i
PROPOSAL
PENELITIAN LABORATORIUM DANA ITS TAHUN 2020
Pengembangan Metode Elektrodialisis Reversal pada Pembuatan Garam Industri dari Bahan Baku Reverse Osmosis Brine Rejection
Tim Pengusul:
Fadlilatul Taufany, ST., Ph.D 1981 07 13 2005 01 1001 Dr. Yeni Rahmawati, ST., MT. 1976 10 20 2005 01 2001
DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ... .i
DAFTAR ISI ... .ii
DAFTAR TABEL ... iii
DAFTAR GAMBAR ... ...iv
BAB I RINGKASAN ... 1
BAB II LATAR BELAKANG ... 2
II.1 Latar Belakang ... 2
II.2 Perumusan dan Pembatasan Masalah ... 4
II.3 Tujuan Penelitian ... 4
II.4 Urgensi Penelitian ... 5
II.5 Target dan Kontribusi Penelitian dan Kesesuaian Skema ... 5
BAB III TINJAUAN PUSTAKA ... 6
III.1 Desalinasi ... 6
III.2 Reverse Osmosis ... 7
III.3 Proses Pre-Treatment ... 8
III.4 Elektrodialisis Reversal ... 10
III.5 Membran Elektrodialisis Reversal ... 11
III.6 Elektroda ... 11
III.7 Elektrolit... 12
III.8 Tegangan ... 12
III.9 Penelitian Terdahulu yang Berkaitan ... 13
III.10 Roadmap penelitian pengembangan metode Electrodialysis Reversal (EDR) pada produksi garam industri dari limbah RO brine rejection ... 14
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 15
IV.1 Garis Besar Penelitian ... 15
IV.2 Alat dan Bahan Penelitian... 15
IV.2.1 Alat Penelitian ... 15
IV.2.2 Bahan Penelitian ... 16
IV.3 Variabel Penelitian pada Rangkaian Elektrodialisis Reversal ... 16
IV.4 Rangkaian Alat Penelitian ... 17
IV.5 Metode Penelitian ... 19
IV.5.1 Tahap Pre-Treatment ... 19
iii
IV.5.2 Tahap Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal ... 20
IV.6 Metode Analisa………...…..24
IV.6.1 Perhitungan Kandungan Ion pada Bahan ... 24
IV.6.2 Pembuatan Larutan Reagen ... 26
IV.6.3 Energi yang dibutuhkan... 27
IV.6.4 % Recovery NaCl ... 28
BAB V JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA ... 29
V.1 Jadwal Penelitian………29
V.2 Rancangan Anggaran Biaya (RAB) Penelitian………...…29
BAB VI DAFTAR PUSTAKA ... 31
BAB VII LAMPIRAN ... 33
iv
DAFTAR TABEL
Tabel III. 1 Teknologi Proses Desalinasi………..7 Tabel III. 2 Komposisi Brine dan Spesifikasi Membran EDR……..…………...…………8 Tabel III. 3 Daftar Penelitian yang Berkaitan……….……...………..13 Tabel IV. 1 Komposisi RO Brine………16
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar III. 1 Skema Proses Desalinasi……….………...………..6
Gambar III. 2 Blok Diagram Proses Reverse Osmosis………...………...8
Gambar III. 3 Skema Proses Elektrodialisis Reversal………...….10
Gambar III. 4 Blok Diagram Proses EDR dalam Pabrik………...…………....….11
Gambar III. 5 Grafik dari penentuan LCD……….…...……….……12
Gambar III.6 Roadmap………...………14
Gambar IV.1 Blok Diagram Proses…..……….………...15
Gambar IV. 2 Skema Unit Elektrodialisis Reversal…...………17
Gambar IV. 3 Skema Peralatan Penelitian Sistem Desalinasi RO Brine dengan EDR ……….…19
Gambar IV. 4 Diagram Alir Pre-Treatment…...………21
Gambar IV. 3 Diagram Alir Tahap Desalinasi dengan alat Elektrodialisis Reversal………23
1
BAB I RINGKASAN
Reverse Osmosis (RO) Brine, merupakan limbah yang dihasilkan pada proses desalinasi yang menggunakan teknologi RO dan memiliki kandungan berbagai ion didalamnya. Pada umumnya RO Brine langsung dibuang kembali ke laut, padahal memiliki potensi besar bila diolah kembali. Produk yang dapat diperoleh dengan mengolah RO Brine salah satunya ialah NaCl. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh proses pre-treatment RO Brine terhadap konsentrasi NaCl dan mempelajari pengaruh flowrate, voltage, jenis elektrolit dan jenis elektroda pada proses elektrodialisis reversal terhadap % recovery NaCl dan konsumsi energi. Dalam mencapai tujuan tersebut, digunakan metode Elektrodialisis Reversal (EDR). Menurut Reig dkk (2014) salah satu metode terbaik yang dapat digunakan untuk mengolah RO Brine kedepannya adalah metode EDR, dimana dalam penelitiannya didapatkan konsentrasi NaCl mencapai 185 g/L dengan konsumsi energi sebesar 0,12 kWh/kg NaCl. Masalah yang dimiliki proses EDR saat ini ialah terbentuknya fouling pada membran yang mengakibatkan penurunan performa membran, sehingga harus dihilangkan. Selain itu, impurities yang berada dalam RO Brine (Ca2+, Mg2+, CO32- dan SO42-) harus dihilangkan untuk meningkatkan kemurnian dari NaCl yang akan didapatkan. Berdasarkan penelitian Sanmartino (2017) dan Söhnel (1978), proses pre-treatment dapat dilakukan untuk mengatasi masalah fouling pada membran. Pre- treatment dilakukan dengan menambahkan senyawa Na2CO3 dapat menghilangkan kandungan Ca2+, NaOH secara bersamaan untuk menghilangkan kandungan Mg2+ dan CO32-
, sedangkan endapan ion SO42- dapat dihilangkan dengan menambahkan senyawa BaCl2. Penelitian dilakukan secara eksperimental dengan menggunakan EDR yang tersusun atas 5 membran Anion Exchange Membrane dan 5 membran Cation Exchange Membrane dengan ketebalan 0,1 mm, dan 1 pasang elektroda dengan jenis karbon dan titanium dipasang di ujung sel dengan jenis elekrolit K2SO4 dan Na2SO4. Serta melakukan pre-treatment sebelum menuju rangkaian EDR dengan NaOH, Na2CO3, BaCl2, HClserta menggunakan koagulan PAC untuk membantu pengendapan. Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah publikasi artikel ilmiah yang dapat dijadikan referensi dalam penelitian atau pengaplikasian oleh industri di Indonesia yang menerapkan teknologi Reverse Osmosis.
