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.
NilaiPermeateAir Sungai
Permeate merupakan banyaknya zat yang mampu melewati membran selama proses filtrasi berlangsung. Pada proses filtrasi jumlah daripermeateyang 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 hasilpermeate
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 flowdengan 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 alirancross 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 larutanpermeateyang dihasilkan dalam proses filtrasi membran tiap satuan luas dan waktu. Besarnya nilai fluks dari setiap membran berubah dengan bertambahnya waktu filtrasi.
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 sistemdead endpada tekanan 8 psi (55172,416 Pa) memiliki nilai fluks air
yang lebih tinggi. Dimungkinkan karena selain luasan membran dan waktu filtrasi, tekanan juga mempengaruhi proses filtrasi tersebut.
Gambar 6 Hubungan fluks air dan waktu filtrasi menggunakan sistem
cross flowdandead enddengan 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 sistemdead endnilai 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
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.
Gambar 7 Hubungan kekeruhan dan variasi
tekanan penyaringan
menggunakan sistemcross flow
dandead 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 flowpenurunan kekeruhannya sebesar 89,44%. Sedangkan filtrasi pada alat
penyaring dead end penurunan kekeruhannya sebesar 71,92%. Pada filtrasi dengan perlakuan tekanan 8 psi (55172,416 Pa) menggunakan alat penyaringcross flow
penurunan kekeruhannya sebesar 92,53%. Sedangkan filtrasi pada alat penyaringdead 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 flowlebih jernih dibandingkan dengan hasil filtrasi dengan sistemdead 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
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.
Gambar 8 Hubungan kerapatan dan variasi tekanan filtrasi menggunakan
sistemcross flowdandead end.
Sebelum Cross flow Dead end Sebelum Cross flow Dead end Tekanan (psi)
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.
Gambar 9 Hubungan kekentalan dan variasi tekanan filtrasi menggunakan sistemcross flowdandead 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.
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
Sebelum Cross flow Dead end Sebelum Cross flow Dead end
(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.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan1. 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 endmasing-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 endmasing-masing 3,8 NTU; 1,02025 g/ml; & 0,01435 poise. Sedangkan nilai pH air sungai setelah filtrasi dengan tekanan 8 psi menggunakan sistemcross flowadalah 7,71 lebih buruk dibandingkan dengan filtrasi sistemdead end7,55.
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
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. Sugiharto. 1987. “Dasar-DasarPengolahan Air Limbah”. Universitas
Indonesia (UI-Press): Jakarta
2. Metcalfdan Eddy. 1991. “Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse”. 3th ed. McGraw-Hill Book Co: Singapore
3. Mulder, M. 1996.Basic Principles Of Membran Technology. Kluwer Academic Publisher: Netherland
4. 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
5. Hartomo, A.J & M.C. Widiatmoko. 1994. Teknologi Membran Pemurnian Air. Andi Offset: Yogyakarta
6. Saeni, MS. 1989. Kimia Lingkungan. PAU Ilmu Hayat IPB: Bogor
7. Kurniawan, A. 2002. Pengaruh fouling terhadap konduktansi listrik pada proses filtrasi membran polisulfon
[Skripsi]. Departemen Fisika. IPB. Bogor.
8. Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik.Jilid ke-1. Erlangga: Bogor
9. Huriawati, F. 2006.Kajian filtrasi sari buah nanas dengan menggunakan membran selulosa asetat [Skripsi]. Departemen Fisika. IPB. Bogor 10. Damayanti, D. 2005.Kajian pemurnian
larutan gula kasar (raw sugar) menggunakan membran filtrasi dengan sistem aliran silang (cross flow)
[Skripsi]. Fateta. IPB. Bogor
11. Giancoli, D. 1996. Fisika. Ed. Ke-4. Cuk Imawan. Penerjemah. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari :Physics
12. Zemansky, M.W, Dittman R.H. 1986.
Kalor dan Thermodinamika. The How Liong, penerjemah. 10 Bandung 13. Muchtadi, D. 1989.Evaluasi Nilai Gizi
Pangan. Bogor: Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi. IPB