KAJIAN MEMBRAN NILON PADA PROSES FILTRASI BERTAHAP SISTEM CROSS-FLOW UNTUK DESALINASI AIR PAYAU TRY YUYUN SIHOTANG

Transkripsi

1 KAJIAN MEMBRAN NILON PADA PROSES FILTRASI BERTAHAP SISTEM CROSS-FLOW UNTUK DESALINASI AIR PAYAU TRY YUYUN SIHOTANG DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kajian Membran Nilon pada Proses Filtrasi Bertahap Sistem Cross-Flow untuk Desalinasi Air Payau adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Try yuyun sihotang NIM G

4 ABSTRAK TRY YUYUN SIHOTANG. Kajian Membran Nilon pada Proses Filtrasi Bertahap Sistem Cross-Flow untuk Desalinasi Air Payau. Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH dan MERSI KURNIATI. Membran merupakan selaput semi permeabel berupa lapisan tipis yang dapat memisahkan dua fasa dengan karakter yang berbeda. Membran yang digunakan adalah membran dari bahan nilon. Membran digunakan sebagai filter untuk proses filtrasi bertahap sistem cross-flow. Cross-flow ialah teknik menyaring air dengan cara melewatkan air pada membran dengan posisi sudut terhadap garis normal membran dengan variasi massa 6, 6.5 dan 7 g. Filtrasi dilakukan dua tahap dengan variasi tekanan 2.5, 5, 6, 7 dan 8 psi. Pada tiap membran dilakukan uji kuat tekan dan kuat tarik sebelum dan sesudah digunakan, uji SEM untuk melihat morfologi permukaan membran sebelum dan sesudah digunakan. Pada air payau dilakukan uji fluks dan uji rejeksi seperti kekeruhan, salinitas, kerapatan, dan ph. Uji fluks dilakukan pada tiap filtrasi dimana nilai fluks yang paling tinggi berada pada membran 6 g. Hasil uji rejeksi dan uji mekanik membran terbaik berada pada membran 6.5 g. Kata kunci: membran, nilon, filtrasi, cross-flow, fluks ABSTRACT TRY YUYUN SIHOTANG. Studies on Nylon Membrane Filtration Process Cross-Flow Staged System for Brackish Water Desalination. Supervised by JAJANG JUANSAH and MERSI KURNIATI. The membrane is semi-permeable coating that can form a thin layer separating the two phases with different characters. The membrane used was a nylon membrane. Membrane is used as a filter for the filtration process gradual cross-flow system. Cross-flow technique used to filter the water by passing the water on the membrane with 90 angular position to the normal line of membrane with the variation of the mass 6, 6.5 and 7 g. The filtration was done at pressure of 2.5, 5, 6, 7 and 8 psi. Each membrane was tested for compressive strength and tensile strength before and after each used. SEM test used to see the surface morphology of membrane before and after each used. In brackish water was done flux test and rejection test such as turbidity, salinity, density, and ph. Tests were performed on each filtration flux where the highest flux value is at 6 g membrane. The best rejection and mechanical test at 6.5 g membrane. Keywords : membrane, nylon, filtration, cross-flow, flux

5 KAJIAN MEMBRAN NILON PADA PROSES FILTRASI BERTAHAP SISTEM CROSS-FLOW UNTUK DESALINASI AIR PAYAU TRY YUYUN SIHOTANG Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

6

7 Judul Skripsi : Kajian Membran Nilon pada Proses Filtrasi Bertahap Sistem Cross-Flow untuk Desalinasi Air Payau Nama : Try Yuyun Sihotang NIM : G Disetujui oleh Dr Jajang Juansah Pembimbing I Dr Mersi Kurniati Pembimbing II Diketahui oleh Dr Akhiruddin Maddu Ketua Departemen Tanggal Lulus:

8 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan pada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan berkat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan penelitian dengan judul Kajian Membran Nilon pada Proses Filtrasi Bertahap Sistem Cross-Flow untuk Desalinasi Air Payau sebagai salah satu syarat kelulusan prog sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dalam penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Parlaungan Sihotang dan ibu Tetty Nahampun yang telah memberi nasehat, motivasi, kasih sayang, semangat dan doa yang tidak pernah habis kepada penulis 2. Abang (Hunter Sihotang, Hardi Sihotang,) dan Adik (Billy Sihotang, Tina Sihotang, Keysen Sihotang) yang telah mendukung dan memotivasi penulis hingga saat ini 3. Bapak Dr Jajang Juansah selaku pembimbing I yang telah memberi bimbingan, kritik dan saran dalam penulisan skripsi 4. Ibu Dr Mersi Kurniati selaku pembimbing II yang telah memberi banyak masukan, nasehat dan motivasi dalam penulisan skripsi 5. Bapak Dr Husin Alatas selaku penguji atas sarannya dan nasihatnya. 6. Seluruh Dosen pengajar, Bapak Firman, Bapak Jun, Bapak Yani dan semua staf Departemen Fisika IPB 7. Sahabat Ratna, Vivi, Hadyan, Habib, Ryan, Kamil, Setiawan, Syakir, Amel, Lilis, Arini, Nindya, Hani dan Shinta yang senantiasa memberikan semangat kepada penulis 8. Sahabat teman-teman kos Desi, Titin, Entin, Yenni yang senantiasa memberikan semangat kepada penulis 9. Sahabat SMA Frieska, Indah, Riahta, Medina, Rianto, Albert, Lusi, dan Lasria yang senantiasa memberi dukungan kepada penulis 10. Semua pihak yang telah membantu tidak bisa disebutkan satu per satu terimakasih atas dukungannya Selanjutnya, penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan penelitian ini. Semoga Tuhan selalu melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada kita semua. Amin.