Kata kunci: Desalinasi, Elektrodialisis Reversal, Pre-treatment, RO Brine
2
BAB II
LATAR BELAKANG
II.1 Latar Belakang
Garam Industri berperan sangat penting dan menjadi sebuah kebutuhan dalam bidang Industri seperti contohnya pada industri klor-alkali. Garam digunakan sebagai bahan dasar pembuatan gas klorin, soda kaustik, dan berbagai produk lainnya. Selain itu, garam juga digunakan di industri pengolahan logam sebagai pemurni alumunium, di industri sabun sebagai pemisah gliserol dari air, di industri karet sebagai pemisah karet dari getahnya, dan industri-industri lain seperti industri tekstil, minyak, keramik, farmasi, kertas, dan sebagainya (Rismana, 2004). Kebutuhan Garam Industri di Indonesia masih sangat banyak, dapat dilihat dari data Kementerian Kelautan dan Perikanan 2017 untuk jumlah kebutuhan garam industri di Indonesia meningkat dari tahun 2015 hingga 2017 dengan rincian 2,4 juta ton pada tahun 2015; 2,3 juta ton pada tahun 2016; dan 3,5 juta ton pada tahun 2017. Selain itu, jumlah impor garam industri selalu meningkat dari tahun 2015 hingga 2017 dengan rincian 1,8 juta ton pada tahun 2015; 2,0 juta ton pada tahun 2016; dan 2,2 juta ton pada tahun 2017. Sedangkan jumlah produksi garam industri di Indonesia masih sangat terbatas dari tahun 2015 hingga 2017 dengan rincian 2,5 juta ton pada tahun 2015; 0,5 juta ton pada tahun 2016; dan 0,9 juta ton pada tahun 2017. Dilihat dari meningkatnya jumlah kebutuhan garam industri di Indonesia yang tidak diimbangi dengan jumlah produksi yang harusnya semakin meningkat, maka pemerintah harus menangani hal ini dan berupaya agar kebutuhan garam industri di Indonesia dapat selalu terpenuhi.
Indonesia memiliki potensi dalam memenuhi jumlah kebutuhan garam industri.
Banyak industri pembangkit listrik yang memanfaatkan metode Reverse Osmosis (RO) dalam proses desalinasi air laut dalam memproduksi umpan boiler, dan pada proses ini seringkali limbah dari RO yang memiliki kandungan ion-ion di dalamnya seperti: Ca2+, Mg2+, SO42-, CO32-, Na+, dan Cl-, langsung dibuang kembali ke laut. Pembuangan RO Brine ke lingkungan memiliki banyak dampak negatif. Diantaranya ialah polusi termal, penurunan oksigen terlarut dalam laut, eutrofikasi, peningkatan pH, keracunan, dan perusakan biota laut. Hal yang disoroti saat ini ialah bagaimana sebuah industri tidak menghasilkan limbah cair sama sekali, atau dikenal dengan istilah Zero Liquid Discharge (ZLD). Dengan menerapkan ZLD, sebuah industri dapat mengurangi pencemaran lingkungan dan mengalami peningkatan dalam aspek ekonomi. Limbah yang awalnya dibuang kini diolah
3
kembali menjadi sebuah produk baru (Balcik-Canbolat dkk., 2020). Salah satu upaya untuk merelialisasikan hal tersebut adalah pengolahan limbah. Dalam konteks ini, pengolahan limbah RO memiliki berbagai manfaat dimana salah satunya dapat menghasilkan umpan garam industri (NaCl) (Islam dkk., 2018).
Dalam mengolah limbah RO, dapat digunakan beberapa macam metode yang secara garis besar terbagi atas teknologi membrane dan termal. Teknologi tersebut antara lain Forward Osmosis (FO), vacuum membrane distillation (VMD), vacuum-enhanced direct contact membrane distillation (VEDCMD), RO-NF Integrated system, bipolar membrane electrodialysis (BMED), electrodialysis (ED), electrodialysis reversal (EDR), vibratory shear enhanced processing (VSEP), capacitive deionization (CDI), dan sebagainya (Afrasiabi & Shahbazali, 2011). Diantara sejumlah metode untuk mengolah RO Brine, metode pengolahan yang memanfaatkan teknologi membran saat ini yang lebih sering digunakan dan dikembangkan. Hal ini dikarenakan teknologi membran tidak memiliki permasalahan korosi, scaling, serta fouling yang serius seperti pada teknologi termal. Selain itu energi yang dibutuhkan juga jauh lebih rendah dibandingkan dengan teknologi termal, sehingga capital cost yang diperlukan jauh lebih sedikit. Salah satu teknologi membran yang dapat digunakan yaitu electrodialysis (ED) (Islam dkk., 2018).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Reig (2014), ED dapat digunakan untuk meningkatkan konsentrasi RO Brine, konsentrasi NaCl mencapai 185 g/L yang tercapai pada arus 0,35 kA/m2 dengan konsumsi energi sebesar 0,12 kWh/kg NaCl. Namun, ED masih memiliki beberapa kekurangan, salah satunya yaitu efisiensi listrik yang digunakan menurun dari waktu ke waktu, sehingga konsentrasi larutan meningkat secara signifikan serta dapat ditemukannya endapan pada membrane (fouling) (Sandra Casas dkk., 2014).
Untuk mengatasi masalah terbentuknya fouling pada membran, metode Electrodialysis dapat dikembangkan menjadi sebuah metode baru yaitu metode Electrodialysis Reversal (EDR). Proses EDR menggunakan prinsip polarity reversal yang akan mengubah arah aliran arus listrik secara periodik sehingga dapat mencegah terbentuknya endapan pada membran. Dengan berkurangnya fouling pada membran, maka kinerja membran akan menjadi lebih ringan sehingga akan menurunkan konsumsi energi yang digunakan serta dapat memperoleh kemurnian NaCl yang lebih tinggi (Krivosik dkk, 2007). Namun, metode EDR juga belum mampu menghilangkan potensi terjadinya fouling
4
sepenuhnya. Maka dari itu perlu dilakukan pre-treatment RO Brine sebelum diolah meggunakan EDR agar kerja dari membran optimum.
Selain menghilangkan potensi untuk terjadinya fouling, pre-treatment berguna untuk menghilangkan impurities selain NaCl. Kondisi operasi juga mempengaruhi performa dari alat EDR. Berdasarkan (Jaberi & Ghassemi, 2015) tegangan berpengaruh kepada removal ratio dari konsentrasi dilution hingga 0.73, serta sistem recycle dapat membuat recovery dilution meningkat hingga 95 persen. Jenis elektroda dan elektrolit juga sangat berpengaruh dalam konsumsi energi yang digunakan (Altin, 2017). Dari data diatas, kami berhipotesa bahwa tegangan yang diberikan akan di berpengaruh kepada performa dari proses elektrodialisis reversal serta jenis elektroda dan elektrolit yang digunakan akan berpengaruh kepada konsumsi energi yang digunakan. Pada penelitian ini juga digunakan sistem recycle agar recovery dari kandungan NaCl meningkat. Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan dengan dilakukan dan proses pre-treatment dan variasi kondisi operasi terbarukan pada RO Brine yang akan digunakan, didapatkan feed garam industri sehingga dapat membantu memenuhi kebutuhan garam di Indonesia.
II. 2 Perumusan dan Pembatasan Masalah
Berdasarkan uraian di atas, dapat dirumuskan suatu masalah yaitu perlu diketahuinya variabel kondisi operasi (tegangan) yang optimal untuk memperoleh % recovery NaCl yang tinggi. Variasi tegangan yang digunakan pada penelitian kali ini adalah 5, 10 dan 15 Volt.
Tegangan diduga dapat membantu memperoleh % recovery NaCl yang lebih tinggi karena dapat mempengaruhi transpor ion yang terjadi pada sistem EDR. Perlu diketahui juga jenis elektroda dan elektrolit dapat mempengaruhi konsumsi energi dalam proses EDR. Penelitian terkait pre-treatment sebelum dilakukannya proses EDR juga perlu diketahui agar didapatkan feed EDR yang tidak mengandung impurities dan mencegah terjadinya fouling.
