KEMAMPUAN MEMBRAN HIBRID NILON 6,6-KAOLIN UNTUK MENGURANGI INTENSITAS WARNA AIR GAMBUT

Transkripsi

1 KEMAMPUAN MEMBRAN HIBRID NILON 6,6-KAOLIN UNTUK MENGURANGI INTENSITAS WARNA AIR GAMBUT D. Astuti 1, A. Linggawati 2, Muhdarina 2 1 Mahasiswa Program Studi S1 Kimia 2 Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia decy_noe@gmail.com ABSTRACT Nilon 6,6-kaolin hybrid membrane is a combination of polymer (nylon 6,6) and inorganic compound (kaolin clay) prepared by phase inversion through immersion processes. This research has been done to determine the effectiveness of nylon 6,6- kaolin hybrid membrane in reducing the intensity of peat water color. The effectiveness of membrane can be known from membrane permeability and selectivity. Membrane permeability of nylon 6,6-kaolin hybrid was 2x10-5 ml/cm 2 s bar. Application of nilon 6,6-kaolin hybrid membrane for treating peat water color at various pressures showed a good membrane performance in reducing the intensity of the color ranges from 97-99%. Decrease in color intensity was the highest at a pressure of 1.5 bar. Nilon 6,6-kaolin hybrid membrane effectively was used in treatment peat water. Quality of membrane processed peat water is in compliance with clean air standards by PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 about drinking water quality requirements. Keyword: Nylon 6,6 membrane-kaolin, Peat water, Permeability. ABSTRAK Membran hibrid nilon 6,6-kaolin merupakan kombinasi dari bahan polimer (nilon 6,6) dan bahan anorganik (lempung kaolin) yang dibuat secara inversi fasa melalui proses perendaman. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan membran hibrid nilon 6,6-kaolin dalam mengurangi intensitas warna air gambut. Kinerja membran dapat diketahui dari nilai permeabilitas dan selektivitas. Permeabilitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin adalah 2x10-5 ml/cm 2 s bar. Aplikasi membran nilon 6,6-kaolin untuk mengolah warna air gambut pada berbagai tekanan menunjukkan kinerja membran yang baik mampu menurunkan intensitas warna berkisar 97-99%. Penurunan intensitas warna tertinggi terjadi pada tekanan 1,5 bar. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin efektif digunakan dalam pengolahan air gambut. Kualitas air gambut hasil olahan membran ini telah memenuhi standar baku air bersih menurut PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum. Kata Kunci: Membran hibrid nilon 6,6-kaolin, Air gambut, Permeabilitas. 1

2 PENDAHULUAN Air gambut merupakan air permukaan yang banyak terdapat di daerah lahan gambut atau dataran rendah. Air gambut memiliki karakteristik meliputi: intensitas warna tinggi (berwarna kuning kecoklatan), kandungan zat organik tinggi dan ph rendah (Kusnaedi, 2006). Karakteristik air tersebut tidak layak untuk dikonsumsi secara langsung. Pengolahan air gambut masih mengalami kesulitan terutama dalam mengurangi warna khas air gambut tersebut. Warna air gambut dominan berasal dari senyawa-senyawa organik seperti asam-asam humus yang terdiri dari asam humat, asam fulfat dan humin. Asam humus mempunyai berat molekul tinggi dan berwarna kuning kecoklatan sampai kehitaman yang menyebabkan air berwarna dan bersifat asam (Novita, 2008). Metode yang biasa digunakan dalam pengolahan air gambut melip i koagulasi, flokulasi, sedimentasi dan filtrasi. Pengolahan air gambut dengan metode koagulasi dan flokulasi menggunakan koagulan cair dari lempung alam (Fe>Al) hanya mampu mengurangi kadar zat organik (warna air) sebesar 15,28% (Hamid, 2013). Kelemahan dari metode ini belum mampu menghilangkan warna air gambut dan kadar zat organik (warna air) yang dihasilkan masih di atas baku mutu yang ditetapkan oleh PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum yaitu 15 TCU. Selain itu koagulan dalam jumlah berlebihan akan mengakibatkan pemborosan dan limbah yang mengandung logam. Limbah yang dihasilkan tersebut bila dibuang ke lingkungan, secara akumulatif akan menghasilkan sludge yang berdampak negatif terhadap lingkungan (Syarfi, 2007). Oleh karena itu perlu dilakukan pengolahan air gambut dengan menggunakan metode lain yaitu menggunakan membran. Keunggulan teknologi membran dibandingkan teknologi pengolahan la n seperti koagulasi, flokulasi, sedimentasi adalah sistem pengoperasiannya mudah, konsumsi energi rendah rta ramah lingkungan. Pada kajian ini, proses pengolahan air gambut menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin. Pembuatan membran hibrid nilon 6,6-kaolin merujuk pada penelitian Susanti (2011). Membran ini memiliki kinerja yang baik yaitu mampu merejeksi dekstran kda sebesar 97,7%. Air gambut mengandung asam humus dengan berat molekul yang jauh lebih besar dibandingkan dekstran yaitu berkisar kda. Oleh karena itu membran hibrid nilon 6,6-kaolin ini diprediksikan mampu merejeksi senyawa-senyawa humat penyumbang warna air gambut. Pada penelitian ini, membran hibrid nilon 6,6-kaolin akan diuji kinerjanya dalam pengolahan air gambut untuk mengurangi intensitas warna air gambut. Oleh karena kandungan zat warna terkait dengan keasaman, maka ph air sebelum dan setelah pengolahan dengan membran juga dianalisis. Hasil yang diperoleh akan dibandingkan dengan standar yang ditetapkan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum. METODE PENELITIAN a. Pembuatan membran hibrid nilon 6,6-kaolin Pembuatan membran hibrid nilon 6,6-kaolin mengacu pada kajian Susanti (2011). Membran yang digunakan adalah membran hibrid yang dibuat dari nilon 6,6 2

