PENURUNAN WARNA REAKTIF DENGAN PENGOLAHAN KOMBINASI KOAGULAN PAC (POLY ALUMINIUM CHLORIDE) DAN MEMBRAN MIKROFILTRASI Vina Citrasari Dan Bowo Djoko Marsono Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS
REMOVAL OF REACTIVE DYE USING COMBINED PROCCES OF PAC COAGULANT AND MICROFILTRATION MEMBRANE Vina Citrasari Dan Bowo Djoko Marsono Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS
ABSTRAK
Dalam penelitian ini dilakukan pengolahan kombinasi proses filtrasi membran dengan penambahan koagulan PAC ( Poly Aluminium Chloride ) 1 % untuk menurunkan warna limbah sintetis reaktif Remazol Turqouise Blue G . Variasi proses yang dilakukan adalah proses filtrasi membran tanpa pengolahan pendahuluan ( proses I ), proses filtrasi membran dengan pengolahan pendahuluan flash mix saja ( proses II ) dan proses filtrasi membran dengan pengolahan pendahuluan flash mix, slow mix, dan sedimentasi ( prosesIII). Variasi tekanan yang digunakan adalah 0,25 kg/cm2 ; 0,50 kg/cm2; 0,75 kg/cm2 ; 1,00 kg/cm2. Reaktor membran yang digunakan adalah jenis dead-end dan dijalankan selama 5 jam dengan waktu pengambilan permeate setiap 15 menit. Parameter yang diukur adalah efisiensi penurunan warna dan fluks membran. Fluks terbaik yang didapatkan adalah sebesar 2063,17 L/m2.jam untuk proses I, 596,91 L/m2.jam untuk proses II, dan 1564,02 L/m2.jam untuk proses III. Efisiensi penurunan warna terbaik dicapai pada tekanan operasi 0,5 kg/cm2 pada semua proses yaitu berturut-turut 27,79 %, 99,84 %, dan 98,48 %.
Kata kunci : warna reaktif, membran mikrofiltrasi, koagulasi, dead-end
ABSTRACT
This research applied combined procces using membrane filtration and addition of 1 % PAC ( Poly Aluminium Chloride ) coagulant to reduce colour of synthetic Remazol Turqouise Blue G reactive dye. Process variation done in this research including membrane filtration without pretreatment ( procces I ), membrane filtration using flash mix as
1
pretreatment ( procces II ), and membrane filtration using flash mix, slow mix, and sedimentation as pretreatment ( procces III ). Variation of operating pressure is 0,25 kg/cm2 ; 0,50 kg/cm2; 0,75 kg/cm2 ; 1,00 kg/cm2.Dead-end membrane reactor is applied and run for 5 hours with sampling period every 15 minutes. Measured parameters are the efficiency of colour removal and membran flux. The best flux result is 2063,17 L/m2. hour for procces I, 596,91 L/m2. hour for procces II, and 1564,02 L/m2. hour for procces III. The best efficiency of colour removal reached at 0,50 kg/cm2 of operating pressure for all process which mentioned as follow in rows 27,79 %, 99,84 %, dan 98,48 %.
Keyword : reactive dye, microfiltration membrane, coagulation, dead-end.
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang Kemajuan teknologi yang berdampak pada berkembangnya industri serta jumlah penduduk dari waktu ke waktu menyebabkan meningkatnya limbah sebagai produk samping dari proses industri maupun dari sisa aktivitas manusia. Salah satu industri yang berkembang dengan pesat saat ini adalah industri tekstil. Limbah dari industri tekstil mengandung senyawa organik rantai panjang dan rantai siklik yang mempunyai sifat beracun terhadap lingkungan. Usaha penanggulangan limbah tekstil dengan pengolahan konvensional seperti proses lumpur aktif (activated sludge) untuk penghilangan kontaminan warna umumnya memerlukan waktu yang lama dan lahan yang luas apalagi jika beban dan konsentrasinya relatif tinggi. Proses seperti ini tidak lagi efektif untuk diterapkan karena kebutuhan air bersih yang sangat mendesak dan juga semakin berkurangnya ketersediaan lahan untuk pengolahan. Berdasarkan pertimbangan tersebut maka diperlukan suatu teknologi yang dapat dengan cepat mengolah limbah dan tidak memerlukan lahan yang luas. Salah satu teknologi yang berkembang pesat pada pengolahan air baku dan air buangan pada saat ini adalah proses filtrasi dengan menggunakan membran. Teknologi membran mempunyai peranan yang penting dalam mengatasi kelangkaan sumber daya air saat ini. Teknologi ini dapat digunakan
2
untuk mengolah limbah sebelum dibuang ke badan air, untuk material recovery sebelum limbah memasuki pengolahan dan juga untuk mengolah air minum.
