BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teknologi Membran
Membran adalah selaput semi permeabel yang melewatkan spesi tertentu dan menahan spesi yang lain berdasarkan ukuran spesi yang akan dipisahkan. Spesi yang berukuran besar akan tertahan dan yang ukurannya lebih kecil akan dilewatkan (Mulder, 1996). Spesi tersebut dapat bersifat homogen atau heterogen dan dapat berupa padatan, cairan atau gas. Perpindahan dapat terjadi oleh adanya gaya dorong (driving force) dalam umpan yang berupa beda tekanan (∆P), beda konsentrasi (∆C), beda potensial listrik (∆E), dan beda temperatur (∆T) serta selektifitas membran yang dinyatakan dengan rejeksi (R). Gambar 2.1. memperlihatkan skema proses pemisahan dengan membran (Mulder, 2006).
Gambar 2.1. Skema Pemisahan dengan Membran fasa 1 membran fasa 2
umpan permeat driving force ΔC, ΔP, ΔT, ΔE, R
Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain, antara lain:
1. Pemisahan dapat dilakukan secara continue 2. Konsumsi energi umumnya relatif rendah
3. Proses membran dapat dengan mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya (hybrid processing)
4. Pemisahan dapat dilakukan dengan kondisi operasi yang dapat diatur 5. Mudah dalam scale up
6. Tidak memerlukan bahan tambahan
7. Pemakaiannya mudah diadaptasikan karena material penyusun membran yang bervariasi
Kekurangan teknologi membran antara lain fluks permeasi dan selektifitas membran pada umumnya terjadi fenomena bahwa fluks permeasi berbanding terbalik dengan selektifitas membran. Semakin tinggi fluks permeasi seringkali berakibat menurunnya selektifitas membran dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah mempertinggi fluks permeasi dan selektifitas membran.
Teknik-teknik yang digunakan pada proses pembuatan membran antara lain sintering, stretching, track-etching, template-leaching dan inversa fasa. Proses pembuatan membran filtrasi umumnya menggunakan metoda inversa fasa, yaitu perubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi fasa padatan. Dibanding dengan teknik yang lain inversa fasa mempunyai kelebihan diantaranya mudah dilakukan, pembentukan pori dapat dikendalikan dan dapat digunakan pada berbagai macam polimer (Wenten, 1999).
2.1.1. Membran dan Klasifikasinya
Secara umum membran didefinisikan sebagai selaput tipis semi-permeabel yang bersifat selektif terhadap komponen tertentu dalam suatu campuran. Proses pemisahan dengan membran yang telah dikembangkan hingga kini adalah
mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, osmosa balik, dialisis, elektrodialisis, pemisahan gas, dan pervaporasi (Mulder, 2006).
Mulder (1996) dan Wenten (1999) menyatakan bahwa membran dapat diklasifikasikan berdasarkan keberadaan (eksistensi), morfologi, fungsi, dan bentuk. Berdasarkan keberadaannya membran dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu : (1) membran alamiah yang terdapat di dalam jaringan tubuh organisme, berfungsi melindungi isi sel dari pengaruh lingkungan dan membantu proses metabolisme, (2) membran sintetik yang dibuat secara sengaja untuk kebutuhan dan disesuaikan dengan sifat membran alamiah. Membran sintetik dapat dibuat dari polimer seperti polikarbonat, polipropilen, polietilen, poliamida, nilon, selulosa asetat dan polisulfon. Bahan-bahan lain yang dapat digunakan antara lain keramik, gelas, logam, dan lain-lain.
Berdasarkan struktur (morfologi), membran dibagi menjadi dua jenis yaitu membran simetris dan asimetris. Membran simetris tersusun atas satu macam lapisan (homogen) dengan ketebalan 10 – 200 μm. Membran jenis ini dapat menahan hampir semua partikel umpan dalam pori-porinya sehingga dapat tersumbat dan menurunkan permeabilitas dengan cepat. Membran asimetris terdiri dari lapisan tipis yang aktif dan beberapa lapisan pendukung yang berpori di bawahnya (heterogen). Ukuran dan kerapatan porinya tidak sama dari bagian atas ke bagian bawah. Ketebalan lapisan tipisnya adalah 0,1 – 0,5 μm dan lapisan pendukungnya 50 – 150 μm.