Batasan masalah pada penelitian yang dilakukan antara lain:
1. RO Brine yang digunakan dalam penelitian merupakan limbah yang dihasilkan oleh Industri Pembangkit Listrik ‘X’, Paiton
2. Proses pemisahan NaCl dari RO Brine dilakukan dengan metode EDR dengan pre- treatment sebagai pencegah fouling
5 I1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan pada penelitian ini adalah untuk mendapatkan % recovery NaCl serta menghitung konsumsi energi yang dibutuhkan dalam proses EDR dengan mempelajari pengaruh variabel diantaranya:
1. Mempelajari metode pre-treatment RO Brine terbaik sebagai feed desalinasi dengan metode EDR.
2. Mempelajari pengaruh kondisi operasi (tegangan listrik, jenis elektroda, dan jenis elektrolit) pada pengolahan RO Brine dengan proses EDR terhadap % recovery NaCl dan konsumsi energi (kWh/kg NaCl)
1I.4 Urgensi (Keutamaan) Penelitian
Dengan mengolah kembali RO Brine melalui tahapan-tahapan Pre-Treatment serta dilanjutkan dengan metode EDR, maka dari riset ini diharapkan dapat memberikan manfaat:
1. Memberi inovasi bahwa RO Brine dapat diolah kembali menjadi umpan garam Industri yang tiap tahunnya masih impor dan meningkat kebutuhannya
2. Memberi kontribusi pada Industri dalam menerapkan Zero Liquid Discharge agar tidak membuang limbah yang dapat mencemari biota laut.
I1.5 Target dan Kontribusi Penelitian dan Kesesuian Skema
Dampak dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan kondisi operasi pre-treatment terbaik, kondisi operasi tegangan listrik, jenis elektroda, serta jenis elektrolit untuk proses pengolahan RO Brine dengan metode EDR serta menunjang ketersediaan bahan baku garam industri di Indonesia sehingga dapat mengurangi impor garam. Penelitian ini telah sesuai dengan road map penelitian Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, Teknik Kimia, yang terkait dengan topik “Pemberdayaan sumber daya alam: Pengembangan teknologi produksi bahan berbasis sodium yang meliputi NaCl, NaOH, Na2CO3 dengan bahan baku air laut ataupun RO brine rejection. Teknologi produksi tersebut berbasis membrane electrolysis”, demikian juga telah sesuai dengan road map penelitian Pusat Penelitian Infrastruktur dan Lingkungan Berkelanjutan, utamanya pada topik unggulannya “Bio-Based energy: Recovery limbah sebagai material baru. Oleh karenanya penelitian ini disubmit di skema Penelitian Laboratorium.
6
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
III.1. Desalinasi
Desalinasi merupakan proses pengolahan air dengan menghilangkan kandungan garam dari air tersebut. Proses desalinasi dapat dilakukan dalam beberapa cara, namun hasil dari proses yang berbeda tersebut selalu sama, yakni fresh water. Pada umumnya, proses desalinasi menghasilkan 2 aliran, yakni aliran dengan konsentrasi garam yang rendah (fresh water stream) dan aliran dengan konsentrasi garam yang tinggi (concentrate atau brine stream). Diagram dari proses desalinasi adalah sebagai berikut, (Buros, 2000) :
Gambar III. 1 Skema Proses Desalinasi
Proses desalinasi sangat diperlukan untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia.
Berdasarkan World Health Organization (WHO), batas salinitas yang diperbolehkan dalam air untuk digunakan adalah sebesar 500-1000 ppm tergantung dari penggunaan air tersebut.
Sedangkan kadar salinitas dari air yang ada di bumi adalah sebesar 10.000 ppm dan air laut memiliki kadar salinitas mulai dari 35.000-45.000 ppm dalam bentuk total garam terlarut.
Maka dari itu perlu adanya proses desalinasi guna memenuhi batas salinitas yang aman digunakan bagi manusia. Selain itu, seluruh proses desalinasi juga membutuhkan proses chemical pre-treatment untuk bahan baku guna mencegah terjadinya scaling, foaming, fouling, korosi, dan juga pertumbuhan biologis dari mikrobiologi tertentu. (Kalogirou, 2005)
Terdapat berbagai macam metode yang telah ditemukan untuk melakukan proses desalinasi. Teknologi tersebut dapat diklasifikasikan pada tabel berikut:
7
Tabel III.1. Teknologi Proses Desalinasi.
Phase-change Processes
(Thermal Processes) Membrane Processes 1. Multi-stage flash (MSF) 1. Reverse Osmosis (RO)
- RO tanpa recovery - RO dengan recovery 2. Multiple Effect Boiling (MEB) 2. Electrodialysis (ED) 3. Vapor Compression (VC)
4. Freezing
5. Humidification/Dehumidification 6. Solar Stills
Sumber: Youssef, dkk, 2014 Teknologi termal pada umumnya memerlukan kebutuhan energi dan capital cost yang lebih tinggi dibandingkan dengan teknologi membran. Selain itu, teknologi termal memiliki permasalahan korosi, scaling, serta fouling yang lebih serius dibandingkan dengan teknologi membran. Serta dapat menghancurkan pengotor biologis. Namun pada teknologi membran, zat biologis tidak dapat dihancurkan seperti yang terjadi pada teknologi termal, sehingga diperlukan proses pre-treatment dari bahan baku. Proses pre-treatment juga digunakan untuk menghilangkan padatan tersuspensi guna menjadikan membran tahan lama. (Islam dkk., 2018)
III.2. Reverse Osmosis
Reverse Osmosis (RO) adalah suatu metode penyaringan yang dapat menyaring berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan cara memberi tekanan pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran seleksi (lapisan penyaring).
Membran RO tidak memiliki perbedaan pori-pori yang melewati membran dan menetap pada membran komersial yang ekstrem (Greenlee dkk., 2009).
Reverse Osmosis menaikkan tekanan pada larutan garam satu tingkat di atas tekanan osmotik larutan tersebut sehingga diperoleh air melewati proses separasi membran, Filter membran akan memisahkan ion garam dari larutan bertekanan, sehingga menyebabkan hanya air yang dapat melewatinya. Post-treatment pada RO meliputi penghilangan gas terlarut (CO2), dan menstabilisasi pH dengan penambahan garam Ca atau Na (Al-Radif, 1993).
8
Gambar III. 2 Blok Diagram Proses Reverse Osmosis
Komposisi untuk brine yang berasal dari air laut dan komposisi brine yang sesuai dengan membran EDR pada umumnya adalah sebagai berikut:
Tabel III. 2 Komposisi Brine dan Spesifikasi Membran EDR
Sumber : (S. Casas dkk., 2012) III.3. Proses Pre-treatment
Proses pre-treatment merupakan tahapan proses yang sangat penting yang akan mempengaruhi endapan pada membran dan energi yang dibutuhkan. Pada proses pre- treatment pengotor selain Na+ dan Cl- dihilangkan sehingga menurunkan potensi terbentuknya endapan pada membran dan juga akan menurunkan energi yang diperlukan.
Proses pre-treatment meliputi perlakuan secara kimia dan fisika (Sanmartino dkk, 2017).