Perumusan Masalah Dari latar belakang permasalahan tersebut dapat dibuat suatu perumusan masalah yaitu diperlukannya pengolahan limbah pewarna tekstil yang dapat menurunkan warna dengan pengolahan kombinasi, yaitu proses koagulasi dengan PAC yang dilanjutkan dengan proses penyaringan menggunakan membran mikrofiltrasi.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian pada tugas akhir ini adalah untuk mendapatkan efisiensi penurunan warna dan fluks membran maksimum dengan menggunakan pengolahan kombinasi dan
mengetahui
pengaruh dari variasi pengolahan pendahuluan dan tekanan operasi membran terhadap penurunan warna. menentukan efisiensi penurunan warna dan fluks membran dengan mengguanakan pengolahan kombinasi dan mengetahui pengaruh dari variasi pengolahan pendahuluan dan tekanan operasi membran terhadap penurunan warna.
Tinjauan Pustaka Membran adalah lapisan tipis (film) yang memisahkan dua fasa yang bersifat semi permeabel dan bertindak sebagai penghalang selektif pada transfer zat,atau materi (Mulder, 1996). Definisi lain dari membran adalah lapisan tipis dari suatu bahan yang mampu memisahkan materi atau zat karena sifat fisik dan kimianya apabila diberikan gaya pendorong melewati membran (Mallevialle, 1996). Parameter utama dalam operasi membran adalah sebagai berikut (Mulder, 1996):
3
1. Permeabilitas Merupakan ukuran kecepatan suatu spesi menembus membran. Permeabilitas ini sangat dipengaruhi oleh jumlah pori, ukuran pori dan tekanan yang dioperasikan. Dalam pengukuran, permeabilitas dinyatakan dalam fluks, yaitu jumlah volume permeate yang melewati satu satuan luas membran dalam waktu tertentu. Secara sistematis fluks dirumuskan sebagai berikut:
V A*t
Jv
(1)
Dimana : Jv = fluks (L/m2.jam) V = volume permeate (Liter) A = luas permukaan membran (m2) t
= waktu penyaringan (jam)
Permeabilitas sangat dipengaruhi oleh driving force-nya. Pada membran mikrofiltrasi digunakan tekanan sebagai dengan driving force. Pada banyak kasus kecepatan permeate melewati membran sebanding dengan driving force. Hukum Darcy merumuskannya sebagai berikut:
Jv
Lp *
dp dx
(2)
Dimana : Jv
= volume fluks
Lp
= koefisien permeabilitas
dp/dx = driving force yaitu tekanan udara
4
2. Permselektivitas Permselektivitas merupakan kemampuan suatu membran menahan suatu spesi atau melewatkan spesi tertentu, tergantung pada interaksi interface membran dengan spesi serta ukuran spesi dan ukuran pori. Parameter yang dipergunakan adalah efisiensi penurunan partikel, yaitu fraksi konsentrasi zat terlarut yang tidak menembus membran dan dirumuskan sebagai berikut: R
Co
C1
(3)
Co
Dimana: R= efisiensi penurunan partikel C0= konsentrasi sebelum melewati membran C1= konsentrasi setelah melewati membran Membran dapat digolongkan berdasarkan tenaga pendorong (driving force), materi penyusun membran, morfologi membran, serta kerapatan porinya. Berdasarkan ukuran pori, membran dapat dikelompokkan sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Batasan Pemakaian Membran Berdasarkan Ukuran Pori
5
Keterangan : 1. Mikrofiltrasi Membran ini memiliki ukuran pori antara 0.05
m sampai 10
m dan tebal antara 10
m