9 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 1 Tujuan Penelitian 1 Manfaat Penelitian 2 TINJAUAN PUSTAKA 3 Membran Nilon 3 Fluks Membran 3 Filtrasi Sistem Cross-Flow 3 Sifat Mekanik Membran 4 Air Payau 4 METODE 5 Bahan 5 Alat 5 Prosedur Penelitian 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 8 Filtrasi Tahap I 8 Filtrasi Tahap II 11 Kuat Tekan dan Kuat Tarik 13 Morfologi Membran 14 SIMPULAN DAN SARAN 16 Simpulan 16 Saran 16 DAFTAR PUSTAKA 17 LAMPIRAN 13 RIWAYAT HIDUP 15

10 DAFTAR TABEL Perbandingan kuat tekan membran nilon 13 Perbandingan kuat tarik membran nilon 14 DAFTAR GAMBAR Pola penyaringan cross-flow 4 Skema peralatan filtrasi bertahap 6 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap I dengan massa komponen nilon berbeda dan tekanan 2.5 psi 8 Fluks air payau pada filtrasi tahap I M2 dengan tekanan berbeda 9 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap I pada tekanan 2.5 psi 10 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap I untuk M2 dengan tekanan berbeda 10 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap II dengan massa komponen nilon berbeda dan tekanan 2.5 psi 11 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap II M2 dengan tekanan berbeda 12 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap II pada tekanan 2.5 psi 12 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap II untuk M2 dengan tekanan berbeda 13 Hasil uji SEM membran 6.5 g (a) sebelum filtrasi, (b) sesudah filtrasi 14 Hasil uji SEM sebelum filtrasi (a) 6.5 g, (b) 6 g 15 DAFTAR LAMPIRAN Diagram Penelitian 18 Dokumentasi Penelitian 19 Data Penelitian 20

11 PENDAHULUAN Latar Belakang Air merupakan kebutuhan dasar yang penting bagi manusia. Tidak semua daerah mempunyai sumberdaya air yang baik. Wilayah pesisir pantai, di muara sungai dan pulau-pulau kecil atau di tengah lautan lepas merupakan daerah-daerah yang sangat miskin akan sumber air bersih, sehingga timbul masalah pemenuhan kebutuhan air bersih. Kualitas air baik air laut, air payau atau air sungai berangsur-angsur menurun di muka bumi karena kegiatan-kegiatan industri, polusi semakin meningkat, maupun minyak dan kotoran yang terapung di permukaan air laut. Penurunan kualitas air dapat diatasi dengan teknologi membran filtrasi. Teknologi ini dikembangkan khususnya untuk memenuhi kebutuhan industri bioteknologi seperti penyaringan steril, pemurnian protein, pertanian, dan penghilang virus. Keuntungan teknologi ini adalah pemisahannya berdasarkan ukuran, energi yang dibutuhkan relatif rendah, tidak ada penambahan produk buangan, proses membran dapat digabungkan dengan proses pemisahan lainnya dan mudah diciptakan. 1 Air payau merupakan salah satu sumber penyediaan air minum di daerah pesisir atau tepi pantai. Sumber air yang terdapat di daerah-daerah seperti itu, baik air tanah maupun air permukaan mempunyai rasa asin, hal ini disebabkan oleh kosentrasi khlorida dan zat padat terlarut yang tinggi (TDS). Sehingga saat ini, penggunannya hanya terbatas hanya untuk keperluan mandi, cuci dan kakus. 2 Pada penelitian ini akan menggunakan sampel air payau. Di indonesia sendiri sudah banyak air payau yang mengalami penurunan kualitas yang dapat diukur dengan mengukur ph, rapat massa, fluks, salinitas dan kekeruhannya. Sehingga untuk pengukurannya biasanya dengan menggunakan teknologi membran filtrasi sistem cross-flow dengan variasi tekanan. Membran yang digunakan adalah membran nilon dengan pengujian SEM, kuat tarik, dan kuat tekan. Penelitian ini akan menganalisis bagaimana kerja membran nilon terhadap desalinasi air payau setelah dilakukan tahap filtrasi. Perumusan Masalah Rumusan masalah penelitian ini adalah bagaimana kemampuan membran nilon pada filtrasi bertahap dengan variasi tekanan dan bobot nilon menggunakan sistem cross-flow untuk desalinasi air payau dan bagaimana perbedaan kualitas air payau sebelum dan sesudah dilakukan proses filtrasi bertahap. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kemampuan membran nilon pada filtrasi bertahap dengan variasi tekanan dan bobot nilon menggunakan sistem cross-flow untuk desalinasi air payau dan menganalisis perbedaan kualitas air payau sebelum dan sesudah dilakukan proses filtrasi bertahap.

12 2 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah memberikan informasi tentang penggunaan membran nilon sebagai filter dalam sistem cross-flow dengan sampel air payau.. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Biofisika Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor. Sampel air payau yang digunakan adalah air payau yang berasal dari Jembatan Cinta Ancol. Parameter yang akan diukur adalah kekeruhan, salinitas, kerapatan, ph, kuat tarik membran, kuat tekan membran, nilai fluks membran. Variabel penelitian adalah variasi tekanan (2.5, 5, 6, 7, 8 psi) dan variasi membran (6, 6.5, 7 g).