Membran digolongkan dua kelompok, berdasarkan ada tidaknya pori yaitu membran berpori (porous membran) dan membran tidak berpori (dense membran). Jenis-jenis membran dan strukturnya dapat dilihat pada Gambar 2.2. Membran berpori digunakan untuk pemisahan partikel besar hingga makromolekul (mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi). Membran tidak berpori atau rapat digunakan dalam pemisahan gas dan pervaporasi yang mampu memisahkan campuran senyawa yang memiliki berat molekul relatif sama, misalnya dalam proses pemisahan gas yang dapat memisahkan campuran H2/N2, O2/N2, CO2/N2.
Berdasarkan Gradien tekanan sebagai daya dorong dan permeabilitasnya membrane dibagi menjadi :
a. Mikrofiltrasi (MF)
Membran ini beroperasi dengan tekanan sekitar 0,1-2 bar dan permeabilitasnya 10-50 L/m2. Jam. Bar
b. Ultrafiltrasi
Membran ini beroperasi dengan tekanan sekitar 1-5 bar dan permeabilitasnya 10-50 L/m2. Jam. Bar
c. Nanofiltrasi
Membran ini beroperasi dengan tekanan sekitar 5-20 bar dan permeabilitasnya 1.4-12 L/m2. Jam. Bar
d. Reserve Osmosis (RO)
Membran ini beroperasi dengan tekanan sekitar 10-100 bar dan permeabilitasnya 0.005-1.4 L/m2. Jam. bar
Membran RO dibuat dari berbagai bahan seperti selulosa asetat (CA), poliamida (PA), poliamida aromatis, polieteramida, polieteramina, polieterurea, polifelilene oksida, polifenilen bibenzimidazol, dan sebagainya. Membran komposit film tipis terbuat dari berbagai bahan polimer untuk substratnya ditambah polimer lapisan fungsional di atasnya.
Gambar 2.2. Membran Berdasarkan Strukturnya
2.2 Selulosa Asetat
Material membran selulosa asetat adalah selulosa yaitu polisakarida yang didapat dari serat tanaman. Selulosa dan derivatnya mempunyai struktur rantai linier seperti batang dan molekulnya in-fleksibel. Sifatnya sangat hidrofilik namun tidak larut dalam air karena adanya sifat kristalin dan ikatan hidrogen antara gugus hidroksil. Struktur kimia selulosa asetat ditunjukkan dalam gambar 2.3.
Selulosa asetat dibuat dari selulosa dengan asetilasi (reaksi dengan anhidrida, asam asetat, dan asam sulfat). Sifat fisika penting membran selulosa lainnya adalah derajat polimerisasinya dengan nilai optimum antara 100 – 200 atau 100 – 300, yang akan menghasilkan berat molekul sekitar 25.000 – 80.000.
Keuntungan selulosa asetat dan derivatnya sebagai material membran: 1. Bersifat hidrofilik.
2. Membran selulosa asetat relatif mudah dibuat. 3. Dari sumber yang dapat diperbaharui.
Di samping keuntungan-keuntungan tersebut, kerugian membran selulosa asetat, diantaranya adalah:
Membran simetris
(a) Berpori (b) Tak-berpori Membran asimetris
(c) Berpori (d) Lapisan atas tak-berpori ()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()() ()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()() ()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()() ()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()() 0000000000000000000000000 00xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
1. Mengalami kompaksi atau fenomena memadat yang sedikit lebih besar dibandingkan dengan material lainnya, yaitu secara bertahap akan kehilangan sifat-sifat membran (khususnya fluks permeasi).
2. Sangat mudah mengalami biodegradasi.
Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak polimer selulosa asetat sebagai lembaran tipis. Bila membrannya anisotropik, ada kulit tipis rapat dan pengemban berpori. Membran selulosa asetat mempunyai sifat pemisahan yang bagus namun dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia, serta rentan pH.