sampai 150 m. Mikrofiltrasi digunakan pada berbagai macam aplikasi di industri, terutama untuk pemisahan partikel berukuran > 0.1 m dari larutannya. Tekanan operasi pada membran mikrofiltrasi adalah 0.1-2 bar. (Wenten, 1999) 2. Ultrafiltrasi Proses Ultrafiltrasi berada diantara proses nanofiltrasi dan mikrofiltrasi. Ukuran pori membran berkisar antara 0.005 m sampai 0.1 m. Aplikasi utama membran ini adalah untuk industri pengolahan air bersih, industri farmasi, industri metalurgi dan industri tekstil. Tekanan operasi pada ultrafiltrasi adalah 1-10 bar. 3. Nanofiltrasi Merupakan membran komposit dengan ukuran pori < 0.005 m. Aplikasi dalam industri adalah pada desalinasi air payau, penghilangan mikropolutan dan juga pengolahan air limbah. Tekanan operasi pada membran nanofiltrasi adalah 10-25 bar. 4. Reverse Osmosis Digunakan untuk memisahkan zat terlarut yang memiliki berat molekul yang rendah seperti garam anorganik dan molekul organik kecil, seperti glukosa dan sukrosa dari larutannya. Membran ini banyak digunakan pada proses desalinasi air laut dan air payau. Tekanan operasi untuk air payau sebesar 15-25 bar, sedangkan untuk pengolahan air laut digunakan tekanan sebesar 40-80 bar. Beberapa variabel penting yang mempengaruhi efisiensi dan fluks membran selama proses adalah karakteristik membran, tekanan operasi, pH, konsentrasi umpan, temperatur operasi, dan daya saing antar bahan.
6
1. Karakteristik Membran Karakteristik membran meliputi : material membran, ukuran pori, dan kondisi operasi (tekanan operasi, rentang pH, dan temperatur). Karakteristik membran berbeda untuk tiap-tiap perusahaan. 2. Tekanan Operasi Pemisahan dengan menggunakan tekanan operasi sangat penting karena berpengaruh pada fluks membran dan efisiensi penurunan membran. Fluks akan meningkat dengan kenaikan tekanan pada membran sedangkan efisiensi penurunan membran akan menurun (Mulder, 1996). 3. Temperatur Permeate fluks diperkirakan akan naik seiring dengan turunnya viskositas dari air (Wiesner, 1996). Sehingga untuk berbagai alasan, permeate dapat dibuat dengan temperatur yang lebih tinggi. 4. pH Umpan Pengaturan pH perlu dilakukan terutama untuk membran yang peka terhadap pH yang ekstrim, contohnya membran yang terbuat dari selulosa, membran ini mempunyai range pH 5-8 (Mallevialle,1996). 5. Periode Umpan Penyumbatan pada membran merupakan kelemahan dari penggunaan proses membran sehingga periode operasi yang panjang akan menurunkan kinerja membran yang tergambar pada penurunan fluks dari membran (Taylor dkk, 1987 dalam Nasrul 2001)
2. METODOLOGI PENELITIAN Bahan yang dipergunakan dalam percobaan ini adalah bubuk warna sintetis Remazol Turqouise Blue G, koagulan PAC (Al10(OH)15Cl15)), dan aquadest. Limbah sintetis warna disiapkan dengan melarutkan bahan pewarna tekstil reaktif dalam air aquadest. Bahan pewarna tekstil reaktif yang
7
digunakan adalah Remazol Turqouise Blue G. Persiapan limbah warna sintetis dilakukan dengan melarutkan 0.3 g bubuk warna reaktif Remazol Turqouise Blue G dengan 1 L air aquadest. Dalam penelitian ini digunakan reaktor membran dengan sistem operasi dead-end yang bentuknya sesuai dengan jenis membran yang digunakan yaitu flat-sheet. Reaktor tersebut terbuat dari bahan stainless steel yang kuat untuk tekanan operasi 2 kg/cm2 dan mungkin lebih serta tahan terhadap pH umpan yang rendah yaitu mencapai 3. Spesifikasi reaktor membran mikrofiltrasi yang dipergunakan adalah sebagai berikut : - Tinggi reaktor
= 15 cm
- Diameter
= 14 cm
- Volume reaktor = 2307.9 cm3 = 2.3 L - Diameter tempat membran
= 3.5 cm