III.3.1 Natrium Hidroksida (NaOH)
Penambahan NaOH pada proses pre-treatment bertujuan untuk menghilangkan padatan kalsium karbonat dan untuk menetralisasi asam karbonat. Penambahan reagen ini juga bertujuan untuk menghilangkan pengotor Mg(OH)2.Reaksi yang terjadi ialah sebagai berikut:
CO32- + NaOH Na2CO3 + 2OH- ……….(1)
9
Mg2+ + 2NaOH Mg(OH)2 + 2Na+……….(2) Penambahan ini dapat digunakan untuk menangani RO brine yang memiliki karbon tinggi dan rendah kalsium. Selain itu, penambahan NaOH juga bertujuan untuk meningkatkan pH larutan agar tercapai pembentukan padatan Ca2+ ketika larutan ditambahkan dengan reagen Na2CO3. Serta setelah melakukan penambahan NaOH, dilakukan penyaringan dengan kertas saring Fisherbrand™, yang memiliki ukuran pori sebesar 1μm. (Sanmartino dkk., 2017)
III.3.2 Natrium Bikarbonat (Na2CO3)
Penambahan Na2CO3 agar bereaksi dengan ion kalsium Ca2+ untuk membentuk CaCO3 sehingga menghindari terbentuknya endapan CaSO4. Reaksi yang terjadi ialah sebagai berikut
Na2CO3 + Ca2+ CaCO3 + 2Na+……….(3) Penambahan ini dapat digunakan untuk menangani RO Brine dengan alkalinitas yang tinggi dan kandungan karbon yang rendah.(Sanmartino dkk, 2017)
III.3.3 Barium Klorida (BaCl2)
Penambahan BaCl2 dilakukan untuk menghilangkan kandungan sulfat sehingga mengurangi padatan kalsium atau padatan non-karbonat dengan membentuk endapan BaSO4. Reaksi yang terjadi ialah sebagai berikut (Sanmartino, 2017)
SO42- + BaCl2 BaSO4 (s) + 2Cl-……….(4) Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 (s) + 2NaCl……….(5) III.3.4 Asam Klorida (HCl)
Penambahan HCl dilakukan untuk menjaga kondisi pH larutan agar tetap pada kondisi pH 5, agar menghindari terbentuknya endapan garam kalsium. (Sanmartino dkk., 2017)
10 III.4. Elektrodialisis Reversal
Elektrodialisis (ED) merupakan sebuah proses yang menggunakan arus listrik untuk menghilangkan ion garam yang berasal dari larutan. Berdasarkan karakteristiknya, garam dalam larutan terpisah menjadi ion yang bermuatan positif dan ion yang bermuatan negatif.
Ion-ion tersebut nantinya akan dipisahkan dari larutan dengan cara melewatkan arus DC (direct current) diantara sebuah plat katoda dan anoda sambil mengalirkan larutan yang mengandung ion-ion tersebut. Aliran larutan dan lokasi plat anoda-katoda diletakkan dalam posisi tegak lurus. Diantara plat anoda-katoda tersebut nantinya terdapat susunan membran yang spesifik bagi pemindahan ion positif maupun ion negatif.(Balasubramanian, 2013).
Elektrodialisis Reversal (EDR) adalah sebuah variasi dari proses Elektrodialisis (ED), dimana posisi plat katoda dan anoda ditukar beberapa kali dalam kurun waktu 1 jam.
Perlakuan ini disebut juga polarity reversal. Ketika polaritas ditukar, sumber dari air encer dan larutan pekat juga ditukar, sehingga reaksi kimia pada elektroda dapat berubah. Proses polarity reversal ini dapat mencegah pembentukan kerak pada membran. Perancangan alat pada proses EDR ini sama dengan proses ED, hanya saja terdapat instrumen tambahan berupa reversal valve. Proses EDR dapat dilihat dalam gambar berikut : (Krivosik dkk., 2007).
Gambar III. 3 Skema Proses Elektrodialisis Reversal
Proses EDR juga telah diaplikasikan dalam skala pabrik di berbagai negara. Blok diagram dari pilot plant untuk pengolahan air garam dengan menggunakan metode EDR adalah sebagai berikut (Buros, 2000):
11
Gambar III. 4 Blok Diagram Proses EDR dalam Pabrik
III.5. Membran Elektrodialisis Reversal
Teknologi elektrodialisis reversal pada proses desalinasi menggunakan membran yang spesifik. Terdapat dua jenis membran penukar ion yang digunakan pada metode elektrodialisis, yakni cation transfer membrane dan anion transfer membrane. Kedua membran ini merupakan membran ion selective yang berarti memiliki kemampuan untuk membedakan jenis ion-ion yang dapat melewati membran tersebut. Cation transfer membrane atau cation exchange membrane (CEM) merupakan jenis membran yang dapat melewatkan ion bermuatan positif, sedangkan anion transfer membrane atau anion exchange membrane (AEM) merupakan jenis membran yang dapat melewatkan ion bermuatan negatif. Pada umumnya, membran memiliki ketebalan sebesar 0,1 – 0,6 mm tergantung dari produsen masing-masing. (Krivosik dkk., 2007)
III.6. Elektroda
Pada teknologi elektrodialisis reversal, terjadi proses perpindahan dan pemisahan ion yang disebabkan oleh adanya arus listrik (DC). Proses perpindahan dan pemisahan ion ini dibantu oleh sebuah konduktor listrik padat yang membawa arus listrik menuju padatan, cairan, maupun gas. Dalam hal ini, digunakan sebuah elektroda. Elektroda pada proses elektrodialisis reversal biasanya terbuat dari titanium yang dilapisi oleh platinum untuk mencegah terjadinya korosi. Selain platinum dan titanium, elektroda yang biasa digunakan adalah karbon. Karbon memiliki harga yang lebih murah jika dibandingkan dengan platinum dan titanium. Ketiga bahan elektroda tersebut memiliki karakteristik yang sama, yakni bersifat inert. Jangka waktu penggunaan (life span) dari elektroda ini tergantung dari jenis
12
ion yang terdapat pada larutan. Salah satu yang dapat mengurangi umur dari elektroda adalah kandungan klorida dan arus listrik yang terlalu tinggi. (Krivosik dkk., 2007).
III.7 Elektrolit
Jenis elektrolit berpengaruh kepada performa dari Elektrodialisis Reversal karena setiap larutan elektrolit memiliki nilai konduktivitas yang berbeda beda. Ketika elektroda ditempatkan dalam larutan elektrolit dan tegangan diberikan kepada elektroda, elektrolit akan menghantarkan listrik. K2SO4 dan Na2SO4 menjadi variable elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini. Konsentrasi dari elektrolit juga mempengaruhi performa dari metode Elektrodialisis Reversal. Jika konsentrasi larutan dari elektrolit meningkat, maka efisiensi removal dari ion akan semakin meningkat, tetapi penggunaan energi juga akan meningkat (walaupun hanya sedikit). Begitu juga sebaliknya (Altin, 2017)
III.8 Tegangan
Tegangan merupakan daya penggerak dari Elektrodialisis Reversal. Dengan meningkatkan tegangan maka tentunya akan membuat transport ion melalui membran lebih optimum. Tetapi harus diperhatikan bahwa untuk meningkatkan tegangan tidak boleh melebihi batas nilai yang diperbolehkan atau dapat membakar membrane. (Nikbakht dkk., 2007). Untuk mengetahui batasan tegangan yang diperbolehkan, harus mengetahui Limiting Current Density (LCD) terlebih dahulu. Grafik penentuan LCD didapatkan dari percobaan dan membandingkan antara current dan tegangan seperti contoh pada gambar berikut:
Gambar III. 5 Grafik dari penentuan LCD
Dari grafik diatas menunjukkan hasil dari Arus dan Tegangan yang telah dilakukan oleh (Balcik-Canbolat et al., 2020). Garis linear yang meningkat pada arus terjadi saat tegangan dinaikkan dari 1,2 menjadi 15 Volt. Diatas 20 Volt, penurunan tajam terjadi pada
13
slope. Dan saat LCD sudah tercapai, maka kenaikan tegangan atau arus yang melebihi LCD tersebut tidak akan meningkatkan laju perpindahan ion.