Gambar 2.3. Struktur Kimia Selulosa Asetat
2.3. Zeolit
Membran polimer dapat dimodifikasi dengan menambahkan zat aditif seperti zeolit. Zeolit adalah senyawa yang tersusun dari senyawa silika (SiO2) dan alumina (Al2O3) sebagai komponen utama. Gabungan senyawa ini disebut aluminosilikat. Silikon dan ion aluminium pada aluminosilikat ini mempunyai struktur tetrahedral dengan empat atom oksigen yang mengelilinginya.
Muatan negatif pada struktur aluminosilikat yang disebabkan oleh substitusi isomorf silikon oleh aluminium dinetralisasi oleh kation seperti kalsium, natrium, kalium, dan sebagainya seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4. Jumlah kation yang ditambahkan ditentukan oleh jumlah atom Al di dalam kerangka zeolit. Akibat kehadiran kation-kation tersebut, zeolit menjadi adsorben yang bersifat polar. Hal ini
menyebabkan molekul-molekul yang bersifat polar seperti air diserap lebih kuat dari pada molekul-molekul yang bersifat non-polar.
Zeolit berbentuk padatan kristalin mikropori yang berongga dan beralur serta mempunyai ukuran pori 3 sampai 10 Å yang disebut saringan molekuler (Liang and Ni, 2009). Ukuran pori tergantung pada jenis kation yang menetralisasinya. Kation-kation Ca2+, Na+, dan K+ masing-masing memberikan ukuran 4,3 Å (tipe 5A), 3,8 Å (tipe 4A), dan 3,0 Å (tipe 3A) (Mulder, 2006). Apabila diinginkan zeolit dengan ukuran pori tertentu maka zeolit dapat dicelupkan ke dalam sol SiO2 dalam air dengan penambahan aditif lalu dimasukkan ke dalam autoclave untuk mendapatkan struktur akhir sesudah kalsinasi (Susetyaningsih, dkk., 2009).
Rumus umum zeolit dapat ditulis sebagai: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)ymH2O],
di mana: M = ion logam alkali atau alkali tanah x, y, m = bilangan tertentu
n = muatan ion logam alkali atau alkali tanah.
Rumus ini menunjukkan struktur atau satu unit sel kerangka zeolit di mana bagian dalam tanda kurung menunjukkan komposisi kerangkanya. Penggunaan zeolit sebagai bahan pembuatan membran anorganik untuk proses pemisahan telah lama dilakukan, khususnya untuk keperluan pemisahan gas bertemperatur tinggi. Sifat adsorpsi zeolit serta strukturnya yang mikropori juga dimanfaatkan untuk pembuatan membran yang berfungsi sebagai katalis dalam reaksi kimia sekaligus pemisah produk yang dihasilkan.
Gambar 2.4. Struktur Aluminosilikat pada Zeolit
Pori zeolit berukuran nanoscale sehingga membran yang dipadukan dengan zeolit dapat digolongkan ke dalam nanomaterial. Nanomaterial merupakan material yang mempunyai ukuran dalam skala nanometer (nm) yang berkisar antara 1 – 100 nm. Karakteristik material menjadi berbeda setelah menjadi nanomaterial yang memiliki luas permukaan (surface area) yang besar daripada material asalnya sehingga dapat meningkatkan reaktifitas kimia yang merupakan faktor penting untuk aplikasi kimia (Othmer, 1981).
Saat ini telah ditemukan berbagai jenis zeolit menurut struktur porinya. Gambar 2.4 menggambarkan struktur dan saluran pori zeolit LTA (tipe A). Zeolit LTA mengandung jumlah Al yang tinggi sehingga sangat hidrofilik. Zeolit sintetis digunakan secara luas sebagai adsorben selektif dalam proses pemisahan dengan skala besar. Walaupun kebanyakan zeolit sangat hidrofilik dimana molekul air yang sangat polar dapat berinteraksi sangat kuat dengan kation, zeolit dengan silika tinggi sebenarnya hidrofobik (Maygasari, dkk., 2010).