Membran mikrofiltrasi yang dipergunakan dalam penelitian adalah jenis flat-sheet dengan merk dagang Millipore. Digunakannya membran jenis flat-sheet adalah karena jenis membran ini banyak terdapat di pasaran dan mudah dalam sistem pengoperasian dan pembersihannya (Aptel, 1996). Berikut ini adalah spesifikasi dari membran yang dipergunakan dalam penelitian. Tabel 1. Spesifikasi Membran Mikrofiltrasi Deskripsi Keterangan Ukuran pori membran (μm)
0,45
Filter surface
Plain
Warna membran
Putih
Diameter membran (mm)
47
Aplikasi
Monitoring partikel pada cairan
Material
Mixed cellulosa acetate and nitrate
8
Proses penelitian dengan skala laboratorium dilakukan dalam beberapa tahapan. Adapun tahapantahapan tersebut adalah sebagai berikut : A. Pengolahan Pendahuluan dengan Flash mix Limbah sintetis warna ditambah dengan larutan PAC 1% sesuai dengan dosis optimum berdasarkan percobaan pendahuluan. Setelah penambahan koagulan PAC 1% kemudian dilakukan pengadukan cepat (flash mix) dengan kecepatan 90 rpm selama 1 menit. B. Pengolahan Pendahuluan dengan Flash mix dan Slow mix Limbah sintetis warna ditambah dengan larutan PAC 1% sesuai dengan dosis optimum pada percobaan pendahuluan. Selanjutnya dilakukan pengadukan cepat (flash mix) dengan kecepatan putaran 90 rpm selama 1 menit. Pengadukan cepat kemudian dilanjutkan dengan pengadukan lambat (slow mix) dengan kecepatan putaran 25 rpm selama 9 menit. C. Pengendapan Setelah pengadukan dan terbentuk presipitant kemudian diendapkan dengan waktu pengendapan selama 10 menit dengan tujuan agar presipitant warna yang terbentuk mengendap untuk mengurangi fouling pada membran. Setelah pengendapan selama 10 menit selan-jutnya diambil air supernatannya dan dilaku-kan analisa penurunan warna. D. Penyaringan dengan membran mikrofiltrasi Selanjutnya dari proses-proses yang telah dilakukan diatas, sampel limbah warna sintetis dimasukkan ke dalam reaktor mikrofiltrasi yang telah dihubungkan dengan kompresor seperti pada Gambar 2 berikut :
9
B
C A
Gambar 2. Rangkaian Reaktor Mikrofiltrasi dan Kompresor Keterangan gambar : A. Kompresor B. Reaktor Membran Dead-End C. Tempat Keluar Permeate Langkah-langkah operasi membran mikrofiltrasi adalah sebagai beikut : a) Membran dipasang pada tempatnya dan diatasnya diberi penahan selanjutnya dijepit dengan seal karet sehingga posisi membran tidak berubah pada saat reaktor dijalankan. b) Air sampel dimasukkan melalui saluran umpan dan diisi sampai penuh sesuai dengan volume reaktor Selanjutnya katup umpan ditutup dan katup udara, yang telah terpasang dengan selang yang dihubungkan dengan kompresor, tetap dibuka. c) Reaktor membran kemudian mulai dijalankan dengan memompakan udara tekan melalui katup udara sebagai gaya pengdorong umpan melewati membran. Tekanan yang diberikan sesuai dengan variasi yang telah ditentukan yaitu, 0.25, 0.5, 0.75, 1 kg/cm 2. Penentuan tersebut sesuai dengan range tekanan yang sesuai dengan tekanan pada membran mikrofiltrasi yaitu mulai 0.1 kg/cm2 sampai dengan 2 kg/cm2 ( Wenten, 1999 ). d) Hasil saringan yang keluar memlalui permeate, dicatat volumenya setiap 15 menit sekali dan selanjutnya dilakukan analisa warna dengan menggunakan spektrofotometer. Dari percobaan yang telah dilakukan, parameter yang diukur adalah konsentasi warna setelah melewati membran dan fluks membran. Konsentrasi warna diukur sesuai prosedur analisa warna.
