Pengolahan Limbah Cair Tahu Menggunakan Membran Nanofiltrasi Silika Aliran Cross Flow Untuk Menurunkan Kadar Nitrat dan Amonium

(1)

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

(2)

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

(3)

• 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

(4)

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

(5)

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

(6)

Aliran dalam reaktor yang digunakan adalah aliran cross flow

Con’t

Hasil permeat akan dianalisa dan hasilnya akan dibandingkan dengan Peraturan Menteri

Kesehatan No. 416 Tahun 1990 Tentang Syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

Metodologi Penelitian

Sebagian limbah yang dihasilkan dari industri tahu tidak diolah terlebih dahulu

Ide Penelitian

Studi Literatur

Jurnal, textbook, laporan penelitian. Tugas akhir dan karya terdahulu

(11)

Metodologi 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

Pelaksanaan

Penelitian

(12)

Sintesis Silika

Tahapan Ekstraksi _{Tahapan Ekstraksi}

Tahapan Ekstraksi

Tahapan Pembentukan Silicic Acid

Tahapan Ekstraksi

(13)

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}

(14)

(15)

Analisa Limbah Cair Tahu

Nitrat

Amonium

Metode

Brucin

Asetat

Metode

Nessler

Analisa Awal Limbah Cair Tahu

(16)

Hasil Analisa Awal Nitrat

No Jenis Limbah Konsentrasi Nitrat Pertama (mg/l) Konsentrasi Nitrat Kedua (mg/l) Rata-rata 1 100% 5.02 5.40 5.21 2 50% 3.97 4.22 4.09 3 25% 1.03 1.34 1.19

(17)

Hasil Analisa Awal Amonium

No Jenis Limbah Konsentrasi Amonium Pertama (mg/l) Konsentrasi Amonium Kedua (mg/l) Rata-rata 1 100% 19.14 19.41 19.28 2 50% 12.98 12.55 12.77 3 25% 6.24 6.87 6.56

(18)

Pengujian Membran pada Reaktor

Membran kawat stainless Water mur Susunan Letak membran

(19)

Reaktor dengan Aliran

(20)

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

(21)

Pressure Gauge untuk mengetahui besar kecilnya

tekanan. Valve untuk

mengatur besar kecilnya tekanan.

(22)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Nitrat

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% Variasi Membran menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi 5 20 5,21 5,48 -5% 40 5,21 6,23 -20% 60 5,21 7,35 -41% 80 5,21 9,21 -77% 8 20 5,21 5,32 -2% 40 5,21 6,18 -19% 60 5,21 6,99 -34% 80 5,21 8,12 -56% Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 0 20 40 60 80 100 Ko e fie n Rej e k s i (% ) Menit ke- 5 gram 8 gram Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat

(23)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Nitrat

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% Variasi membran menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l) Konsentrasi

Permeat Koefisien Rejeksi

5 20 4,091 4,21 -3% 40 4,091 4,46 -9% 60 4,091 5,32 -30% 80 4,091 6,8 -66% 8 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 -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 0 20 40 60 80 100 Ko e fis ie n Rej e k s i (% ) Menit ke- 8 gram 5 gram Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat

(24)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Nitrat

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%

Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat

Variasi

Membran menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l)

Konsentrasi

5 20 1,19 1,22 -3% 40 1,19 1,67 -40% 60 1,19 1,73 -45% 80 1,19 2,08 -75% 8 20 1,19 1,11 7% 40 1,19 1,45 -22% 60 1,19 1,55 -30% 80 1,19 2,01 -69% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 0 20 40 60 80 100 Ko e fis ie n Rej e k s i (% ) Menit ke- 8 gram 5 gram Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat

(25)

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+ _{+ 2O}

2  NO2- + 2H2O

NO₂- _{+ ½ O}

(26)

-Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Amonium

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Variasi membran menit ke Konsentrasi Awal Amonium (mg/l) Konsentrasi

5 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% 8 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% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 100.00% 0 20 40 60 80 100 Ko e fis ie n Re je k s i (% ) Menit ke- 8 gram 5 gram Grafik Koefisien Rejeksi Amonium

(27)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Amonium

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Variasi Membran menit ke Konsentrasi Awal Amonium (mg/l) Konsentrasi

5 20 12.765 9.48 26% 40 12.765 8.97 30% 60 12.765 5.23 59% 80 12.765 1.8 86% 8 20 12.765 8.83 31% 40 12.765 5.22 59% 60 12.765 2.67 79% 80 12.765 1.92 85% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 20 40 60 80 100 Ko e fis ie n Rej e k s i (% ) Menit ke- 8 gram 5 gram Grafik Koefisien Rejeksi Amonium

(28)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap prosentase Removal Amonium

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Variasi membran menit ke konsentrasi awal Amonium (mg/l) konsentrasi

permeat koefisien rejeksi

5 20 6,563 5,11 22% 40 6,563 4,21 36% 60 6,563 3,79 42% 80 6,563 1,09 83% 8 20 6,563 5,76 12% 40 6,563 4,83 26% 60 6,563 1,99 70% 80 6,563 1,56 76% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 0 20 40 60 80 100 Ko e fis ie n Re je k s i (% ) Menit ke- 8 gram 5 gram Grafik Koefisien Rejeksi Amonium

(29)

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)

(30)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap Nilai Fluks Membran

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% Terjadi penurunan nilai fluks menit ke 5gr 8gr volume (ml) Nilai Fluks volume (ml) Nilai Fluks 20 1,7 5,30 1,85 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 2,54 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0 20 40 60 80 100 Nila i F lu k s ( m l. c m ²/m e n it Menit ke- 8 gram 5 gram

(31)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap Nilai Fluks Membran

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% Terjadi penurunan nilai fluks menit ke 5gr 8gr volume

(ml) Nilai Fluks volume (ml) Nilai Fluks

20 1.75 5.46 1.9 5.93 40 1.6 4.99 1.5 2.34 60 1.25 3.90 1.1 1.14 80 1 3.12 1 0.78 Rata-rata 4.37 2.55 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0 20 40 60 80 100 Nila i F lu k s ( m l. c m ²/m e n it Menit ke 8 gram 5 gram

(32)

Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah

Terhadap Nilai Fluks Membran

Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% Terjadi penurunan nilai fluks menit ke 5gr 8gr volume

(ml) Fluks Nilai volume (ml) Fluks Nilai 20 2.2 6.86 2.35 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 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 0 20 40 60 80 100 Ni la i F lu k s ( m l. c m ²/ m e n it Menit ke 8 gram 5 gram

(33)

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.

(34)

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

(35)

Karakterisasi Membran

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}

Si-O-Si

Spektra FTIR sebelum membran dipakai

(36)

Spektra FTIR setelah membran dipakai

(37)

Analisa Morfologi Membran

(38)

Analisa Morfologi Membran

(39)

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

(40)