Selektivitas membran dapat ditingkatkan dengan beberapa cara, antara lain: crosslinking, blending, dan grafting. Penambahan zat aditif seperti zeolit sebagai filler dapat memperbaiki karakteristik dan meningkatkan kinerja membran (Rakhmatullah, dkk., 2007). Beberapa penelitian terkini menunjukkan bahwa modifikasi membran dengan zeolit telah berhasil meningkatkan performansi membran. Membran komposit zeolit MFI-α-alumina telah berhasil memisahkan
O O Na+ O O O Na+ O O Si Al- Si Si Al- Si O O O O O O O O O O O O
parafin-parafin ringan (Hrabanek, et al., 2008). Membran zeolit-X selektif untuk sebagian besar komponen-komponen polar dalam suatu campuran umpan dan didapatkan bahwa fluknya tinggi (Sandstrom, et al., 2010).
Gambar 2.5. Stuktur (kiri) dan Saluran Pori (kanan) Zeolit LTA (tipe A)
Zeolit dibedakan menjadi 2 jenis yaitu zeolit alam dan zeolit buatan. Zeolit alam terbentuk karena perubahan alam (zeolitisasi) dari bahan vulkanik dan dapat digunakan secara langsung untuk berbagai keperluan (Srihapsari, 2006). Setiap jenis zeolit mempunyai urutan selektifitas pertukaran ion yang berbeda. Beberapa karakteristik dan sifat yang mempengaruhi selektifitas pertukaran ion pada zeolit yaitu struktur terbentuknya zeolit yang berpengaruh pada besarnya rongga yang terbentuk serta efek mengayak dari zeolit, mobilitas kation yang diperlukan, efek medan listrik yang ditimbulkan kation serta difusi ion ke dalam larutan energi hidrasi (Poerwadio dan Masduqi, 2004).
2.3.1. Sifat-sifat Zeolit
Zeolit mempunyai struktur berongga dan biasanya diisi oleh air dan kation yang dapat dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh sebab itu zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekular, penukar ion, penyerap bahan dan katalisator.
Sifat zeolit meliputi: A. Dehidrasi
Sifat dehidrasi zeolit akan berpengaruh terhadap sifat adsorpsinya. Zeolit dapat melepaskan melekul air dan rongga permukaan yang menyebabkan medan listrik meluas kedalam rongga utama dan akan efektif interaksi dengan melekul yang akan diadsorpsi. Jumlah molekulair sesuai dengan jumlah poripori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan.
B. Adsorpsi
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang berada di sekitar kation. Bila kristal zeolit dipanaskan pada suhu 300 – 400 °C maka air tersebut akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Selektivitas adsorpsi zeolit trhadap ukuran molekul tertentu dapatdisesuaikan dengan jalan penukaran ktion, dekationisasi, dealuminasi secara hidrotermal dan pengubahan perbandingan kadar Si dan Al.
C. Penukar ion
Ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi bergantung kepada ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dan zeolit antara lain bergantung kepada sifat kation, suhu dan jenis anion. Penukaran kation dapat menyebabkan perubahan beberapa sifat zeolit seperti stabilitas terhadap panas, sifat adsorpsi dan akrivitas katalis.
D. Katalis
Sifat khusus dan zeolit yang secara praktis akan menentukan sifatk husus mineral ini adalah adanya ruang kosong yang akan membentuk saluran di dalam strukturnya. Bila zeolit digunakan pada proses penyerapan atau katalis maka akan terjadi difusi molekul ke dalam ruang bebas di antara kristal. Dengan demikian dimensi serta lokasi saluran sangat penting. Reaksi kimia juga terjadi di permukaan saluran tersebut(Sutarti, 1994).
2.3.2. Zeolit Sarulla
Pengendapan zeolit alam di daerah Sarulla merupakan zeolit alam yang potensial keberadaannya di Sumatera Utara. Penambangan zeolit di daerah Sarulla di Tapanuli Utara umumnya dilakukan di tambang terbuka dengan terlebih dahulu mengupas tanah penutupnya.
Di Sumatera Utara endapan zeolit terbesar luas didaerah dengan jumlah cadangan yang diperkirakan cukup besar akan tetapi mineral zeolit tersebut belum memanfaatkan sacara baik dan optimal. Berdasarkan hasil analisis kegiatan dan pemanfaatan sumber daya alam sebagai bahan baku sektor industri Sumatera Utara (2004, Balitbang SU).