10
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Zat warna tekstil mengandung senyawa organik rantai panjang dan rantai siklik yang sifatnya sulit dihilangkan secara alamiah baik dengan proses fisik maupun biologi. Senyawa organik pada pewarna tekstil tersebut apabila dilewatkan membran mikrofiltrasi akan lolos melewati pori-pori membran mikrofiltrasi. Lolosnya senyawa organik tersebut dikarenakan ukuran pori membran mikrofiltrasi yang lebih besar daripada ukuran senyawa organik pada pewarna tekstil sehingga pengolahan menggunakan membran mikrofiltrasi tanpa adanya pengolahan tidak akan berlangsung dengan efektif. Hal ini terbukti pada penelitian yang telah dilakukan yaitu dengan penyaringan terhadap senyawa organik tanpa pengolahan pendahuluan. Dalam penelitian ini diketahui bahwa penyaringan senyawa organik lansngsung dengan membran hanya akan memberikan efisiensi penurunan konsentasi warna sebesar 27,79 % pada tekanan operasi sebesar 0,5 kg/cm 2. Oleh karena itu untuk memperoleh hasil yang lebih optimal, maka dilakukan pengolahan pendahuluan dengan proses koagulasi dan flokulasi dengan menggunakan koagulan PAC 1 % (10 g/L). Koagulan PAC dipilih karena lebih baik dari koagulan jenis Alum (Al 2(SO4)3) maupun ferri klorida (FeCl3 ). Polyhidroksida dengan molekul rantai panjang dan muatan listrik yang lebih besar, dibandingkan dengan koagulan jenis Alum, memaksimalkan proses flokulasi (Malhotra, 1994). Flok yang terbentuk mempunyai diameter yang lebih besar dan lebih cepat mengendap dibandingkan dengan koagulan Alum. Selain itu koagulan PAC dapat bekerja pada range pH yang luas. Dalam penentuan dosis optimum PAC, dilakukan variasi penambahan Pac kedalam sampel air dengan dosis 10 mg/L, 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L, 50 mg/L, 60mg/L , 70 mg/L, 80 mg/L, 90 mg/L,100 mg/L, 110 mg/L, 120 mg/L, 130 mg/L, 140 mg/L, 150 mg/L. Karakteristik awal air sampel yang digunakan adalah sama, yaitu air dengan karakteristik : - Konsentrasi warna limbah sintetis : 300 mg/L
11
- pH
: 7,48
- Suhu : 27 °C Hasil pengukuran menunjukkan bahwa tiap penambahan dosis PAC menghasilkan persentase
% Penurunan Warna
removal warna yang berbeda.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Dosis PAC ( mg/L )
Gambar 3. Grafik Dosis Optimum PAC
Dari Gambar 3 di atas, dapat diketahui bahwa penurunan konsentrasi warna sampel air bertambah mulai dari 4,43 % untuk penambahan PAC 10 mg/L dan terus bertambah menjadi 96,51 % untuk penambahan PAC 100 mg/L. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa penambahan PAC 100 mg/L adalah penambahan PAC yang dapat menghasilkan efisiensi penurunan warna tertinggi. Sedangkan penambahan PAC di atas 100 mg/L, yaitu 110 mg/L, 120 mg/L, 130 mg/L, 140 mg/L, 150 mg/L akan menurunkan efisiensi penurunan konsentrasi warna. Hal ini dikarenakan PAC yang ditambahkan terlalu banyak, sehingga PAC yang berlebih tersebut tidak terikat oleh partikel koloid dalam air sehingga akan menambah suspensi di dalam air. Dengan demikian dosis PAC optimum yang harus ditambahkan dalam prose jar test adalah 100 mg/L.
Pengaruh Tekanan Operasi Terhadap Efisiensi Penurunan Warna Pada penelitian ini digunakan variasi tekanan operasi 0,25 kg/cm 2 ; 0,5 kg/cm2 ; 0,75 kg/cm2 ; 1,00 kg/cm2. Dari Gambar 4 terlihat bahwa adanya kenaikan tekanan operasi yang diberikan akan
12
mempengaruhi efisiensi penurunan warna. Pengaruh tekanan tersebut terlihat jelas pada menit ke 30 sampai menit ke 60 pada tekanan 0,75 kg/cm 2. Meningkatnya tekanan operasi akan menurunkan efisiensi penurunan warna pada batasan nilai tekanan tertentu. karena penekanan pada pori membran akan meningkat seiring dengan bertambah besarnya tekanan. Hal ini akan menyebabkan diameter pori membran menjadi semakin lebar. Diameter pori yang membesar akan menyebabkan
Efisiensi Penurunan Warna (%)
lolosnya senyawa organik penyusun warna pada zat warna tekstil.