13 3 TINJAUAN PUSTAKA Membran Nilon Membran merupakan selaput semi permeabel berupa lapisan tipis yang dapat memisahkan dua fasa dengan karakter yang berbeda. Fasa pertama adalah feed (larutan pengumpan yaitu larutan yang akan dipisahkan dari kotoran). Fasa kedua adalah permeate (hasil penyaringan), yaitu larutan hasil pemisahan. Kemampuan pemisahan yang dimiliki oleh membran untuk melewatkan suatu komponen dipengaruhi oleh adanya perbedaan sifat fisik atau kimia antara membran dan komponen. Membran memiliki usia kerja tertentu, yakni jangka waktu pemanfaatan membran. Faktor penting untuk mengetahui usia kerja membran adalah fouling (penyumbatan). Fouling adalah fenomena menempel dan menumpuknya kotoran atau partikel pada membran. Terjadinya fouling menyebabkan kinerja membran menurun, serta usia kerja membran pun menurun. 3 Bahan pembuatan membran bisa berupa nilon, selulosa asetet, polisulfon dan telur. Pada penilitian ini digunakan bahan dari nilon. Nilon adalah senyawa polimer yang memiliki gugus amida pada setiap unit ulangnya, sehingga nilon disebut juga senyawa poliamida. Nilon bersifat semikristalin, kuat, dan tahan terhadap suhu tinggi, dan memiliki sifat fisik, kimia, dan mekanik yang sangat baik. 4 Fluks Membran Fluks air adalah zat yang mengalir melalui membran dalam besaran volume per unit waktu dan luas. Terdapat beberapa parameter operasi yang mempengaruhi fluks, antara lain tekanan, konsentrasi umpan, suhu, laju aliran dan turbulensi. Suatu membran dapat dikatakan efektif dan efisien apabila membran tersebut mempunyai nilai fluks yang tinggi. 5 Keterangan : J = fluks (L/ s), V = volume permeate (liter), t = waktu (s), A = luas membran ( ) Filtrasi Sistem Cross-Flow Filtrasi sebagai pemisahan material partikulat dalam suatu campuran dengan cara mengalirkan umpan melalui suatu membran yang dapat menahan partikulat yang memiliki molekul lebih besar dari ukuran pori membran. Teknologi filtrasi membran merupakan salah satu teknologi filtrasi yang menggunakan media penyaring dari membran. 5 Cross-flow merupakan sebuah metode filtrasi yang digunakan untuk menghilangkan air dari umpan yang mengandung senyawa-senyawa partikulat. Cross-flow ialah teknik menyaring air dengan cara melewatkan air pada membran dengan posisi sudut terhadap normal membran. Dalam proses ini sisa saringan (1)

14 4 atau hasil samping terus mengalir kesamping atau lurus/sejajar dengan arah aliran air. Hasil produk akan masuk merembas kebawah menerobos membran, dan berposisi dibawah membran. 6 Gambar 1 Pola penyaringan cross-flow 7 Sifat Mekanik Membran Uji tekan adalah pengujian suatu benda yang besarnya sama dengan gaya persatuan luas yang menyebabkan benda yang diuji hancur bila dibebani dengan gaya tekan tersebut. Pengukuran dilakukan dengan menjepit membran pada kedua sisi ujung-ujungnya dan ditekan tepat di tengah-tengah membran. 8 Hubungan kuat tekan, gaya luas penampang yang ditekan ditunjukkan pada pesamaan : = (2) keterangan: = kuat tekan (N/ ) = gaya maksimum penekan yang tegak lurus permukaan (N) = luas penampang yang ditekan ( ) Uji tarik adalah salah satu uji tegangan-regangan mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan yang uji ditarik sampai putus. Kuat tarik biasanya didukung oleh sifat keelastisitasan bahan. Pengukuran dilakukan dengan menjepit membran dan menghubungkan salah satu sisi yang akan ditarik. 9 = (3) keterangan: = kuat tarik (N/ ) = gaya maksimum penarik yang lurus sejajar permukaan (N) = luas permukaan yang ditarik ( ) Air Payau Air payau adalah air yang salinitasnya lebih rendah dari pada salinitas ratarata air laut normal (<35 permil) dan lebih tinggi dari pada 0.5 permil, dan terjadi karena pencampuran antara air laut dengan air tawar baik secara alamiah maupun buatan. 10