2.4. Difraksi Sinar-X
Difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material kristalin antara lain penentuan parameter kisi dan struktur kristal. Prinsip dari metode difraksi sinar-X yaitu interaksi elektromagnetik untuk memberi efek perantara dengan membandingkan ukuran struktur dan panjang gelombang radiasi. Gambar 2.6. memperlihatkan sinar-X yang menumbuk suatu perangkat bidang padakisi dua dimensi. Garis garis AB dan A’B’ mewakili lintasan alur sinar-X pada panjang gelombang yang menuju ke bidang-bidang hablur pada sudut θ terhadap bidang dan masing-masing dipantulkan dalam arah BC dan B’C’. Beda lintasan antara gelombang A’B’C’ terhadap gelombang ABC merupakan kelipatan bulat panjang gelomba sina X itu, yaitu :
Gambar 2.6. Pantulan Sinar-X oleh Bidang Atom S1S1 dan S2S2 Terpisah pada Jarak d
(A’B’ + B’C’ ) – (AB + BC) = n λ (i)
Oleh sebab DB’ = B’E = d sin θ, maka syarat di atas dipenuhi apabila: 2 d sin θ = n λ (ii)
Persamaan (ii) dinamakan sebagai syarat Bragg dan sudut θ dikenal sebagai sudut Bragg untuk penyinaran sinar-X oleh bidang-bidang atom hablur yang dipisahkanpada jarak d dan n = 1,2,3,……
Pada metode difraksi, hukum Bragg haruslah dipenuhi, karena itu perlu diatur orientasi kristal terhadap berkas datang. Difraksi sinar-X dapat digolongkan menjadi dua yaitu :
1. Metode kristal tunggal
Metode ini sering digunakan untuk menentukan struktur kristal, dalam inidipakai berbentuk kristal tunggal.
2. Metode serbuk
Bahan sampel dibuat berbentuk serbuk, sehingga terdiri banyak kristal yang sangat kecil dan orientasi sampai tidak perlu diatur lagi karena semua orientasi bidang telah ada dalam sampel dengan demikian hukum Bragg dapat dipenuhi. Metode serbuk lebih cepat dan lebih sederhana dibandingkandengan metode kristal tunggal.
2.5. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
Spektrofotometri FTIR merupakan metode yang digunakan untuk menentukangugus fungsi, khususnya senyawa organik. Jika menggambar persen absorbansi atau persen transmitansi versus frekuensi maka akan dihasilkan spektrum inframerah
Dua variasi intrumentasi dari spektroskopi IR yaitu metode dispersif yang lebih tua, dimana prisma atau kisis dipakai untuk mendispersikan radiasi IR, dan metode yang kedua Fourier Transform (FT) IR yang lebih akhir, yang menggunakan prinsip interferometri. Kelebihan FTIR ini ukuran sampel yang digunakan untuk diuji lebih kecil dan spektrum yang dihasilkan dapat lebih cepat terdeteksi karena telah tersimpan di dalam komputer.
Spektrum-spektrum disfersif dari sebagian besar polimer komersial telah dicatat, oleh karena identifikasi kualitatif zat-zat yang tidak diketahui seringkali dapat diselesaikan melalui perbandingan. Ini mencakup polimer-polimer yang memiliki stereokimia atau distribusi rangkaian monomer yang bervariasi, karena perbedaan demikian biasanya menghasilkan spektrum-spektrum yang berbeda. Dimana spektrum-spektrum komparatif tidak tersedia, pengetahuan struktur polimer dapat diperoleh melalui pertimbangan yang wajar terhadap pita-pita gugus fungsional, atau dengan membandingkan spektrum dengan spektrum senyawa-senyawa model berat molekul yang rendah yang siap terkarakterisasi dengan struktur yang mirip (Steven, 2001).
Penggunaan spektroskopi FTIR untuk analisa banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FTIR suatu senyawa (misalnya senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita serapan hampir seruhnya di daerah spektrum IR yakni 4000 – 400 cm-1.
Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi sebagai kandungan pemplastis, pemantap dan antioksidan, memberikan kekhasan pada spekturm IRnya. Analisis IR memberikan informasi tentang kandungan aditif,
panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer. Gusus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksidasi dan karboksilat.