30 25 20 15 10 5 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek 0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5 kg/cm2 Tek. 1kg/cm2
Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Waktu Operasi dan Efisiensi Penurunan Warna Pada Berbagai Tekanan Operasi (Proses Filtrasi Membran Tanpa Pengolahan Pendahuluan)
Pada Gambar 4 tersebut terlihat bahwa penurunan warna dengan penyaringan menggunakan membran mikrofiltrasi tanpa pengolahan pendahuluan hanya memberikan efisiensi sebesar 27,79 % sehingga dapat disimpulkan bahwa penurunan konsentrasi warna dengan proses membran saja kurang memberikan hasil seperti yang diharapkan. Hal ini dapat disebabkan karena ukuran dari partikel senyawa organik zat warna tersebut lebih kecil dari ukuran pori membran sehingga banyak dari partikel tersebut yang lolos selama proses penyaringan. Peningkatan efisiensi penurunan warna berbanding lurus dengan bertambahnya waktu operasi yang berarti semakin lama waktu operasi maka semakin besar efisiensi penurunan yang diperoleh.
13
Sedangkan untuk penurunan warna dengan menggunakan flash mix sebagai pengolahan
Efisiensi Penurunan Warna (%)
pendahuluan dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini.
100
95
90
85
80 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek. 0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5 kg/cm2 tek. 1kg/cm2
Gambar 5. Grafik Hubungan Antara Waktu Operasi dan Efisiensi Penurunan Warna Pada Berbagai Tekanan Operasi (Proses Filtrasi Membran Dengan Flash mix Sebagai Pengolahan Pendahuluan) Dari Gambar 5 terlihat adanya penurunan warna yang sangat signifikan yaitu 98 – 99 %. Hal ini disebabkan karena pengolahan kombinasi yaitu dengan penambahan koagulan PAC dan pengadukan cepat yang diteruskan dengan penyaringan menggunakan membran mikrofiltrasi. Koagulasi merupakan proses yang berhubungan dengan interaksi partikel dan agen pendestabilisasi (destabilizing agent). Adanya ketidakstabilan partikel karena penambahan koagulan akan menyebabkan bersatunya partikel-partikel yang tidak stabil tersebut membentuk partikel yang lebih besar ukurannya dan lebih berat sehingga dapat mengendap. Seperti pada proses sebelumnya, dari grafik pada Gambar 5 terlihat bahwa semakin besar tekanan operasi yang diberikan akan menyebabkan menurunnya efisiensi penurunan warna pada tekanan 0,25 kg/cm2 dan 0,5 kg/cm2, dan akan menurun pada tekanan 0,75 kg/cm2 dan 1,00 kg/cm2 . Pada waktu operasi pada menit awal sampai menit akhir operasi yaitu menit ke 15 sampai menit ke 300 efisiensi penurunan warna telah mencapai rata-rata diatas 90 %. Hal ini dikarenakan partikel flokulan yang terbentuk telah banyak yang menutup pori membran sehingga kenaikan tekanan tidak banyak berpengaruh pada efisiensi penurunan warna.
