrome metal generated by the leather tanning industry in Sukaregang, Garut. One way to handle the chrome waste in Sukaregang, Garut is to utilize metal separation using ultrafiltration membrane technology. Metal ions have smaller size than the pore size of ultrafiltration membranes. Therefore, it is required the addition of complexing materials to increase the size of the molecules of the metal ion so that the molecules of the metal will be captured on the membrane. Complexing material that is used to separate the liquid wastes containing chrome metal from leather tanning industry in Sukaregang, Garut is Carboxy Methyl Cellulose (CMC) and referred to the method of Polymer Enhanced Ultrafiltration. The aims of this research is to determine the variable that can affect chrome separation process using Polymer Enhanced Ultrafiltration. The variable that are determined is the CMC/metal ratio against the rejection coefficient with variation of 10,000; 30,000; 70,000; and 100,000; the influence of higher levels of metal concentration CMC against rejection coefficient, and the influence of flux against rejection coefficient of chrome metal. The maximum rejection coefficient on the CMC/metal ratio is 100,000 with 86,323% rejection. Variations of metal concentrations are 6,500; 19,700; 33,000 and 41,700 respectively. The largest rejection coefficient from variations of metal concentration found in the smallest chrome metal concentration, 6,500 mg / L, with 85,304% rejection. Flux variations are carried out by 2,360; 14,040; 27,380; 38,140 dan 53,250 L/m2.h. From the experiments conducted, it can be concluded that the greatest rejection coefficient found on the lowest flux, 2,360 L/m2.h. In general, the efficiency of chrome metal ion rejection by the method of Polymer Enhanced Ultrafiltration is in the range of 40 to 98%. Keywords: chrome metal, CMC, ultrafiltration, rejection
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan
hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas ini dengan
baik dan tepat waktu. Shalawat serta salam semoga tetap berlimpah curah kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan umatnya hingga akhir zaman.
Penyamakan
Kulit
dengan
Metode
Polymer
Enhanced
Ultrafiltration
menggunakan Carboxy Methyl Cellulose sebagai Bahan Pengompleks ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Program Diploma III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Tidak sedikit rintangan dan hambatan yang kami hadapi dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Namun, berkat bantuan, dukungan, saran dan kerja sama dari berbagai pihak akhirnya kami mampu melewati rintangan dan hambatan tersebut. Oleh karena itu, pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Haryadi, M.Sc., Ph.D dan Bapak Iwan Ridwan, ST. MT. selaku pembimbing tugas akhir. 2. Bapak Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT. selaku ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 3. Bapak Rispiandi, MT selaku koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 4. Ibu Ari Marlina, selaku ketua laboratorium penelitian dan analitik Jurusan Teknik Kimia. 5. Ibu Eti, Ibu Nina dan Bapak Anot, yang telah membantu kami dengan memberi kemudahan dalam mendapatkan fasilitas untuk menunjang tugas akhir. 6. Kedua orang tua kami yang telah memberi dorongan moral maupun spiritual. 7. Seluruh rekan Teknik Kimia Polban yang telah memeberi motivasi.
8. Serta semua rekan rekan yang turut membantu dan memberikan masukan
di dalam penyusunan tugas akhir ini. Kami menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini masih
banyak kekurangan, Oleh sebab itu kami harapkan saran dan masukan guna
penyempurnaan laporan ini, penyusun akan menerima dengan senang hati.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kami maupun pihak
yang membutuhkannya.