15 5 METODE Bahan Bahan yang digunakan adalah nilon dengan bobot 6, 6.5 dan 7 g, air payau, HCl 20% sebanyak 20 ml, aseton 2 ml, magnet strirrer, aquades. Alat Peralatan yang digunakan adalah timbangan digital, sistem cross-flow, SEM, stirrer, turbidimeter, salinimeter, ph meter, gelas ukur, gelas piala, erlenmeyer, pipet, stop watch, spatula, plat kaca, dan ember. Prosedur Penelitian Pembuatan Membran Nilon Langkah pertama pembuatan membran ini yaitu menimbang bobot nilon sebanyak 6 g kemudian dimasukkan ke dalam gelas ukur. Lalu disintesis dengan mencampurkan larutan HCl 25% sebanyak 20 ml, dan aseton 2 ml. Langkah kedua dilakukan pengadukan dengan stirrer pada benang nilon agar homogen. Pengadukan dilakukan selama 1 jam. Langkah ketiga larutan dicetak pada plat kaca, sebelumnya pada sisi kaca telah dilapisi dengan isolasi sebanyak 2 kali agar larutan membran yang akan dituangkan ke permukaan kaca tidak bocor dan memiliki tebal tertentu. Langkah keempat campuran HCl, aseton, dan benang nilon ini dicetak pada plat kaca dan diratakan dengan batang silinder spatula agar menjadi lapisan tipis, proses ini disebut casting solution. Membran yang sudah dicetak langsung dimasukkan ke dalam nampan lebar yang berisi aquades secara cepat secara bersamaan dan direndam selama 5 menit. Hal ini dilakukan untuk melepas membran, kemudian membran diangkat dan ditiriskan selama 24 jam sehingga membran mengering. Membran siap digunakan untuk filtrasi. Sampel Membran 6 g Membran 6.5 g Membran 7 g Kode M1 M2 M3 Pengaturan Alat Alat yang digunakan adalah rangkaian alat sederhana dengan sistem pemisahan yang arah alirannya memenuhi sistem cross-flow. Tahap filtrasi dilakukan dua kali. Filtrasi pertama dengan menggunakan air payau sebagai umpan, lalu hasil penyaringan filtrasi pertama digunakan sebagai umpan pada filtrasi kedua. Hasil akhirnya adalah permeat pada proses filtrasi kedua.

16 6 Gambar 2 Skema peralatan filtrasi bertahap Uji Mekanik Membran Pengujian mekanik dilakukan sebelum dan sesudah membran nilon digunakan dengan alat Force Sensor dan komputer untuk membaca data yang dihasilkan dari pengukuran, Uji yang digunakan adalah kuat tekan dan kuat tarik. Kuat tekan dan kuat tarik dapat diperoleh dengan gaya maksimum yang dilakukan penarik/penekan per luas permukaan bahan yang ditekan/ditarik. Proses Filtrasi Proses filtrasi dilakukan dua tahap dengan menggunakan membran nilon. Pada proses filtrasi pertama, umpan yang digunakan adalah air payau itu sendiri. Sedangkan pada proses filtrasi kedua dengan menggunakan umpan dari permeat dari proses filtrasi pertama. Pada saat proses filtrasi dilakukan dua variasi tekanan pada tiap membran sebesar psi. Pada saat proses filtrasi berlangsung, dilakukan uji fluks pada permeat dan setelah proses filtrasi selesai dilakukan uji rejeksi membran pada setiap tahap filtrasi. Uji Fluks Uji fluks dilakukan pada proses filtrasi pertama dan filtrasi kedua dengan melewatkan air payau pada membran yang sudah terpasang dalam sistem crossflow. Nilai fluks diperoleh dari volume permeat yang dihasilkan per satuan detik. Sebelum filtrasi, terlebih dahulu meniapkan umpan filtrasi dan stopwatch. Pengambilan data dilakukan tiap 120 detik. Hal ini dilakukan pada setiap tekanan. Uji Rejeksi Parameter uji rejeksi membran dilakukan untuk memperoleh data kualitas air laut sebelum dan sesudah filtrasi. Uji rejeksi yang dilakukan adalah salinitas,

17 ph, kerapatan, dan kekeruhan. Pada salinitas, sebelum pengambilan data terlebih dahulu dilakukan kalibrasi dengan menggunakan aquades pada salinimeter untuk memastikan alat dalam kondisi baik. Pada ph juga dilakukan kalibrasi dengan menggunakan larutan buffer. Kerapatan menggunakan timbangan yang dilakukann secara manual yaitu massa air per volume hasil penyaringan. Kekeruhan menngunakan turbidimeter dengan satuan NTU (Nephalometer Turbidity Units). Uji salinitas, ph, dan kerapatan dilakukan pengulangan dua kali sedangkan uji kekeruhan dilakukan satu kali. Uji SEM Scanning electron microscope (SEM) merupakan mikroskop yang menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya untuk mengimplementasikan sebuah citra gambar. SEM memiliki kedalaman bidang pandang yang lebih luas, karakteristik pencitraan tiga dimensi, resolusi yang tinggi, ketajaman fokus gambar serta memiliki derajat perbesaran yang besar. 12 Pengujian SEM dilakukan pada membran yang digunakan. Pengujiannya dilakukan sebelum dan sesudah membran digunakan untuk menganalisis perbedaan permukaan membran sebelum dan sesudah digunakan filtrasi, dan untuk mengetahui ukuran pori membran. 7