14
Pada Gambar 6 pengaruh dari variasi tekanan operasi dan bertambahnya waktu operasi akan semakin jelas terlihat dengan semakin naiknya efisiensi penurunan warna yaitu mulai dari 31,09% 98,48 %. Hal ini berkaitan dengan adanya proses pengendapan pada pengolahan pendahuluan
Efisiensi Penurunan Warna (%)
sebelum dilakukan penyaringan dengan membran mikrofiltrasi. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek. 0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5kg/cm2 Tek. 1kg/cm2
Gambar 6. Grafik Hubungan Antara Waktu Operasi dan Efisiensi Penurunan Warna Pada berbagai Tekanan Operasi (Proses Filtrasi Membran Dengan Flash mix, Slow mix dan Sedimentasi Sebagai Pengolahan Pendahuluan) Nilai efisiensi penurunan warna terbaik yang didapatkan dengan variasi tekanan 0,25 kg/cm 2 – 1,00 kg/cm2 adalah 27,79 % untuk proses tanpa pengolahan pendahuluan, 99,84 % untuk proses dengan pengolahan pendahuluan pengadukan cepat, dan 98,48 % untuk proses dengan pengolahan pendahuluan pengadukan cepat dan lambat yang dilanjutkan dengan proses pengendapan. Ketiga nilai efisiensi penurunan warna terbaik tersebut terjadi pada tekanan operasi 0,5 kg/cm 2, dimana pada tekanan ini pori membran tidak terlalu terpengaruh oleh tekanan operasi dan juga lamanya waktu operasi membran.
Pengaruh Tekanan Operasi Terhadap Fluks Membran Berdasarkan teori yang ada besarnya nilai fluks membran sangat dipengaruhi oleh besarnya tekanan operasi yang diberikan. Dimana semakin besar tekanan operasi yang diberikan maka semakin besar
15
pula fluks yang dihasilkan. Hasil perhitungan dari nilai fluks membran disajikan pada grafik hubungan antara nilai fluks dan tekanan operasi. Berdasarkan Gambar 7, untuk peningkatan tekanan operasi pada penyaringan dengan membran mikrofiltrasi akan dihasilkan nilai fluks permeate yang semakin besar pula. Hal ini berlaku pada semua proses penyaringan baik yang melalui pengolahan pendahuluan maupun tidak. Hal ini disebabkan karena berubahnya struktur pori membran yang menjadi semakin besar karena adanya penekanan sehinggga menyebabkan semakin banyaknya air yang dapat melewati pori membran.
Fluks Membran (L/m2.jam)
2400 2000 1600 1200 800 400 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek. 0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5 kg/cm2 Tek. 1kg/cm2
Gambar 7. Grafik Hubungan Antara Fluks dan Waktu Operasi Pada BerbagaiTekanan Operasi (untuk proses filtrasi membran tanpa pengolahan pendahuluan) Fluks Membran (L/m2.jam)
700 600 500 400 300 200 100 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek. 0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5 kg/cm2 Tek. 1kg/cm2
Gambar 8. Grafik Hubungan Antara Fluks dan Tekanan Operasi (untuk proses filtrasi membran dengan pengolahan pendahuluan flash mix) 16
Fluks Membran (L/m2.jam)
1800 1500 1200 900 600 300 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Waktu Operasi (menit) Tek.0,25 kg/cm2 Tek. 0,75 kg/cm2
Tek. 0,5 kg/cm2 Tek. 1kg/cm2
Gambar 9. Grafik Hubungan Antara Fluks dan Tekanan Operasi (untuk proses filtrasi membran dengan pengolahan pendahuluan flash mix, slow mix dan sedimentasi)
Nilai fluks pada awal operasi tinggi dan semakin menurun seiring dengan semakin lamanya waktu operasi. Semakin lama waktu operasi maka semakin banyak cake layer yang terbentuk pada permukaan membran dan menjadikannya sebagai penghalang yang menghambat air umpan untuk melewati membran, sehingga fluks terus menurun dari waktu ke waktu. Fluks yang dihasilakan pada tekanan 1,00 kg/cm2 hampir sama dengan tekanan 0,25 kg/cm2, hal ini dapat dikaitkan dengan adanya polarisasi konsentrasi partikel pada permukaan membran. Nilai fluks terbaik didapatkan pada tekanan operasi sebesar 1,00 kg/cm 2 pada penyaringan tanpa disertai pengolahan pendahuluan yaitu sebesar 2063.17 (L/m 2.jam). Sedangkan nilai fluks proses pengolahan pendahuluan dengan pengadukan cepat, proses pengolahan pendahuluan dengan pengadukan cepat dan lambat serta pengendapan berturut-turut adalah 596.91 (L/m2.jam), 1564.02 (L/m2.jam) pada tekanan 1 kg/cm2. Pada awal proses penyaringan yaitu pada 15 menit pertama nilai fluks yang dihasilkan besar karena pada saat itu pori membran masih dalam keadaan cukup bersih sehingga memudahkan air umpan untuk dapat melewatinya.