III.9. Penelitian Terdahulu yang Berkaitan
Berikut adalah penelitian terdahulu mengenai proses Elektrodialisis Reversal (EDR) dan proses pre-treatment dari RO Brine:
Tabel III.3. Daftar Penelitian yang Berkaitan
No. Penulis Judul Hasil yang Diperoleh Kekurangan 1. (Altin dkk.,
2017)
Comparison of electrodialysis and reverse electrodialysis processes in the removal of Cu(II) from dilute solutions
Efisiensi separasi oleh EDR didapat sebesar 66,63 %, lebih besar disbanding ED sebesar 55,69%
Konsumsi energi EDR lebih besar 2 kali lipat dibandingkan ED
2. (S. Casas dkk, 2012)
Valorisation of Ca and Mg by- products from mining and seawater desalination brines for water treatment applications
Pre-treatment yang dilakukan hanya dapat menghilangkan kadar Ca dan Mg
SO42- dan CO32-masih ada dan tidak dapat dihilangkan, dan akan
mempengaruhi kemurnian NaCl
3. (Korngold dkk., 2005)
Electrodialysis with Brine Solutions Oversaturated with Calcium Sulfate, Desalination
Proses elektrodialisis yang dilakukan dapat meningkatkan
konsentrasi RO Reject sebesar 12-20%.
Dapat menyebabkan endapan SO42-
dan tidak dapat dihilangkan
14 III.10 Road Map
Salah satu permasalahan utama di pembangkit listrik, yang menggunakan RO pada porses desalinasi dalam memproduksi air demin, adalah limbah RO brine rejection. Riset yang dikembangkan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, Teknik Kimia ini, salah satunya adalah mengembangkan metode Electrodialysis Reversal (EDR) untuk merecovery NaCl pada limbah RO brine rejection menjadi produk garam NaCl berkualitas garam industri. Proses EDR pada prinsipnya menggunakan polarity reversal yang akan mengubah arah aliran arus listrik secara periodik sehingga dapat mencegah terbentuknya endapan / fouling pada membran, sehingga dapat menurunkan konsumsi energi secara drastis, dan dapat memperoleh kemurnian NaCl yang lebih tinggi. Selain metode EDR, juga dikembangkan metode pre-treatment RO Brine sebelum diolah meggunakan EDR agar kerja dari membran optimum. Road map penelitian metode Electrodialysis Reversal (EDR) ini, diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan impor garam industri dan secara simultan mengatasi limbah RO brine rejection pada industri pembangkit listrik.
Gambar III.6. Roadmap penelitian pengembanganmetode Electrodialysis Reversal (EDR) pada produksi garam industri dari limbah RO brine rejection.
15
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
IV.1 Garis Besar Penelitian
Garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilakukan secara eksperimen. Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, Teknik Kimia, ITS.
Penelitian mengenai pengolahan limbah RO Brine dengan Pre-Treatment serta dilanjutkan dengan metode EDR ini bertujuan antara lain untuk mempelajari pengaruh Jenis Elektrolit, Jenis Elektroda serta Tegangan dan mengetahui Pre-Treatment terbaik dalam menghilangkan impurities. Penelitian ini akan terbagi menjadi dua tahapan proses, yaitu tahap Pre-Treatment, tahap Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal. Pada tahap Pre-Treatment dilakukan penambahan dari beberapa reagen kimia dengan tujuan untuk mengendapkan impurities yang ada didalam RO Brine dan untuk mengurangi beban dari rangkaian alat EDR
Tahapan berikutnya adalah Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal dimana feed dimasukkan kedalam rangkaian alat EDR. Tegangan akan diberikan kepada Anoda dan Katoda pada ujung alat EDR kemudian didalam rangkaian alat EDR akan terjadi perpindahan muatan electron ke Anion Exchange Membrane (AEM) dan Cation Exchange Membrane (CEM). Akan dilakukan pergantian arus per 10 menit per variabel. Kemudian aka nada dua kompartmen yang berbeda yang menampung air bersih dan concentrated.
Kemudian akan dilakukan tahapan seperti berikut:
Gambar IV.1 Blok Diagram Proses IV.2 Alat dan Bahan Penelitian
IV.2.1 Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan antara lain:
1. Rangkaian EDR
a. 5 membran CEM b. 5 membrane AEM
Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal
Pre-Treatment pada RO Brine
16 c. Karbon Grafit
d. Titanium dilapisi Platinum e. Valve
f. Pompa feed
g. Pompa untuk Recycle 2. Rangkaian Pretreatment
a. Flocculator b. Thermometer c. Hot Plate dan Stirrer 3. Neraca Analitis
4. Labu Erlenmeyer 6. Labu Takar
7. Kertas Saring 1μm 8. Kertas Saring 9. Corong Glass 10. Pipet Ukur 11. Pengaduk Kaca 12. Gelas Ukur 13. Karet Penghisap 14. Alumunium Foil 15. Beaker Glass 16. Kaca Arloji
IV.2.2 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Natrium Bikarbonat (Na2CO3) teknis 0,1 M 2. Natrium Hidroksida (NaOH) teknis 1 M 3. Barium Klorida (BaCl2) teknis 0,1 M 4. Poly Aluminium Chloride (PAC) 6%
5. Natrium Sulfate Larutan (Na2SO4) 6. Potassium Sulfate (K2SO4)
7. Kertas Saring (Whattman 1 μm dan konvensional) 8. RO Brine dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel IV.1 Komposisi RO Brine
Ca2+ Mg2+ Na+ Cl- CO32- SO42- NaCl TDS SWRO Brine
(ppm) 186,25 3.213,89 11.744, 39
27.313,
51 280 249,77 45.067,
2915 58451
IV.3 Variabel Penelitian Pada Rangkaian EDR
Adapun variabel dan kondisi operasi yang digunakan pada penelitian ini yaitu:
a. Parameter Operasi
1. Tekanan 760 mmHg 2. Suhu 30 oC
3. Ketebalan elektroda sebesar 2 mm
17
4. Luas permukaan elektroda dan membran 64 cm2 5. Jenis membran berupa AEM dan CEM
6. Jenis reagen pre-treatment berupa NaOH, Na2CO3, BaCl2, dan HCl 7. Jenis koagulan berupa Poly Aluminium Chloride (PAC)
8. Kecepatan aliran feed RO Brine sebesar 40 L/h b. Variabel Independen
1. Perbandingan ekses reagen pre-treatment Na2CO3 sebesar 0% dan 25%
2. Tegangan operasi sebesar 5, 10, 15 Volt
3. Jenis elektroda berupa karbon grafit dan titanium dilapisi platinum
4. Jenis elektrolit berupa Na2SO4 dan K2SO4 masing masing dengan konsentrasi 0.1 M dan 0.3 M
c. Variabel Dependen
1. Jumlah konsumsi energi yang dibutuhkan (kWh/kg NaCl) 2. Konsentrasi NaCl (g/L)
3. % recovery NaCl
IV.4 Rangkaian Alat Penelitian
Pada penelitian ini, proses regenerasi akan dibuat sesuai dengan konsep pada skema berikut:
Gambar IV.2 Skema Unit Elektrodialisis Reversal (Lingkaran Merah) Dilengkapi dengan Proses Pre-Treatment)
18 Keterangan:
T-1 = Tangki Penampung RO Brine T-2 = Tangki Pencampuran Reagen Pre-Treatment 1 dan RO Brine T-3 = Tangki Reagen NaOH
T-4 = Tangki Pencampuran Reagen Pre-Treatment 2 dan RO Brine T-5 = Tangki Reagen Na2CO3
F-1 = Clarifier Proses Pre-Treatment 1 dan 2 T-6 = Tangki Penampung ENdapan Hasil Pre-Treatment 1 dan 2
T-7 = Tangki Pencampuran Reagen Pre- Treatment 3 dan RO Brine
T-8 = Tangki Reagen BaCl2
F-2 = Clarifier Proses Pre-Treatment 3 T-10 = Tangki Penampung RO Brine Hasil Pre-Treatment
R-1 = Rotameter RO Brine ke Unit EDR EDR-1 = Unit Elektrodialisis Reversal T-11 = Tangki Larutan Elektrolit T-12 = Tangki Larutan Desalinated T-13 = Tangki Larutan Concentrated
19
P-10 R-1
P-11
AC
VC WI
AC DC
AC DC
VC WI
T-10
T-13
EDR-1
T-11 T-12 ANODE
CATHODE
Gambar IV. 3 Skema Peralatan Penelitian Sistem Desalinasi RO Brine dengan EDR IV. 5 Metode Penelitian
IV.5.1 Tahap Pre-Treatment
Tahap Pre-Treatment ini bertujuan untuk mengurangi impurities yang ada didalam RO Brine.
Langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Menyusun rangkaian alat penelitian untuk unit pre-treatment.
2. Melakukan Analisa kandungan ion pada Reverse Osmosis Brine
3. Melakukan proses pre-treatment kedua dengan menambahkan larutan NaOH sesuai dengan perhitungan secara stoikiometris pada feed yang telah melalui tahap pre-treatment pertama hingga terbentuk endapan Mg(OH)2 dan Na2CO3 serta dengan pengadukan selama 1 jam. Lalu menyaring larutan dengan kertas saring Whattman 1μm.
4. Melakukan proses pre-treatment pertama dengan menambahkan larutan Na2CO3 dengan kondisi suhu 50oC dan jumlah sesuai dengan hasil perhitungan secara stoikiometris pada feed untuk mengendapkan ion Ca2+ menjadi endapan CaCO3 serta dilakukan dengan pengadukan selama 1 jam
5. Menambahkan PAC secara perlahan sebagai koagulan pada feed yang telah melalui tahap pre- treatment kedua serta sambil diaduk selama 15 menit.
6. Menunggu waktu presipitasi selama 30 menit. Kemudian menyaring dengan kertas saring
VC :Voltage Controller :Watt Indicator :converter AC/DC
ACDC
WI
20
7. Melakukan proses pre-treatment ketiga dengan menambahkan larutan BaCl2 pada feed yang telah melalui tahap pre-treatment ketiga dengan kondisi diaduk selama 50 menit hingga terbentuk endapan BaSO4.
8. Menyaring presipitan dengan menggunakan kertas saring.
9. Menambahkan HCl untuk menjaga agar pH tetap 5.
10. Mengulang kembali langkah 2-8 dengan variasi variabel bebas yang telah ditentukan.
11. Mengalirkan hasil pre-treatment pada tangki penampung RO Brine hasil pre-treatment.
IV.5.2 Tahap Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal
Tahap Desalinasi ini bertujuan untuk membuat mendapatkan NaCl pada aliran concentrated dengan cara:
1. Menyusun rangkaian alat penelitian dengan proses elektrodialisis reversal yang terdiri dari 5 buah sel yang disusun secara horizontal (sesuai Gambar IV.3).
2. Mengisi sel elektrodialisis reversal dengan mengalirkan Na2SO4 0.1 M sebagai larutan elektrolit pada katoda serta anoda.
3. Menggunakan Karbon-grafit sebagai anoda dan katoda
4. Mengalirkan RO Brine hasil pre-treatment pada unit elektrodialisis reversal dengan rate sebesar 40 L/h untuk running pertama
5. Menyalakan power supply pada unit elektrodialisis reversal dengan tegangan 5 Volt untuk running pertama.
6. Melakukan perubahan arah aliran arus pada unit elektrodialisis reversal setiap 10 menit.
7. Mengulang kembali langkah 3-6 dengan variable tegangan sebesar 10 Volt dan 15 Volt serta jenis elektroda dan elektrolit yang sesuai variabel independen.
21
Mulai
Menyusun rangkaian alat penelitian dengan proses elektrodialisis reversal (sesuai Gambar III.2)
Melakukan analisa ion yang ada pada feed (RO Brine)
Melakukan proses pre-treatment 1 dengan menambahkan reagen NaOH ke dalam feed
disertai pengadukan selama 1 jam
Menyaring presipitan dengan menggunakan kertas saring
Melakukan proses pre-treatment 2 dengan menambahkan reagen Na2CO3 ke dalam feed hasil pre-treatment 1 dengan jumlah ekses 0%
disertai pengadukan selama 1 jam
Menunggu waktu presipitasi 30 menit kemudian menyaring dengan kertas saring
Melakukan proses pre-treatment 3 dengan menambahkan reagen BaCl2 ke dalam feed disertai pengadukan selama
50 menit
A
Menambahkan PAC ke dalam feed hasil pre-treatment 1 dan 2 disertai pengadukan selama 15 menit
B
22
Menyaring presipitan dengan menggunakan kertas saring
Selesai Purified RO Brine
Diulang untuk variabel ekses Na2CO3 25%
B A
Menambahkan HCl untuk menjaga pH tetap 5
Gambar IV.4 Diagram Alir Pre-Treatment
23
Mulai
Purified RO Brine
Mengalirkan RO Brine hasil pre-treatment pada unit elektrodialisis reversal
Melakukan perubahan arah aliran arus pada unit elektrodialisis reversal setiap 10 menit
Mengatur flowrate sebesar 40 L/h
Mengatur tegangan pada 5 Volt
Energi dan % recovery NaCl Mengisi sel elektrodialisis reversal dengan mengalirkan Na2SO4 sebagai larutan elektrolit
pada anoda dan katoda
Meletakkan anoda katoda berupa karbon grafit pada tempat anoda dan katoda
Selesai
Diulangi untuk variasi elektroda titanium Diulangi untuk variasi
elektrolit K2SO4 Diulangi untuk variasi tegangan 10 dan 15 Volt
Gambar IV.5 Diagram Alir Tahap Desalinasi dengan Unit Elektrodialisis Reversal
24 IV.6 Metode Analisa
IV.6.1 Perhitungan Kandungan Ion pada Bahan
IV.6.1.1 Perhitungan kandungan ion Ca2+ dan Mg2+ dengan EDTA Langkah dari analisa kandungan ion Ca2+ dan Mg2+ adalah sebagai berikut:
1. Melakukan standarisasi untuk EDTA
a. Menyiapkan larutan EDTA sebanyak 5 mL pada labu erlenmeyer 25 mL
b. Menambahkan 5 mL larutan KOH pada larutan EDTA sehingga pH larutan berubah menjadi 12-12,5
c. Menambahkan sedikit indikator calcein hingga larutan berubah warna menjadi merah anggur
d. Menambahkan larutan CaCl2 hingga larutan berubah warna menjadi biru, lalu mencatat volume CaCl2 yang digunakan
2. Menghitung jumlah Ca2+ dan Mg2+ pada sampel sebagai titik akhir pertama
a. Menambahkan indikator calcein dan larutan EDTA pada sampel, larutan akan berubah menjadi warna merah anggur
b. Melakukan titrasi balik larutan sampel dengan larutan CaCl2 hingga larutan berubah menjadi warna biru, lalu mencatat volume CaCl2 yang digunakan
3. Menghitung jumlah Mg2+ pada sampel sebagai titik akhir kedua
a. Menambahkan KOH pada larutan sampel sehingga pH larutan menjadi 13,5 dan terbentuk presipitasi Mg(OH)2 dan warna larutan menjadi merah anggur
b. Melakukan titrasi balik larutan sampel dengan larutan CaCl2 hingga larutan berubah menjadi warna biru, lalu mencatat jumlah CaCl2 yang digunakan