18 8 HASIL DAN PEMBAHASAN Membran nilon yang telah dibuat dalam penelitian ini memiliki ketebalan sebesar mm. Kekeruhan air payau yang dipakai sebagai inputan untuk proses filtrasi dalam penelitian ini adalah 0.64 NTU. Kekeruhan air payau ini tidak terlalu tinggi sehingga tidak perlu dilakukan penyaringan dengan kertas saring terlebih dahulu. Filtrasi Tahap I Fluks Filtrasi tahap pertama menggunakan cairan umpan berupa air payau. Pengambilan data filtrasi dilakukan selama 2 jam. M1 memiliki fluks awal dan fluks akhir sedangkan M2 memiliki fluks awal dan fluks akhir dan M3 memiliki fluks awal dan fluks akhir (Gambar 3). Data tersebut menjelaskan fluks membran berturut-turut dari yang paling tinggi hingga paling rendah adalah M1, M2 dan M3. Membran dengan bobot nilon yang lebih rendah memiliki nilai fluks yang lebih tinggi dibandingkan membran dengan bobot nilon yang lebih tinggi pada tekanan yang sama. Membran dengan bobot nilon yang besar memiliki kepadatan dan kelimpahan ikatan nilon yang lebih tinggi dibanding membran dengan bobot nilon yang lebih kecil. Semakin padat suatu membran maka volume hasil penyaringan yang dihasilkan saat filtrasi akan semakin sedikit. Volume hasil penyaringan berbanding lurus dengan fluks, jika volume hasil penyaringan tinggi maka fluks tinggi. Laju fluks terlihat lebih besar pada rentang waktu detik sedangkan pada detik terlihat lebih kecil. Hal ini dapat dijelaskan bahwa detik pengotor-pengotor yang ada pada air payau terakumulasi pada bagian permukaan membran sehingga pengotor tersebut menutupi sebagian pori-pori membran, sehingga pada rentang waktu detik pengotor yang berada pada membran mengalami tingkat kejenuhan yang mengakibatkan terjadinya fouling (peristiwa tersumbatnya membran). Fouling pada M3 terjadi lebih dulu dibandingkan M2 dan M1 karena M3 lebih padat sehingga air payau mengalir terus-menerus namun hanya sedikit yang terfilter. Pemakaian membran dalam proses filtrasi bergantung pada waktu. Semakin banyak waktu yang digunakan pada proses filtrasi maka membran akan semakin tersumbat. 12 Fluks (L/m^2 s ) 3E-02 2E-02 1E-02 0E Waktu (s) 6 gram 6.5 gram 7 gram Gambar 3 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap I dengan massa komponen nilon berbeda dan tekanan 2.5 psi

19 Data fluks pada penggunaan membran yang sama namun tekanan yang berbeda menghasilkan fluks yang berbeda pula. Pada rentang waktu detik, fluks yang dihasilkan terus meningkat karena terjadinya penyerapan dari membran terhadap air payau sedangkan rentang waktu detik terlihat konstan karena terjadinya fouling (Gambar 4). Berbeda dengan M1, M2 lebih cepat mengalami fouling. Volume total yang diperoleh M2 2,5 psi adalah L dan fluks maksimal M2 2,5 psi adalah Volume total yang diperoleh M2 5 psi adalah L dan fluks maksimal M2 5 psi adalah Volume total M2 2.5 psi lebih sedikit dibandingkan dengan M1 2.5 psi. Dari data volume total tersebut, tekanan 5 psi menghasilkan volume lebih banyak dibandingkan tekanan 2.5 psi. 9 Fluks (L/m^2 s ) 5E-02 4E-02 3E-02 2E-02 1E-02 0E psi 5 psi Waktu (s) Gambar 4 Fluks air payau pada filtrasi tahap I M2 dengan tekanan berbeda Rejeksi Pengukuran nilai rejeksi dilakukan untuk melihat kemampuan membran dalam menyaring pengotor-pengotor pada umpan yang diberikan. Nilai salinitas umpan sebesar 29% artinya dalam satu liter air payau mengandung 29% garamgaraman. ph umpan sebesar 8.4 dimana air payau memiliki sifat basa. Kekeruhan umpan memiliki nilai 0.64 NTU, nilai ini berada di bawah batas ambang kekeruhan yang diperbolehkan oleh keputusan menteri kesehatan RI No:907/MENKES/VII/2002 untuk air bersih sebesar 5 NTU. Kerapatan umpan memiliki nilai 1017 kg/m3. Nilai rejeksi tahap pertama yang dianalisis dilakukan pada tekanan 2.5 psi. Pada filtrasi pertama terjadi penurunan nilai rejeksi pada tiap membran (Gambar 5). Rejeksi yang paling tinggi terdapat pada membran 6,5 g dengan kekeruhan sebesar 45.31% yang artinya membran mengalami penurunan nilai kekeruhan sebanyak 45.31%, salinitas sebesar 10.34% yang artinya membran mengalami penurunan salinitas sebesar 10.34% dan ph sebesar 5.95% yang artinya membran mengalami penurunan ph sebesar 5.9 %. Secara umum, salinitas berbanding lurus dengan ph. Jika salinitas rendah maka ph juga rendah. Namun, kekeruhan tidak bergantung pada salinitas dan ph. Rejeksi paling baik pada tekanan sama adalah membran 6.5 g. Terjadinya penurunan rejeksi ini membuktikan bahwa membran nilon mampu menyaring partikel-partikel yang terdapat pada air payau.

20 10 Rejeksi (%) 7E+01 6E+01 5E+01 4E+01 3E+01 2E+01 1E+01 0E Kekeruhan Salinitas ph Bobot nilon (g) Gambar 5 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap I pada tekanan 2.5 psi Pengukuran rejeksi dengan penggunaan membran yang sama namun tekanan berbeda yang paling baik adalah M2. Nilai rejeksi paling baik pada M2 adalah rejeksi kekeruhan. Nilai kekeruhan M2 pada tekanan 2.5 psi sebesar 45.31% sedangkan pada tekanan 5 psi sebesar 37.35% yang menunjukkan bahwa tekanan yang rendah menghasilkan nilai rejeksi yang tinggi. Rejeksi kekeruhan M2 lebih tinggi dibandingkan dengan M1. Rejeksi ph pada M2 2.5 psi sebesar 5.95% sedangkan pada M2 5 psi sebesar 3.57% dan rejeksi salinitas pada M2 2.5 psi sebesar 10.34% sedangkan pada M2 5 psi sebesar 5.17% (Gambar 6). Rejeksi kekeruhan, ph, dan salinitas pada M2 lebih tinggi pada M1 yang artinya M2 lebih baik dari M1 dari segi rejeksi. 5E E Kekeruhan Rejeksi (%) 3E+01 2E+01 1E+01 0E psi 5 psi 3.57 Salinitas ph Tekanan (psi) Gambar 6 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap I untuk M2 dengan tekanan berbeda