17
Waktu Terjadinya Fouling Pada Membran Mikrofiltrasi Waktu terjadinya fouling pada membran merupakan salah satu hal yang dapat digunakan untuk mengetahui kinerja dari membran mikrofiltrasi selain fluks permeate dan efisiensi penurunan warna yang dihasilkan pada proses filtrasi. Dari hasil analisa laboratorium dan perhitungan sebelumnya telah diketahui bahwa adanya kenaikan tekanan operasi pada filtrasi dengan membran mikrofiltrasi akan menaikkan fluks permeate sebaliknya efisiensi penurunan warna akan semakin kecil. Waktu terjadinya fouling pada membran didapatkan dengan memotongkan grafik nilai efisiensi penurunan warna dan fluks permeate yang dihasilkan untuk tiap-tiap tekanan operasi. Titik perpotongan antara nilai fluks permeate dan efisiensi penurunan warna selanjutnya ditarik garis kebawah untuk mendapatkan waktu detensi dari membran. Waktu terjadinya fouling pada membran untuk proses I yang paling lambat didapatkan pada tekanan 0,75 kg/cm2 yaitu mulai pada waktu operasi selama 48 menit. Untuk proses II diperoleh waktu terjadinya fouling membran paling lambat pada tekanan 1,00 kg/cm2 yaitu mulai pada waktu operasi selama 78 menit. Sedangkan untuk proses III diperoleh waktu terjadinya fouling membran yang paling lambat pada tekanan 1,00 kg/cm2 yaitu pada waktu operasi selama 71 menit.
4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pengolahan data terhadap penurunan warna reaktif Remazol Turqouise Blue G pada limbah sintetis warna dengan pengolahan kombinasi penambahan koagulan PAC ( Poly Aluminium Chloride ) dan membran mikrofiltrasi maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada proses pengolahan pendahuluan dengan flash mix saja dengan penambahan koagulan sebesar 100 mg/L didapatkan efisiensi penurunan warna sebesar 67,52 % sedangkan pada pengolahan pendahuluan dengan flash mix, slow mix, dan sedimentasi diperoleh efisiensi penurunan warna sebesar 96,07 %
18
2. Peningkatan tekanan operasi yang menghasilkan efisiensi penurunan warna terbaik adalah pada tekanan maksimum 0,50 kg/cm2 menggunakan rangkaian proses flash mix-filtrasi membran dengan nilai berkisar 90,05 % - 99,84 %. 3. Semakin lama waktu operasi akan meningkatkan efisiensi penurunan warna namun diikuti dengan penurunan fluks permeate akibat terjadinya fouling. 4. Variabel rangkaian proses berpengaruh pada kecepatan waktu terjadinya fouling. -
Untuk proses I fouling terjadi pada tekanan 0,75 kg/cm2 dan waktu operasi selama 48 menit.
-
Untuk proses II fouling terjadi pada tekanan 1,00 kg/cm2 dan waktu operasi selama 78 menit.
-
Untuk proses III fouling terjadi pada tekanan 1,00 kg/cm2 dan waktu operasi selama 71 menit.
DAFTAR PUSTAKA Aptel, P. dan Buckley, C.A., 1996. Categories Of Membran Operation. McGraw-Hill. New York. Malhotra, Sonu. 1994. Poly Aluminium Chloride As An Alternative Coagulant. 20th WEDC Conference. Colombo. Mallevialle, J., dkk., 1996. Water Treatment Membrane Processes. Mc Graw-Hill. New York. Mulder, M. 1996. Basic Principles of Membrane Technology. Second Edition. Kluwer Academic Publishers. USA. Nasrul. 2002. Uji Kemampuan Cellulosa Acetate sebagai Media Filter Terhadap Penyisihan Kekeruhan dan Bakteri Escherichia Coli Pada Pemurnian Air. Laporan Thesis S2. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Surabaya. Wenten, I.G. 1999. Teknologi Membran Industrial. Institut Teknologi Bandung.
19
20
