Pengolahan Limbah Cair Tahu Menggunakan Membran Nanofiltrasi Silika Aliran Cross Flow Untuk Menurunkan Kadar Nitrat dan Amonium Oleh : Dwi Rukma Puspayana NRP : 3309.100.009 Dosen Pembimbing : Alia Damayani, ST., MT., PhD
Latar belakang Perkembangan industri tahu semakin meningkat Belum ada pengolahan untuk limbah cair tahu Terjadi pencemaran di badan air Teknologi membran relatif mahal dan kebanyakan berasal dari luar negeri Keberadaan pasir silika di bumi jumlahnya sangat banyak
Rumusan Masalah • Penentuan massa silika optimum untuk pembuatan membran sehingga menghasilkan penurunan kadar Nitrat dan Amonium • Penentuan nilai koefisien rejeksi untuk Nitrat dan Amonium pada variasi konsentrasi limbah cair tahu • Penentuan nilai fluks membran silika nanofiltrasi pada variasi massa silika dan variasi konsentrasi limbah cair tahu
Tujuan • Menentukan massa silika optimum yang digunakan dalam pembuatan membran sehingga menghasilkan hasil filtrasi untuk limbah cair tahu • Mengetahui nilai koefisien rejeksi untuk Nitrat dan Amonium pada variasi konsentrasi limbah cair tahu • Mengetahui nilai fluks membran silika nanofiltrasi pada variasi massa silika dan variasi konsentrasi limbah cair tahu
Ruang Lingkup Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium Air limbah berasal dari limbah cair industri tahu Parameter yang diukur: Nitrat dan Amonium Bahan baku membran: pasir silika
Variasi variabel penelitian ini: - Massa silika - Konsentrasi air limbah : air bersih Untuk sintesis silika menggunakan metode alkali fusion dengan KOH
Con’t Aliran dalam reaktor yang digunakan adalah aliran cross flow Hasil permeat akan dianalisa dan hasilnya akan dibandingkan dengan Peraturan Menteri Kesehatan No. 416 Tahun 1990 Tentang Syaratsyarat dan Pengawasan Kualitas Air
Manfaat o Dapat memanfaatkan pasir silika sebagai bahan baku pembuatan membran o Dapat mengetahi efektifitas kinerja pasir silika sebagai membran untuk menurunkan kadar Nitrat dan Amonium pada limbah air tahu o Teknologi membran yang digunakan dapat menjadi alternatif pengolahan limbah cair tahu dan diharapkan dapat diaplikasikan dilapangan o Dapat mengetahui cara pembuatan membran dengan biaya yang murah dan berbahan baku yang mudah di dapat
Tinjauan Pustaka Menurut Agustina S dkk. (2005) teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain, antara lain: - Pemisahan dapat dilakukan secara kontinyu. - Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah. - Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya. (hybrid processing). - Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan. - Mudah dalam scale up. - Tidak perlu adanya bahan tambahan. - Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya
Con’t
Penelitian terdahulu Pemanfaatan silika sebagai membran juga dilakukan pada penelitian Fatmasari, S.R (2012). Akan tetapi pada penelitian ini digunakan silika dari sekam padi sebagai bahan baku pembuatan membran untuk desalinasi air laut. Sekam padi difurnace dengan suhu 600º C selama 5 jam dan setelah itu diayak dengan ayakan 200 mesh untuk menghasilkan silika yang berukuran nano. Reaktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor dead end
Metodologi Penelitian Ide Penelitian Sebagian limbah yang dihasilkan dari industri tahu tidak diolah terlebih dahulu
Studi Literatur Jurnal, textbook, laporan penelitian. Tugas akhir dan karya terdahulu
Metodologi Penelitian Pelaksanaan Penelitian o Analisa Awal Nitrat dan Amonium o Sintesis Silika o Pembuatan Membran – dengan Variabel Massa silika 5;8;10 gram o Pengujian Membran pada Reaktor Aliran Cross Flow o Pengujian Struktur Membran – dengan konsentrasi air limbah : air PDAM 100%;75%;25% o Analisa Morfologi Membran o Analisa Nitrat dan Amonium pada Permeat