2.6. Scanning Electron Microscopy (SEM)
Scanning Electron Microscopy merupakan sebuah jenis mikroskop elektron yang menggambarkan keadaan permukaan sampel melalui proses scan dengan menggunakan pemancaran energi yang tinggi dari elekton dalam suatu pola scan raster
SEM berbeda dengan mikroskop electron transmisi (TEM). SEM digunakan untuk mengamati morpologi suatun bahan dengan prinsip kerja sifat gelombang elektron yaitu suatu difraksi pada sudut yang sangat keci
2.7. Kinerja Membran
Kemampuan membran dalam menyaring suatu zat atau molekul diketahui dari permeabilitas dan selektifitas membran. Efisiensi membran diketahui melalui permeabilitas, sedangkan kemampuan pemisahan diketahui melalui selektifitas.
2.7.1. Permeabilitas
Permeabilitas merupakan kecepatan permeasi diartikan sebagai volume yang melewati membran persatuan luas dalam satuan waktu tertentu dengan gaya penggerak berupa tekanan. Permeabilitas membran dilihat dari fluks. Fluks adalah kecepatan aliran melewati membran dihitung dengan persamaan (1):
𝐽𝐽 =𝐴𝐴 .𝑡𝑡𝑉𝑉 (1)
Dalam hal ini: J adalah fluks cairan, V adalah volume permeat, t adalah waktu permeat dan A adalah luas permukaan membran.
Grafik fluks terhadap tekanan akan menghasilkan garis lurus dan kemiringan (slope) merupakan konstanta permeabilitas sesuai dengan persamaan (2).
J= Lp.∆P (2) Lpmerupakan permeabilitas air dan ∆P merupakan perubahan tekanan.
2.7.2. Selektifitas
Selektifitas menggambarkan kemampuan membran memisahkan satu jenis spesi dari yang lain. Selektifitas dinyatakan oleh 2 parameter, yaitu tolakan (R) dan faktor pemisahan (α). Parameter tolakan berlaku pada sistem pemisahan padat-cair, sedangkan faktor pemisahan ditentukan pada sistem pemisahan gas-gas dan cair-cair.Penentuan tolakan ditentukan oleh persamaan (3).
R = �1 −CpCb� x 100% (3)
Dalam hal ini, Cp adalah konsentrasi zat terlarut di dalam permeat dan Cb adalah rata-rata konsentrasi zat terlarut di dalam umpan (feed) dan retentat. Konsentrasi permeat dan retentat dapat diukur dengan spektrofotometri sinar tampak.
Ukuran pori juga berperan dalam menentukan selektifitas membran. Membran yang memiliki ukuran pori kecil akan memberikan tolakan yang lebih besar daripada membran yang mempunyai ukuran pori lebih besar (Mulder, 1991).
2.8. Air Sungai
Sumber air baku dapat diklasifikasikan menjadi air hujan, air tanah, dan air permukaan. Air permukaan tidak dapat dikonsumsi secara langsung karena rentan terhadap penyebaran penyakit yang dapat disebarkan melalui air (water borne desease) dan dapat menyebabkan gangguan kesehatan, misalnya sakit perut. Oleh karena itu, air permukaan perlu diolah terlebih dahulu sebelum dikonsumsi manusia (Darmasetiawan, 2001).
Air permukaan dibagi menjadi air danau, waduk, sungai, dan kanal irigasi. Kualitas air sungai tergantung dari karakter dan daerah tangkapan, topografi, kondisi
musim, dan cuaca (Kamala & Rao, 1993). Kuantitas air sungai dipengaruhi oleh musim, dimana debit sungai pada musim hujan relatif besar daripada musim kemarau; debit sumber asal; dan sifat serta luas catchmentarea. Dari segi kontinuitas, air permukaan dianggap tidak menimbulkan masalah yang besar untuk sistem penyediaan air bersih dengan bahan baku air permukaan, karena air ini tersedia terus dalam jumlah besar (Setyo et.al, 1997).
Air sungai merupakan air tawar dari sumber alamiah yang mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang paling rendah dan menuju atau bermuara ke laut, danau dan sungai yang lebih besar.
2.9. Uji Kualitas Air
Air yang berkualitas baik untuk air bersih maupun untuk air minum memiliki parameter fisika seperti kondisi air yang jernih atau tidak keruh, tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, tidak mengandung zat padat tersuspensi (TSS) dan zat padat terlarut (TDS).