4. Menghitung jumlah Ca2+ pada sampel 5. Mengkonversi meq/L menjadi mg/100g 6.
Perhitungan dari proses analisa ini adalah sebagai berikut:
Standarisasi EDTA Molaritas larutan CaCl2
M = Massa Padatan CaCl2 (gram)
Berat Molekul CaCl2 (molg )x Volume akhir larutan (L)𝑥 kemurnian CaCl2 (%) (IV-1)
25 Molaritas larutan EDTA
Vol EDTA (mL) x Molaritas EDTA (M) = Vol Ca2+ (mL) x MolaritasCa2+ (M) (IV-2) Volume CaCl2 diperlukan untuk 1 mL EDTA
1 mL x Molaritas EDTA (M) = Vol Ca2+ (mL) x MolaritasCa2+ (M) (IV-3)
Perhitungan kandungan Ca2+ dan Mg2+ (titik akhir pertama) Volume EDTA yang terikat pada Ca2+ dan Mg2+ pada sampel Volume EDTA pada Ca (mL) = volume larutan CaCl2 terpakai (mL)
volume larutan CaCl2 untuk 1 mL EDTA (mL) (IV-4) Vol EDTA ekivalen (mL) =Total EDTA ditambahkan (mL) – EDTA pada Ca (mL)
Perhitungan kandungan Ca2+ (titik akhir kedua) Volume EDTA yang terikat pada Mg2+ pada sampel
EDTA ekivalen (mL) = volume larutan CaCl2 terpakai (mL)
volume larutan CaCl2 untuk 1 mL EDTA (mL) (IV-5)
Perhitungan jumlah Ca2+ pada sampel
Meq Ca/L = meq (Ca+Mg)/L – meq Mg/L (IV-6)
Konversi meq/L menjadi mg/100g
Molaritas Ca atau Mg =ekivalen Ca atau Mg/L
2 (IV-7) IV.6.1.2 Perhitungan kandungan NaCl dengan titrasi argentometri
Langkah dari analisa kandungan NaCl ialah sebagai berikut 1. Membuat Larutan Baku AgNO3 0,1 N
a. Menimbang 11 gram AgNO3 murni pada cawan
b. Memanaskan dengan oven pada suhu 100-110oC selama 1 jam
26
c. Menimbang 8,5 gram AgNO3 yang telah dipanaskan d. Melarutkan dengan 50 ml aquadest pada beaker glass e. Mengencerkan hingga 500 ml dengan labu ukur 2. Pembakuan Larutan AgNO3 0,1 N dengan NaCl
a. Menimbang 4 gram NaCl dengan gelas arloji
b. Mengeringkan dengan oven pada suhu 105-110oC selama 2 jam
c. Mengeringkan dengan eksikator hingga suhu sama dengan suhu udara luar d. Menimbang 2,92 gram NaCl
e. Mengencerkan hingga 500 ml dengan labu ukur
f. Memipet 25 ml larutan ke dalam erlenmeyer dan menambahkan 1 ml K2CrO4 5%
3. Penentuan kadar NaCl
a. Mengencerkan larutan sampel dengan faktor pengenceran 500 kali
b. Memindahkan 50 ml larutan ke dalam erlenmeyer dan menambahkan 5 tetes K2CrO4 5%
c. Melakukan titrasi dengan AgNO3 hingga larutan berubah warna menjadi merah bata d. Mencatat volume AgNO3 yang digunakan
IV.6.2 Pembuatan Larutan Reagen
Kebutuhan dari reagen ditentukan dari hasil analisa kandungan ion yang terdapat pada RO Brine.
Kebutuhan tersebut dihitung secara stoikiometri berdasarkan reaksi yang terjadi antara reagen dan ion- ion tertentu. Reaksi yang terjadi pada proses pre-treatment terdapat pada Bab III. Untuk pembuatan larutan dapat dilakukan dengan cara berikut:
Pembuatan Larutan dari Padatan (Standar Primer) g =M x Mr x V
1000 (IV-8)
g = Massa Padatan (gram)
M = Molaritas Reagen yang Diinginkan (M) Mr = Massa Molekul Relatif Zat (gram/gmol) V = Volume Larutan (mL)
27
Pembuatan Larutan dari Pengenceran Larutan Pekat (Standar Sekunder)
V1 x M1 = V2 x M2 (IV-9)
V1 = Volume Larutan Pekat (mL)
V2 = Volume Larutan Standar/Aquadest (mL) M1 = Molaritas Larutan Pekat (M)
M2 = Molaritas Larutan yang Diinginkan (M)
IV.6.3 Energi yang Dibutuhkan
Analisa untuk energi yang dibutuhkan dilakukan dengan melakukan perhitungan.
Langkah Analisa:
a. Melakukan pembacaan tegangan listrik yang digunakan pada percobaan b. Melakukan pembacaan daya listrik yang digunakan pada percobaan
c. Melakukan perhitungan untuk mencari banyaknya arus yang digunakan dengan menggunakan rumus berikut :
𝐼 =𝑃
𝑈 (IV-10)
I = Arus Listrik (A) P = Daya Listrik (W) U = Tegangan Listrik (V)
d. Melakukan perhitungan dengan rumus sebagai berikut dengan berat garam yang diukur dari TDS hasil proses EDR :
E = P 𝑥 Δ𝑡
𝑊 (IV-11)
E = Konsumsi Energi (kWh/kg NaCl) Δt = Waktu (h)
W = Berat garam (g) P = Daya (Watt)
28 IV.6.4 Percent Recovery NaCl
Analisa percent recovery dilakukan dengan cara membandingkan kandungan NaCl yang ada pada larutan hasil EDR dengan kandungan NaCl pada larutan RO Brine yang telah melalui proses pre- treatment.