Sintesis Silika Tahapan TahapanEkstraksi Ekstraksi
Tahapan Pembentukan Tahapan Ekstraksi Silicic
Acid
Tahapan Ekstraksi Silika Tahapan Pemurnian
Pembuatan Membran Tahapan Ekstraksi Penimbangan dengan Massa silika 5;8;10 gram Tahapan–Ekstraksi 2-propanol proses sentrifuge
Tahapan Ekstraksi NH4Cl, aquades – magnetic stirrer Tahapan Ekstraksi PVA, PEG, semen putih, aquades – dipanaskan Tahapan Ekstraksi Pencetakan membran
Membran yang sudah jadi
Analisa Awal Limbah Cair Tahu Amonium
Nitrat Metode Brucin Asetat
Analisa Limbah Cair Tahu
Metode Nessler
Hasil Analisa Awal Nitrat No
Jenis Limbah
1 2 3
100% 50% 25%
Konsentrasi Konsentrasi Nitrat Pertama Nitrat Kedua (mg/l) (mg/l) 5.02 3.97 1.03
5.40 4.22 1.34
Ratarata 5.21 4.09 1.19
Hasil Analisa Awal Amonium
No
Jenis Limbah
1
100%
Konsentrasi Amonium Pertama (mg/l) 19.14
Konsentrasi Amonium Kedua (mg/l) 19.41
2
50%
12.98
12.55
12.77
3
25%
6.24
6.87
6.56
Rata-rata 19.28
Pengujian Membran pada Reaktor Membran kawat stainless Water mur
Susunan Letak membran
Reaktor dengan Aliran
cross flow
Bak tempat menampung air limbah tahu dan pompa yang digunakan
Air dialirkan melalui membran dan air yang tidak melewati membran dialirkan kembali ke dalam bak semula
Pressure Gauge untuk mengetahui besar kecilnya tekanan. Valve untuk mengatur besar kecilnya tekanan.
Permeat yang dihasilkan
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100%
5
8
menit ke
Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
20 40 60
5,21 5,21 5,21
5,48 6,23 7,35
-5% -20% -41%
80 20 40
5,21 5,21 5,21
9,21 5,32 6,18
-77% -2% -19%
60 80
5,21 5,21
6,99 8,12
-34% -56%
Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat 0% -10% Koefien Rejeksi (%)
Variasi Membran
0
20
40
60
80
100
-20% -30%
-40%
5 gram
-50%
8 gram
-60% -70% -80% -90%
Menit ke-
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
5
8
menit ke
Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
20
4,091
4,21
-3%
40
4,091
4,46
-9%
60
4,091
5,32
-30%
80
4,091
6,8
-66%
20
4,091
4,76
-16%
40
4,091
5,19
-27%
60
4,091
5,88
-44%
80
4,091
6,12
-50%
Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat 0% 0
20
40
60
80
100
-10% Koefisien Rejeksi (%)
Variasi membran
-20% -30% 8 gram -40%
5 gram
-50% -60% -70%
Menit ke-
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%
5
8
menit ke
Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
20
1,19
1,22
-3%
40
1,19
1,67
-40%
60
1,19
1,73
-45%
80
1,19
2,08
-75%
20
1,19
1,11
7%
40
1,19
1,45
-22%
60
1,19
1,55
-30%
80
1,19
2,01
-69%
Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat 20% 10% Koefisien Rejeksi (%)
Variasi Membran
0% -10% 0
20
40
60
80
100
-20% -30%
8 gram
-40%
5 gram
-50% -60%
-70% -80%
Menit ke-
Pembahasan
Pada saat uji membran di dalam reaktor aliran cross flow terjadi proses aerasi yang menyebabkan peningkatan kadar DO (Dissolved Oksigen) yaitu oksigen terlarut. Nilai DO berbanding lurus dengan meningkatnya kadar nitrat, sedangkan nilai amonium berbanding terbalik dengan nilai DO. Reaksi antara pembentukan amonium menjadi nitrit dan menjadi nitrat: NH4+ + 2O2 NO2- + 2H2O NO2+ ½ O2 NO3-
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100%
5
8
menit ke
Konsentrasi Awal Amonium (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
20
19,28
12,98
32,68%
40
19,28
7,32
62,03%
60
19,28
3,22
83,30%
80
19,28
1,51
92,17%
20
19,28
12,34
36,00%
40
19,28
9,23
52,13%
60
19,28
5,88
69,50%
80
19,28
2,11
89,06%
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium 100.00%
90.00% Koefisien Rejeksi (%)
Variasi membran
80.00% 70.00% 60.00% 50.00%
8 gram
40.00%
5 gram
30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 0
20
40 60 Menit ke-
80
100
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
5
8
20 40 60 80 20 40 60 80