2.9.1. Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman menunjukkan kadar asam atau basa dalam suatu larutan melalui konsentrasi ion hidrogen (H+). Air dapat bersifat asam atau basa tergantung besar kecilnya pH air atau besarnya konsentrasi ion hidrogen di dalam air. Air normal yang memenuhi syarat untuk suatu kehidupan mempunyai pH berkisar antara 6,5-7,5. Air yang mempunyai pH lebih kecil dari pH normal akan bersifat asam, sedangkan air yang memiliki pH lebih besar dari pH normal akan bersifat basa. Mengingat nilai pH ditentukan oleh interaksi berbagai zat dalam air, termasuk zat-zat yang secara kimia dan biokimia tidak stabil, maka penentuan pH harus seketika setelah contoh diambil dan tidak dilewatkan.
2.9.2. Kekeruhan
Air dikatakan berlumpur ketika air tersebut mengandung banyak partikel yang tersuspensi sehingga memberikan warna yang berlumpur dan kotor. Kekeruhan pada air akan menimbulkan dampak kurang memuaskan dalam penggunaan air. Untuk menentukan kekeruhan dapat digunakan turbidimeter.
Turbidimeter adalah suatu alat analisis untuk mengetahui atau mengukur tingkat kekeruhan air. Turbidimeter memiliki sifat optik akibat dispersi sinar dan dapat dinyatakan sebagai perbandingan cahaya yang dipantulkan terhadap cahaya yang datang. Intensitas cahaya yang dipantulkan oleh suatu suspensi adalah fungsi konsentrasi jika kondisi-kondisi lainnya konstan. Turbidimeter meliputi pengukuran cahaya yang diteruskan. Pada turbidimeter cahaya masuk melalui sampel, kemudian sebagian diserap dan sebagian diteruskan. Cahaya yang diserap itulah yang merupakan tingkat kekeruhan. Maka jika semakin banyak cahaya yang diserap maka semakin keruh cairan tersebut (Khopkar, 2003) .
2.9.3. Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid=TSS)
Zat padat tersuspensi adalah residu dari padatan total yang tertahan oleh saringan dengan ukuran partikel maksimal 2 μm atau lebih besar dari ukuran partikel koloid. Jumlah zat padat atau residu terdiri dari bahan terlarut dan tersuspensi yang ada di air. TSS juga berhubungan kuat dengan kekeruhan yang disebabkan oleh bahan-bahan yang melayang dalam kolom air. TSS menyebabkan kekeruhan pada air akibat padatan tidak terlarut dan tidak dapat langsung mengendap. Bahan tersebut dapat berupa partikel suspensi dari tanah liat, lumpur, bahan organik terurai, bakteri, plankton, dan organisme lainnya. Adanya zat padat di air menyebabkan kualitas air tidak baik, dapat menimbulkan berbagai reaksi dan mengganggu estetika. TSS umumnya dapat dihilangkan dengan flokulasi dan penyaringan.
2.9.4. Zat Padat Terlarut (Total Dissolved Solid=TDS)
Zat padat terlarut menyatakan jumlah bahan yang terlarut dalam suatu larutan yang dinyatakan dalam mg/L. Interaksi antara pelarut air dengan zat padat, zat cair dan gas sehingga menghasilkan bahan terlarut dalam bentuk zat organik ataupun zat anorganik. Mineral logam dan gas merupakan zat anorganik yang mungkin terlarut dalam air. Zat tersebut dapat berhubungan dengan air di atmosfer, permukaan ataupun di dalam tanah. Zat organik bisa berasal dari pembusukan tumbuh-tumbuhan, bahan organik dan gas organik.
Penentuan jumlah zat padat terlarut dapat dilakukan dengan menguapkan sampel air yang telah disaring untuk menghilangkan padatan tersuspensi. Residu yang tersisa ditimbang dan merupakan jumlah zat padat terlarut dalam air. Kadar zat padat terlarut yang tinggi menunjukkan adanya kandungan ion-ion seperti K+, Na+ dan Cl-. Ion-ion ini hanya menimbulkan bahaya dalam waktu singkat. Selain itu, jumlah zat padat terlarut yang tinggi juga dapat disebabkan adanya logam berat dalam air yang berbahaya bagi kesehatan.