21 11 Filtrasi Tahap II Fluks Proses filtrasi tahap dua ini menggunakan umpan dari hasil permeat filtrasi pertama. Pengambilan data fluks dilakukan selama 1 jam pada tiap tekanan. Filtrasi tahap dua menggunakan membran nilon yang sama dengan filtrasi tahap pertama tetapi sebelum membran digunakan terlebih dulu dibersihkan dengan aquades. Pada M1 diperoleh fluks awal dan fluks akhir 0.018, dan M2 diperoleh fluks awal dan fluks akhir sedangkan M3 diperoleh fluks awal dan fluks akhir Nilai fluks yang didapat pada M1 lebih tinggi dibandingkan M2 dan M3 (Gambar 7). Fluks berbanding terbalik dengan bobot nilon. Semakin besar bobot nilon yang digunakan maka nilai fluks yang dihasilkan semakin kecil akibat kepadatan membran. Pada rentang waktu detik, penurunan fluks lebih tinggi tetapi pada rentang waktu detik penurunan fluks lebih kecil. Penurunan fluks filtrasi tahap kedua sedikit berbeda dengan filtrasi tahap pertama karena partikelpartikel atau pengotor pada umpan tahap kedua tidak sebanyak pada umpan tahap pertama karena umpan filtrasi tahap kedua merupakan permeat dari tahap pertama. Kinerja membran masih bergantung terhadap waktu dimana semakin lama membran digunakan maka semakin sedikit volume hasil penyaringan yang dihasilkan akibat terjadinya fouling pada membran. Fluks (L/m^2 s) 3E-02 3E-02 2E-02 2E-02 1E-02 5E-03 0E gram 6.5 gram 7 gram Waktu (s) Gambar 7 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap II dengan massa komponen nilon berbeda dan tekanan 2.5 psi M2 pada tekanan 2.5 psi memiliki nilai fluks awal dan fluks akhir sedangkan pada tekanan 5 psi memiliki nilai fluks awal dan fluks akhir (Gambar 8). Fluks tidak mengalami peningkatan tetapi mengalami penurunan dari detik, dan detik fluks terlihat konstan. Laju fluks pada tekanan 5 psi lebih besar dibandingkan pada tekanan 2.5 psi. Volume total yang diperoleh M2 2,5 psi adalah L dan fluks maksimal M2 2,5 psi adalah Volume total yang diperoleh M2 5 psi adalah L dan fluks maksimal M2 5 psi adalah Volume

22 12 total pada filtrasi tahap II lebih sedikit dibandingkan volume total pada filtrasi tahap I karena penggunaan membran yang sama mengakibatkan fouling terjadi dengan cepat akibat filtrasi tahap I. Fluks (L/m^2 s) 6E-02 5E-02 4E-02 3E-02 2E-02 1E-02 0E+00 Waktu (s) psi 5 psi Gambar 8 Fluks air payau pada proses filtrasi tahap II M2 dengan tekanan berbeda Rejeksi Pengukuran nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap dua dengan tekanan sama yaitu 2.5 psi dapat dilihat pada Gambar 15. Rejeksi yang diukur adalah salinitas, ph, kerapatan dan kekeruhan. Rejeksi paling baik berturut-turut adalah kekeruhan, salinitas, ph, dan kerapatan. Penurunan kekeruhan dan salinitas paling tinggi adalah M2 sebesar % dan %. Penurunan ph pada tiap membran sama yaitu 7.14 % sedangkan penurunan kerapatan paling tinggi berada pada M3. Nilai rejeksi paling baik pada filtrasi tahap kedua ini adalah M2. Rejeksi (%) 7E+01 6E+01 5E+01 4E+01 3E+01 2E+01 1E+01 0E Kekeruhan Salinitas ph Kerapatan Bobot nilon (g) Gambar 9 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap II pada tekanan 2.5 psi Nilai kekeruhan M2 pada tekanan 2.5 psi sebesar 68.75% sedangkan pada tekanan 5 psi sebesar 50%. Rejeksi ph pada M2 2.5 psi sebesar 7.14% sedangkan pada M2 5 psi sebesar 5.95%, rejeksi salinitas pada M2 2.5 psi sebesar 17.24% sedangkan pada M2 5 psi sebesar 15.52% dan rejeksi kerapatan pada M2 2.5 psi sebesar 2.75% sedangkan pada M2 5 psi sebesar 1.38% (Gambar 10). Rejeksi ph,