Konsentrasi Koefisien Permeat Rejeksi 9.48 8.97 5.23 1.8 8.83 5.22 2.67 1.92
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
26% 30% 59% 86% 31% 59% 79% 85%
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium
100% 90% Koefisien Rejeksi (%)
Variasi menit Membran ke
Konsentrasi Awal Amonium (mg/l) 12.765 12.765 12.765 12.765 12.765 12.765 12.765 12.765
80% 70% 60% 50%
8 gram
40%
5 gram
30% 20% 10% 0% 0
20
40 60 Menit ke-
80
100
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%
5
8
menit ke
konsentrasi awal Amonium (mg/l)
konsentrasi permeat
koefisien rejeksi
20
6,563
5,11
22%
40
6,563
4,21
36%
60
6,563
3,79
42%
80
6,563
1,09
83%
20
6,563
5,76
12%
90%
40
6,563
4,83
26%
80%
60
6,563
1,99
70%
80
6,563
1,56
76%
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium
Koefisien Rejeksi (%)
Variasi membran
70% 60% 50% 40%
8 gram
30%
5 gram
20%
10% 0% 0
20
40 60 Menit ke-
80
100
Pembahasan
Didukung oleh penelitian Aprilia (2012) yang mengatakan Penambahan jumlah PVA tidak boleh kurang ataupun tidak boleh lebih karena penambahan PVA mempengaruhi pori-pori pada membran. Faktor yang lainnya adalah semakin banyaknya zat pengotor yang menempel pada membran (terjadi fouling)
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% menit ke
8gr
20
volume (ml) 1,7
Nilai Fluks 5,30
volume (ml) 1,85
Nilai Fluks 5,77
40
1,6
2,50
1,5
2,34
60
1,2
1,25
1,2
1,25
80
0,9
0,70
1,05
0,82
Rata-rata
2,44
Terjadi penurunan nilai fluks
2,54
Grafik Nilai Fluks 7.00 Nilai Fluks (ml.cm²/menit
5gr
6.00 5.00 4.00 8 gram
3.00
5 gram
2.00 1.00 0.00 0
20
40 60 Menit ke-
80
100
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
20 40 60 80
5gr volume (ml) 1.75 1.6 1.25 1 Rata-rata
8gr
Nilai Fluks
volume (ml)
Nilai Fluks
5.46 4.99 3.90 3.12 4.37
1.9 1.5 1.1 1
5.93 2.34 1.14 0.78 2.55
Terjadi penurunan nilai fluks
Grafik Nilai Fluks 7.00 Nilai Fluks (ml.cm²/menit
menit ke
6.00 5.00 4.00 8 gram
3.00
5 gram
2.00 1.00 0.00
0
20
40 60 Menit ke
80
100
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% 5gr
8gr
menit ke 20
volume (ml) 2.2
Nilai Fluks 6.86
volume (ml) 2.35
Nilai Fluks 7.33
40
1.8
5.62
2.2
3.43
60
1.45
4.52
1.75
1.82
80
1.05
3.28
1.2
0.94
Rata-rata
5.07
3.38
Terjadi penurunan nilai fluks
Nilai Fluks (ml.cm²/menit
8.00 7.00 6.00 5.00 4.00
8 gram
3.00
5 gram
2.00 1.00 0.00 0
20
40 60 Menit ke
80
100
Pembahasan
Fluks terbesar terjadi pada membran dengan massa silika 8 gram saat digunakan variasi volume air limbah 25% dengan nilai fluks sebesar 3,67 L/m2.jam. Adanya faktor pengenceran yang lebih besar daripada variasi volume air limbah 100% dan 50% membuat air limbah tahu lebih encer dan lebih sedikit terdapat zat pengotor. Maka dari itu untuk volume limbah 25% permeat yang dihasilkan paling banyak.
Membran dengan massa silika 10 gram tidak dapat terbentuk sehingga tidak didapatkan pula nilai R dan nilai fluksnya. Dikarenakan karena perbandingan antara silika dan PVA tidak sebanding sehingga diperoleh adonan membran yang tidak homogen
Karakterisasi Membran
Spektra FTIR sebelum membran dipakai
Bilangan gelombang 3434,98 cm-1 menunjukkan gugus –OH Bilangan gelombang 1461,9 cm-1 menunjukkan ikatan C-H Bilangan 1299,93 dan 1352,01 cm-1 menunjukkan C-O-H Bilangan 1060,78 cm-1 menunjukkan gugus fungsi siloksan SiO-Si
Spektra FTIR setelah membran dipakai
Analisa Morfologi Membran
Morfologi membran sebelum dipakai
Analisa Morfologi Membran
Morfologi membran setelah dipakai
Kesimpulan • Massa silika yang paling optimum untuk pembuatan membran adalah 5 gram. • Nilai koefisien rejeksi yang paling baik untuk parameter ammonium adalah 92,17% dengan variasi membran 5 gram dan volume air limbah 100% • Nilai fluks yang paling baik untuk parameter ammonium adalah 3,67 L/m2.jam
Terima Kasih