Bandung, Juli 2012
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN DEPAN HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ......................................................................................................... i ABSTRAK ......................................................................................................................... iii ABSTRACT ...................................................................................................................... iv DAFTAR ISI ...................................................................................................................... v DAFTAR TABEL............................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................................................... 1 1.2 Tujuan Penelitian.................................................................................................... 3 1.3 Ruang Lingkup Masalah ........................................................................................ 3 1.4 Tahapan Percobaan ................................................................................................ 4 1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ........................................................................ 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Krom....................................................................................................................... 5 2.1.1 Sifat Krom ......................................................................................................... 5 2.1.2 Senyawa Krom................................................................................................... 6 2.2 Teknologi Membran ............................................................................................... 6 2.2.1 Proses Pembentukan Fouling pada Membran .................................................... 7 2.2.2 Teknologi Membran berdasarkan Morfologi ..................................................... 8 2.2.3 Berdasarkan Struktur dan Prinsip Pemisahan .................................................... 9 2.2.4 Jenis-jenis Membran Proses............................................................................. 11 2.2.5 Modul Membran .............................................................................................. 13 2.2.6 Kinerja Membran ............................................................................................. 15 2.3 Pemisahan Ion Logam .......................................................................................... 17 2.4 CMC (Carboxy Methyl Cellulose) ....................................................................... 19 2.5 Karakteristik Limbah Cair dari Industri Penyamakan Kulit................................. 21 BAB III METODOLOGI 3.1 Tahap Persiapan ................................................................................................... 25 3.2 Tahap Pemisahan Logam Krom ........................................................................... 25 3.2.1 Analisis Awal................................................................................................... 26 3.2.2 Pelarutan CMC dengan Limbah Cair yang Mengandung Krom...................... 26 3.2.3 Proses Ultrafiltrasi ........................................................................................... 26 3.2.4 Analisis Produk................................................................................................ 26 3.3 Prosedur Kerja ...................................................................................................... 28 3.3.1 Perangkaian Alat Kerja .................................................................................... 29 3.3.1.1 Pemasangan Pompa dengan Membran .................................................... 29 3.3.1.2 Kalibrasi Pompa ....................................................................................... 29 3.3.2 Variasi Kondisi Operasi Pemisahan Logam Krom .......................................... 30 3.3.2.1 Variasi Rasio CMC/Logam terhadap Koefisien Rejeksi ......................... 30 3.3.2.2 Variasi Konsentrasi Logam terhadap Koefisien Rejeksi ......................... 30 3.3.2.3 Variasi Fluks terhadap Koefisien Rejeksi ................................................ 30 3.4 Pengolahan Data ................................................................................................... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Spesifikasi Membran ............................................................................................ 33 4.2 Kompleksitasi CMC dengan Ion Logam .............................................................. 34 4.3 Pengaruh Rasio CMC dengan Konsentrasi Logam terhadap Koefisien Rejeksi .. 34 4.4 Pengaruh Konsentrasi Logam terhadap Koefisien Rejeksi dengan Penambahan CMC Tetap .......................................................................................................... 35 4.5 Pengaruh Variasi Fluks terhadap Koefisien Rejeksi Logam Krom ...................... 37 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan............................................................................................................... 39 5.2 Saran ..................................................................................................................... 39 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Tabel 2.1 Beban Limbah Cair Industri Penyamakan Kulit ........................................ 24 Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Penyamakan Kulit ..................... 24 Tabel 4.1 Spesifikasi Membran Ultrafiltrasi ............................................................. 33
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Filtrasi jenis dead end (b) Filtrasi jenis cross flow .................................... 6 Gambar 2.2 Mekanisme Pembentukan Fouling pada Membran (a) Pore narrowing (b) pore plugging (c) lapisan gel ................................................... 8 Gambar 2.3 Morfologi membran (a) simetrik (b) asimetrik ............................................... 9 Gambar 2.4 Pemisahan Membran ..................................................................................... 10 Gambar 2.5 Skema Modul Spiral Wound ......................................................................... 13 Gambar 2.6 Skema Modul Tubular .................................................................................. 14 Gambar 2.7 Skematik Modul Kapiler (a) inside out (b) outside in................................... 14 Gambar 2.8 Reverse Osmosis ........................................................................................... 15 Gambar 2.9 (a) Struktur Surfaktan (b) Proses MEUF ...................................................... 17 Gambar 2.10 Proses PEUF ............................................................................................... 