23 kerapatan dan kekeruhan tidak terlalu tinggi yang artinya persen peningkatan kualitas air payau tidak terlalu besar. Nilai rejeksi paling baik adalah rejeksi kekeruhan. 13 Rejeksi (%) 7E+01 6E+01 5E+01 4E+01 3E+01 2E+01 1E+01 0E psi 5 psi Kekeruhan Salinitas ph Kerapatan Tekanan (psi) Gambar 10 Nilai rejeksi pada proses filtrasi tahap II untuk M2 dengan tekanan berbeda Kuat Tekan dan Kuat Tarik Kuat tekan diperoleh dengan menggunakan alat force sensor. Kuat tekan sesudah pada M1 sebesar 2.49 N, sedangkan pada M2 sebesar 4.96 N, dan pada M3 sebesar 3.38 N. Dari tabel 2, membran dengan bobot nilon yang semakin besar akan menghasilkan kuat tekan yang besar pula. Hal ini terjadi dimungkinkan karena dengan semakin banyaknya bobot nilon yang digunakan maka ikatan polimerisasinya semakin banyak. Dari tabel 2 juga diperoleh bahwa kuat tekan sebelum dan sesudah digunakan menghasilkan kuat tekan yang berbeda. Kuat tekan sebelum digunakan lebih besar dibandingkan dengan kuat tekan sesudah digunakan. Hal ini terjadi karena membran nilon yang sudah digunakan mengalami kerusakan akibat membran yang bekerja untuk menahan kotoran-kotoran yang ada pada air payau. 13 Tabel 1 Perbandingan kuat tekan membran nilon Bobot Luas di bawah kurva (kg m s-1) Gaya maksimum (N) Kuat tekan (N cm-2) nilon (g) sebelum sesudah sebelum sesudah sebelum Sesudah Kuat tarik membran juga diperoleh dengan menggunakan force sensor. Kuat tarik sesudah digunakan pada M1 adalah 2.58 N, sedangkan M2 adalah 6.11 N, dan pada M3 adalah 5.27 N. Kuat tarik berbanding lurus dengan

24 14 kuat tekan dimana semakin banyak bobot nilon yang digunakan maka kuat tarik membran semakin besar karena ikatan polimerisasi pada membran semakin banyak. Secara umum, uat tarik dan kuat tekan berbanding lurus dengan rejeksi membran sehingga jika membran memiliki kuat tarik dan kuat tekan yang tinggi akan menghasilkan rejeksi yang tinggi pula. Namun, kuat tarik dan kuat tekan membran tidak berbanding terbalik dengan fluks membran. Kuat tarik sebelum digunakan lebih besar dari kuat tarik sesudah digunakan karena membran yang sudah digunakan mengalami kerusakan pada saat filtrasi akibat membran yang bekerja untuk menahan kotoran-kotoran yang ada pada air payau. 13 Tabel 2 Perbandingan kuat tarik membran nilon Bobot Luas di bawah kurva (kg m s-2) Gaya maksimum (N) Kuat tarik (N cm-2) nilon (g) sebelum sesudah sebelum sesudah sebelum sesudah Morfologi Membran Analisa struktur permukaan membran dilakukan untuk melihat ukuran pori membran yang digunakan. Untuk melihat pori membran digunakan analisa SEM (Scanning Electron Miscroscope). Dari hasil SEM diketahui ukuran pori membran adalah 5 μm. Hasil SEM pada M2 sebelum dan sesudah digunakan terdapat perbedaan permukaan (Gambar 11). Gambar 11.a membran memiliki pori dan permukaan yang rata sedangkan pada gambar 11.b terlihat membran yang ditutupi oleh kotoran-kotoran air payau akibat terjadinya fouling, dimana membran akan mengalami fouling jika pemakaian filtrasi lama. (a) (b) Gambar 11 Hasil uji SEM membran 6.5 g (a) sebelum filtrasi, (b) sesudah filtrasi

25 Hasil SEM sebelum filtrasi pada M2 menunjukkan perbedaan dengan M1. M2 menghasilkan pori yang lebih sedikit dibandingkan dengan M1 (Gambar 12). Pada Gambar 12.a terlihat pori M2 sangat sedikit dibandingkan dengan Gambar 12.b pada M1. Hal ini terjadi karena membran yang mempunyai bobot nilon yang lebih banyak akan menghasilkan membran yang lebih padat, karena terjadinya peningkatan polimerisasi pada membran nilon yang mempunyai bobot nilon lebih besar. 15 (a) (b) Gambar 12 Hasil uji SEM sebelum filtrasi (a) 6.5 g, (b) 6 g

26 16 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Filtrasi pada tiap membran menghasilkan nilai fluks yang berbeda-beda. Membran 6 g memiliki nilai fluks lebih tinggi dibandingkan dengan membran 6.5 g, dan lebih tinggi dari membran 7 g. Membran nilon sebelum digunakan memiliki kuat tekan dan kuat tarik lebih besar dibandingkan dengan sesudah digunakan. Dapat disimpulkan bahwa membran mengalami perubahan sifat dimana membran yang sudah digunakan filtrasi akan mudah rusak, kekuatan membran juga berkurang. Membran yang sudah digunakan saat filtrasi mengalami fouling yang menyebabkan membran mengalami kerusakan. Data rejeksi yang diperoleh menunjukkan membran 6.5 g dominan lebih bagus dibandingkan membran lainnya. Rejeksi paling tinggi berada pada kekeruhan. Penelitian ini berhasil karena membran nilon mampu menyaring kotoran-kotoran pada air payau. Saran Diharapkan pada penelitian selanjutnya dilakukan variasi bahan pada membran nilon, variasi ketebalan membran untuk melihat pengaruh rejeksi yang lebih besar dengan menggunakan alat sistem cross-flow yang memiliki sistem filtrasi berulang agar nilai rejeksi yang dihasilkan semakin tinggi.