Langkah Analisa:
a. Mengukur TDS dari RO Brine yang telah melalui proses pre-treatment b. Mengukur TDS dari larutan hasil EDR
c. Melakukan perhitungan dengan menggunakan rumus berikut :
% 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑣𝑒𝑟𝑦 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝐸𝐷𝑅 (𝑔)
𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑅𝑂 𝐵𝑟𝑖𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝐸𝐷𝑅 (𝑔)𝑥 100% (IV-12)
29 BAB V
JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA PENELITIAN
V.1. Jadwal Penelitian
No Kegiatan
Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober
4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1
Studi Literatur (Penelitian- penelitian terdahulu,
Fundamental dan Operasional Elektrodialisis Reversal, Faktor-
faktor yang mempengaruhi pertukaran ion )
2
Perancangan alat (Rangkaian Elektrodialisis Reversal dan Pre
Treatment)
3 Pembelian Alat dan
Bahan
4
Persiapan Pre Treatment (menguji
mana yang paling baik untuk menghilangkan
impurities)
5
Uji dengan metode Elektrodialisis
Reversal
6 Analisis hasil
(Analisis ICP-OES)
7 Pembuatan
Kesimpulan
8 Publikasi Hasil
V.2 Rancangan Anggaran Biaya (RAB) Penelitian
1. Peralatan Penunjang
Peralatan Desalinasi dengan Elektrodialisis Reversal
Material Kuantitas Unit Harga Satuan (Rp) Nilai (Rp)
Sumber Tegangan 1 set Rp300.000,00 Rp300.000,00
Selang 10 buah Rp5.000,00 Rp50.000,00
Pompa 2 set Rp70.000,00 Rp140.000,00
Rotameter 1 buah Rp200.000,00 Rp200.000,00
Kabel Listrik 5 set Rp5.000,00 Rp25.000,00
Kassa Membrane 2 buah Rp500.000,00 Rp1.000.000,00
Kotak membrane dari
stainless steel 10
buah Rp500.000,00 Rp5.000.000,00
Membrane CEM 1
buah Rp5.000.000,00 Rp5.000.000,00 Membrane AEM 1 buah Rp10.000.000,00 Rp10.000.000,00
Solder 1 buah Rp35.000,00 Rp35.000,00
Refraktometer 1 buah Rp400.000,00 Rp400.000,00
30
SUB TOTAL (RP) Rp22.150.000,00
2. Barang Habis Pakai
Material Kuantitas Unit Harga Satuan (Rp) Nilai (Rp)
NaOH 1 kg Rp400.000,00 Rp400.000,00
Na2CO3 1 kg Rp650.000,00 Rp650.000,00
BaCl2 1 kg Rp600.000,00 Rp600.000,00
HCl 1 kg Rp500.000,00 Rp500.000,00
Aquadest 10 L Rp10.000,00 Rp100.000,00
Kertas Saring 2 pax Rp200.000,00 Rp400.000,00
Kertas Saring 1μm 1 pax Rp1.100.000,00 Rp1.100.000,00
Sarung Tangan Latex 1 pax Rp55.000,00 Rp55.000,00
SUB TOTAL (RP) Rp3.805.000,00
3. Analisa
Analisa Kuantitas Unit Harga Satuan (Rp) Nilai (Rp)
ICP-OES 24 kali Rp525.000,00 Rp12.600.000,00
SUB TOTAL (RP) Rp12.600.000,00
4. Lain-lain
Kegiatan Kuantitas Unit Harga Satuan (Rp) Nilai (Rp) Laporan kemajuan
akhir 10
laporan Rp35.000,00 Rp350.000,00 Biaya Pendaftaran
Seminar 1
submit Rp2.000.000,00 Rp2.000.000,00 Biaya Seminar
Internasional 1
makalah Rp5.000.000,00 Rp5.000.000,00
Hotel 1 kamar Rp600.000,00 Rp600.000,00
Transportasi 1 transportasi Rp1.000.000,00 Rp1.000.000,00
SUB TOTAL (RP) Rp8.950.000,00
5. Belanja Honorarium
Item Honor Volume Honor/Jam Harga Satuan (Rp) Nilai (Rp) Asisten Peneliti
40 Rp25.000,00 Rp1.000.000,00 Rp1.000.000,00 Nama : I Wayan Restu
Surya Krishna NRP :
02211640000082
Asisten Peneliti
40 Rp25.000 Rp1.000.000,00 Rp1.000.000,00 Nama : Pradnya
Paramita Savira K.S.
NRP :
02211640000084
SUB TOTAL (RP) Rp2.000.000,00
TOTAL ANGGARAN YANG DIBUTUHKAN Rp49.505.000,00
31
BAB VI
DAFTAR PUSTAKA
Afrasiabi, N., & Shahbazali, E. 2011. Ro brine treatment and disposal methods.
Desalination and Water Treatment, (35): 39–53.
Al-Radif, A. 1993. Review of various combinations of a multiple effect desalination plant (MED) and a thermal vapour compression unit. Desalination, (93): 119–125.
Balasubramanian. 2013. IPA-Under Creative Commons license 3.0 A brief review on best available technologies for reject water (brine) management in industries.
International Journal of Environmental Sciences, (3): 2010–2018.
Balcik-Canbolat, C., Sengezer, C., Sakar, H., Karagunduz, A., & Keskinler, B. 2020. A study on near zero liquid discharge approach for the treatment of reverse osmosis membrane concentrate by electrodialysis. Environmental Technology (United Kingdom), (41): 440–449.
Buros, O. K. 2000. The ABCs of Desalting. International Desalination Association,Topsfield, Mass, (2): 1–32.
Casas, S., Aladjem, C., Cortina, J. L., Larrotcha, E., & Cremades, L. V. 2012. Seawater Reverse Osmosis Brines as a New Salt Source for the Chlor-Alkali Industry:
Integration of NaCl Concentration by Electrodialysis. Solvent Extraction and Ion Exchange, (30): 322–332.
Casas, Sandra, Aladjem, C., Larrotcha, E., Gibert, O., Valderrama, C., & Cortina, J. L.
2014. Valorisation of Ca and Mg by-products from mining and seawater desalination brines for water treatment applications. Journal of Chemical Technology and
Biotechnology, (89): 872–883.
Greenlee, L. F., Lawler, D. F., Freeman, B. D., Marrot, B., & Moulin, P. 2009. Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and today’s challenges. Water Research, (43): 2317–2348.
Islam, M. S., Sultana, A., Saadat, A. H. M., Islam, M. S., Shammi, M., & Uddin, M. K.
2018. Desalination Technologies for Developing Countries: A Review. Journal of Scientific Research, (10): 77–97.
32
Jaberi, M., & Ghassemi, A. 2015. Optimization of Electrode Design for Electrodialysis Reversal.
Kalogirou, S. A. 2005. Seawater desalination using renewable energy sources. Progress in Energy and Combustion Science, (31), 242–281.
Korngold, E., Aronov, L., Belayev, N., & Kock, K. 2005. Electrodialysis with brine solutions oversaturated with calcium sulfate. Desalination, (172): 63–75.
Krivosik, P., Mo, N., Kalarickal, S., & Patton, C. E. 2007. Theory and applications. 1–13.
Nikbakht, R., Sadrzadeh, M., & Mohammadi, T. 2007. Effect of operating parameters on concentration of citric acid using electrodialysis. Journal of Food Engineering, (83), 596–604.
Reig, M., Casas, S., Aladjem, C., Valderrama, C., Gibert, O., Valero, F., Centeno, C. M., Larrotcha, E., & Cortina, J. L. 2014. Concentration of NaCl from seawater reverse osmosis brines for the chlor-alkali industry by electrodialysis. Desalination, (342), 107–117.
Rismana, E. 2004. Manfaat Rasa Asin Bagi Kesehatan. Diakses pada 2 Februari 2020.
<www.pikiranrakyat.com>.
Sanmartino, J. A., Khayet, M., García-Payo, M. C., El-Bakouri, H., & Riaza, A. 2017.
Treatment of reverse osmosis brine by direct contact membrane distillation:
Chemical pretreatment approach. Desalination, (420): 79–90.
Söhnel, O., & Mareček, J. 1978. Precipitation of magnesium hydroxide. Kristall Und Technik, (13): 253–262.
33
Bab VII
Biodata Tim Peneliti
1. Biodata Ketua A. Data Umum
1 Nama Lengkap (dengan
gelar) Fadlilatul Taufany, ST., PhD 2 Jenis Kelamin Laki-laki
3 Jabatan Fungsional Lektor 4 NIP/NIK/Identitas
lainnya 198107132005011001
5 NIDN 0013078103
6 Tempat, Tanggal Lahir Mojokerto, 13 Juli 1981 7 E-mail [email protected] 8 Nomor Telepon/HP 62-31-5946240 / 62-821-31391690
9 Alamat Kantor Jurusan Teknik Kimia, Gedung N Lantai II, Kampus ITS Sukolilo - Surabaya 60111
10 Nomor Telepon/Faks 62-31-5999282
11 Kompetensi Oil & Gas Process Engineer
12 Mata Kuliah yang Diampu
1. Thermodinamika Teknik Kimia 2. Operasi Teknik Kimia
3. Matematika Teknik Kimia 4. Proses Perpindahan
5. Desain Pabrik Kimia dan Ekonomi 6. Manajemen Pabrik Kimia
7. Analisa Pengolahan Data