18 Gambar 2.11 Struktur Karboksi Metil Selulosa ................................................................ 20 Gambar 2.12 Reaksi Alkalisasi Pertama ........................................................................... 21 Gambar 2.13 Reaksi Alkalisasi Kedua ............................................................................. 21 Gambar 3.1 Diagram alir percobaan pemisahan ion logam dengan variasi rasio CMC terhadap konsentrasi ion logam ...................................... 27 Gambar 3.2 Diagram alir pembersihan membran ultrafiltrasi .......................................... 28 Gambar 3.3 Rangkaian alat kerja ...................................................................................... 29 Gambar 4.1 Pengaruh Rasio CMC dengan Logam terhadap koefisien Rejeksi .......................................................................................................... 35 Gambar 4.2 Variasi konsentrasi terhadap koefisien rejeksi .............................................. 36 Gambar 4.3 Pengaruh fluks terhadap koefisien rejeksi..................................................... 37
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN Tabel A.1 Bukaan Valve terhadap Laju Permeat dengan Media Air ........................A.1 Gambar A.1 Permeat terhadap Bukaan Valve...........................................................A.1 Tabel A.2 Pengukuran Larutan Standar Cr ...............................................................A.2 Gambar A.2 Retentat terhadap Bukaan Valve ..........................................................A.2 Tabel A.3 Pengaruh Rasio CMC/Logam terhadap Koefisien Rejeksi ......................A.3 Gambar A.3 Kurva Kalibrasi Cr................................................................................A.2 Tabel A.4 Pengaruh Konsentrasi Logam terhadap Koefisien Rejeksi dengan penambahan CMC Tetap .............................................................A.3 Tabel A.5 Pengaruh Variasi Fluks terhadap Koefisien Rejeksi ................................A.3 LAMPIRAN B PERHITUNGAN DATA Perhitungan Koefisien Rejeksi Variasi Rasio CMC/logam....................................... B.1 Perhitungan Koefisien Rejeksi Variasi Konsentrasi Logam ..................................... B.1 Perhitungan Fluks ...................................................................................................... B.2 Perhitungan Koefisien Rejeksi Variasi Fluks ............................................................ B.2 Perhitungan Permeabilitas Variasi Fluks .................................................................. B.3 LAMPIRAN C PROSEDUR KERJA Gambar C.1 Diagram Alir percobaan pemisahan ion logam dengan variasi rasio CMC terhadap konsentrasi ion logam ........................................ C.1 Gambar C.2 Diagram Alir percobaan pengaruh persentase rejeksi terhadap konsentrasi ion logam ............................................................................ C.2 Gambar C. 3 Diagram Alir percobaan pengaruh fluks terhadap persentase rejeksi ion logam ................................................................................ C.3 LAMPIRAN D ALAT DAN BAHAN Tabel D.1 Alat yang digunakan .................................................................................D.1 Tabel D.2 Bahan yang digunakan .............................................................................D.2 Gambar D.1 Spesifikasi Membran yang digunakan ..................................................D.3 LAMPIRAN E GAMBAR PADA PENELITIAN Gambar E.1 Permeat C 25 mg/L CMC 0 .................................................................. E.1 Gambar E.2 Permeat C 25 mg/L CMC 10 ................................................................ E.1 Gambar E.3 Permeat C 25 mg/L CMC 20 ................................................................ E.1 Gambar E.4 Permeat C 25 mg/L CMC 30 ................................................................ E.1 Gambar E.5 Permeat C 25 mg/L CMC 40 ................................................................ E.1 Gambar E.6 Permeat C 25 mg/L CMC 50 ................................................................ E.1 Gambar E.7 Permeat C 25 mg/L CMC 60 ................................................................ E.2 Gambar E.8 Permeat C 25 mg/L CMC 70 ................................................................ E.2 Gambar E.9 Permeat C 25 mg/L CMC 80 ................................................................ E.2 Gambar E.10 Permeat C 25 mg/L CMC 90 .............................................................. E.2 Gambar E.11 Permeat C 25 mg/L CMC 100 ............................................................ E.2 Gambar E.12 Permeat C 25 mg/L CMC 200 ............................................................ E.2 Gambar E.13 Permeat C 35 mg/L CMC 0 ................................................................ E.3 Gambar E.14 Permeat C 35 mg/L CMC/Logam 28.571 ........................................... E.3 Gambar E.15 Permeat C 45 mg/L CMC/Logam 13.333 ........................................... E.3 Gambar E.16 Permeat C 55 mg/L CMC/Logam 18.182 ........................................... E.3 Gambar E.17 Permeat C 65 mg/L CMC 0 ................................................................ E.3
Gambar E.18 Permeat C 65 mg/L CMC/Logam 15.385 ........................................... E.3 Gambar E.19 Permeat C 95 mg/L CMC 0 ................................................................ E.4 Gambar E.20 Permeat C 95 mg/L CMC/Logam 10.526 ........................................... E.4 Gambar E.21 Permeat C 95 mg/L CMC/Logam 11.765 ........................................... E.4 Gambar E.22 Permeat C 95 mg/L CMC/Logam 60 .................................................. E.4 Gambar E.23 Permeat C 95 mg/L CMC/Logam 120 ................................................ E.4 Gambar E.24 Permeat C 600 mg/L CMC 0 .............................................................. E.4 Gambar E.25 Permeat C 600 mg/L CMC 31 ............................................................ E.5 Gambar E.26 Umpan C 25 mg/L CMC 0 .................................................................. E.5 Gambar E.27 Umpan C 600 mg/L CMC 0 ................................................................ E.5 Gambar E.28 Rangkaian Alat .................................................................................... E.6 Gambar E.14 Rangkaian Alat Tampak Samping ...................................................... E.6 Gambar E.30 Ball Valve with Pressure Gauge......................................................... E.7 Gambar E.31 Ultrafiltration Membrane .................................................................... E.7 Gambar E.32 Reverse Osmosis Booster Pump ......................................................... E.8 Gambar E.33 Sampel limbah penyamakan kulit ....................................................... E.8 LAMPIRAN F MSDS Gambar F.1 Carboxy Methyl Cellulose (CMC) ........................................................ F.1
DAFTAR PUSTAKA