27 17 DAFTAR PUSTAKA 1 Djasio S Pedoman Bidang Studi Penyediaan Air Bersih. Depkes RI, Jakarta : Redjeki S Kajian Awal Pengurangan Fouling Pada Desalinasi Air Payau dengan Proses Elektrodialisis. [Jurnal]. Jawa Timur : Teknik Kimia UPN 3 Mulder, M Basic Principles of Membrane Technology. London: Kluwer Academic Publisher. 4 Susanti Analisis Pengaruh Waktu Perendaman Pada Proses Pembuatan Membran Hibrid Nilon 6,6-Kaolin Secara Inversi Fasa Terhadap Kinerja Membran. Skripsi Jurusan Kimia FMIPA. Universitas Riau, Pekanbaru. 5 Gutman R.G. (1987). Membrane Filtration, The Reological of Pressure Driven Crossflow Process. Di dalam Greiche Dian Kususmawardani. Pemekatan Sirup Glukosa dengan Proses Mikrofiltrasi Crossflow Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian Bogor, IPB: Bogor. 6 Brambach R Studies in fouling during crossflow micro filtration in sintered stainless steel membranes. Final Year Res. Report. Department of Chemical Engineering. Imperial College, London. 7 Mulder M Basic Principles of Membrane Technology. Netherland: Kluwer Academic. 8 BSN Metode pengujian kuat tekan uniaxial batu. 9 BSN Cara uji kuat dan tekan batu aksial. 10 Soedjono Analisis Air Payau. [Jurnal]. Jawa Tengah : UNDIP 11 Winani Kajian Efektivitas Membran Selulosa Asetat pada Proses Filtrasi Bertahap untuk Desalinasi Air Laut. [Skripsi]. Bogor : IPB

28 18 Lampiran 1 Diagram Penelitian Pembuatan membran nilon Uji mekanik membran sebelum digunakan Uji rejeksi (pengukuran salinitas, ph, kekeruhan, kerapatan air payau) Proses filtrasi tahap I dengan variasi tekanan Hasil penyaringan I Uji fluks Proses filtrasi tahap II dengan variasi tekanan Hasil penyaringan II Uji fluks Uji rejeksi (pengukuran salinitas, ph, kekeruhan, dan kerapatan air payau) Uji SEM Analisis Data

29 19 Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian Stirrer Pembuatan Membran Membran Nilon Terjadinya fouling Salinimeter Tekanan pada filtrasi Umpan SEM

30 20 Lampiran 3 Data Penelitian Waktu (s) Waktu (s) Hasil Filtrasi Tahap I Membran 6 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata Hasil Filtrasi Tahap II Membran 6 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata

31 21 Waktu (s) Waktu (s) Waktu (s) Hasil Filtrasi Tahap I Membran 6.5 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata Hasil Filtrasi Tahap II Membran 6.5 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata Hasil Filtrasi Tahap I Membran 6.5 g 5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata

32 Waktu (s) Waktu (s) Hasil Filtrasi Tahap II Membran 6.5 g 5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata Hasil Filtrasi Tahap I Membran 7 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata

33 Waktu (s) Hasil Filtrasi Tahap II Membran 7 g 2.5 psi Volume Volume Ratarata Fluks 1 Fluks 2 1 (L) 2 (L) Ratarata Salinitas Membran Kontrol Nilai rejeksi I (%) Nilai rejeksi II (%) 2.5 psi 5,6,8 psi 2.5 psi 5,6,7 psi 6 Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata

34 24 ph Nilai rejeksi II Nilai rejeksi I (%) Membran Kontrol (%) 2.5 psi 5, 6,8 psi 2.5 psi 5,6,7 psi 6 Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata Kekeruhan Membran Kontrol Nilai rejeksi I (%) Nilai rejeksi II (%) 2.5 psi 5,6,8 psi 2.5 psi 5,6,7 psi Kerapatan Membran Kontrol Nilai rejeksi II (%) 2.5 psi 5,6,7 psi 6 Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata Ulangan Ulangan Rata-rata

35 25 Gaya (N) M6.5 M6.0 M7.0 Kuat tarik membran sebelum digunakan Waktu (s) 2 Gaya N) M6.5 M6.0 M7.0 Kuat tarik membran sesudah digunakan Waktu (s) Gaya (N) Waktu (s) M6.0 M6.5 M7.0 Kuat tekan memebran sebelum digunakan Gaya (N) Waktu (s) M6.0 M6.5 M7.0 Kuat tekan membran sesudah digunakan

36 26 RIWAYAT HIDUP Penulis mempunyai nama lengkap Try Yuyun Sihotang, anak ketiga dari pasangan Parlaungan Sihotang dan Tetty Nahampun, lahir pada tanggal 09 Juli 1992 di Manduamas. Pendidikan yang telah ditempuh penulis: SDN 2 Manduamas Lama Kab Tapanuli Tengah Tahun , SMP Swasta Fatima I Sibolga Tahun , dan SMA Swasta Katolik Sibolga Tahun Pada tahun 2010 penulis melanjutkan pendidikannya ke jenjang perguruan tinggi di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis pernah menjadi duta Promosi dan OMDA IPB pada tahun Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum untuk matakuliah Eksperimen Fisika II tahun Semasa kuliah, penulis aktif di Persekutuan Mahasiswa Kristen IPB. Pada tahun 2012 menjabat Ketua Bidang Pelayanan di Komisi Pelayanan Khusus Persekutuan Mahasiswa Kristen IPB.