Beberapa gangguan dalam analisis TDS harus dihindari agar data lebih akurat dan tepat. Air yang mengandung kadar mineral tinggi seperti kalsium, magnesium, klorida dan sulfat dapat bersifat higroskopis sehingga memerlukan pemanasan yang lama, pendinginan dalam desikator yang baik. Garam-garam yang telah mengendap akibat penguapan dalam oven, maka penimbangan zat padat harus dilakukan dengan cepat.
2.9.5. Logam Besi/Ferrum (Fe) 2.9.5.1. Sifat-sifat Logam Besi
Besi dengan nomor atom 26 dan massa atom 55,85, dalam Sistem Periodik Unsur
terletak pada periode 4 golongan VIII B. Besi melebur pada suhu 1535 0
C, titik
didihnya 3000 0
C, dan mempunyai densitas 7,87 g/cm 3
. Besi yang murni adalah logam berwarna putih perak, yang kukuh dan liat. Jarang terdapat besi komersial
yang murni, biasanya besi mengandung sejumlah kecil karbida, silisida, fosfida, dan sulfida dari besi, serta sedikit grafit. Zat-zat pencemar ini memegang peranan penting dalam kekuatan struktur besi.
2.9.5.2. Logam Besi dalam Kehidupan Manusia
Proses biokimia dalam tubuh makhluk hidup selalu melibatkan unsur-unsur logam didalamnya. Pada suatu proses fisiologi yang normal, ion logam essensial sangat berperan aktifitasnya baik dalam ikatannya dengan protein, enzime maupun bentuk lainnya. Manusia yang sehat dalam jaringan tubuhnya selalu ditemukan ion logam yang normal. Sedang ion logam yang ditemukan terlalu rendah pada jaringan tertentu misalnya darah (Fe), hati (Cu), dapat digunakan untuk mendiagnosa adanya kelainan pada orang yang bersangkutan yang kemungkinan menderita defisiensi atau penyakit lainnya.
Diperkirakan bahwa untuk setiap pria dewasa harus memperoleh sekitar 1 mg/hari untuk mengganti Fe yang diekskresikan melalui saluran pencernaan, urin dan kulit. Pada wanita dewasa, darah yang hilang pada saat menstruasi perlu diganti dengan 1,4-2,2 mg Fe/hari. Pada umumnya manusia memperoleh 10% Fe dari makanan yang diabsorbsi melalui saluran pencernaan, sehingga mereka memperoleh sekitar 10-20 mg Fe/hari. Sekalipun Fe diperlukan oleh tubuh, tetapi dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian seringkali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Debu Fe juga dapat diakumulasi didalam alverri paru-paru.
2.9.5.3. Logam Besi dalam Air
Besi merupakan salah satu elemen kimia yang dapat ditemui pada hampir setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air, besi yang ada
didalam air dapat berupa; 1. Terlarut sebagai Fe 2+
(fero) atau Fe 3+
(feri). 2. Tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter 1 µm) atau lebih besar seperti Fe
FeO, Fe (OH)
3dan sebagainya. 3. Tergabung dengan zat organik atau zat padat yang anorganik atau seperti tanah.
Pada air permukaan jarang dijumpai kadar Fe yang lebih besar dari 1 mg/l, tetapi didalam air tanah kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Pada air yang tidak
mengandung oksigen (O
2) seperti seringkali air tanah, besi berada sebagai Fe 2+
yang
cukup larut, sedangkan pada air sungai yang mengalir dan terjadi aerasi, Fe 2+
teroksidasi menjadi Fe3+. Fe3+ ini sulit larut pada pH = 6 sampai 8, bahkan dapat menjadi ferihidroksida (Fe (OH)
3) atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan dapat mengendap. Demikian halnya didalam sungai, besi berada sebagai
Fe2+, Fe3+ terlarut dan Fe3+ dalam bentuk senyawa organik berupa kolodial. Sumber masuk besi kedalam tatanan lingkungan perairan; dari buangan industri, limbah pertambangan, pengelasan logam, pipa-pipa air.