3 dan kaolin dengan komposisi 83/17 (% w/w). Membran ini dibuat secara inversi fasa perendaman dengan prosedur sebagai berikut : Nilon 6,6 (7,262 g) dilarutkan dalam asam formiat pekat (50 ml) dengan konsentrasi 12,5% (w/w), kemudian dicampurkan dengan lempung kaolin (ayakan 200 mesh) yang telah dipanaskan pada temperatur 105 o C dan campuran diaduk selama 2 jam hingga merata. Membran ini dibuat dengan komposisi nilon 6,6/kaolin yaitu 83/17 (% w/w), larutan ini disebut larutan dope. Sebelum dilakukan pencetakan, larutan dope didiamkan selama lebih kurang 30 menit. Larutan dope dituang di atas plat kaca yang telah diolesi aseton lalu diratakan dengan batang stainless steel hingga terbentuk lapisan tipis dan dibiarkan selama 7 menit. Lapisan tipis direndam di dalam air selama 25 menit. b. Pengambilan sampel air gambut ( SNI ) Lokasi pengambilan sampel air gambut di Desa Rimbo Panjang, salah satu sumur milik warga yaitu Bapak Burhan, Km 18, Pekanbaru-Bangkinang. Sampel air gambut diambil menggunakan alat pengambil sampel pada titik kordinat yang berbeda yaitu bagian permukaan, pertengahan dan sekita dasar sumur dengan kedalaman sumur ±1,5 meter. Sampel air gambut dimasukkan ke dalam botol polietilen dan dibalut dengan aluminium foil, selanjutnya sampel dicampur secara homogen. Untuk selanjutnya, sampel air gambut dimasukkan ke dalam kotak pendingin untuk analisis parameter air gambut dan ph awal dicatat. c. Uji permeabilitas Kinerja membran dapat diketahui melalui uji permeabilitas yang dilakukan dengan menggunakan akuades dan sampel air gambut. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin dipotong berbentuk lingkaran sesuai dengan ukuran sel engaduk dan diletakkan di dalam sel. Sebelum pengukuran permeabilitas, terlebih dahulu membran dikompaksi pada tekanan 2 bar untuk mendapatkan keadaan stabil. Pengambilan data dilakukan setelah menit air melewati membran, dimulai pada tetesan pertama air melewati membran. Air yang melewati membran ditampung dengan gelas ukur hingga volume mencapai 5 ml. Waktu y ng dibutuhkan air untuk melewati membran dari tetes pertama hingga mencapai volume tersebut dicatat sebagai waktu alir. Kecepatan alir air melewati membran tersebut dinyatakan sebagai fluks yang dihitung menggunakan persamaan (1). Permeabilitas ditentukan berdasarkan kemiringan kurva fluks terhadap tekanan operasi menggunakan persamaan (2). Pengambilan data tersebut dilakukan pada tekanan 0,5; 1; 1,5; 2 dan 3 b r. Prosedur yang sama digunakan untuk sampel air gambut. Pekerjaan ini dilakukan bersa aan dengan penentuan rejeksi air gambut (% penghilangan warna). d. Analisis parameter air gambut Analisis parameter air gambut dilakukan berdasarkan se fisik berupa analisis warna dan derajat keasaman (ph). Analisis warna menggunakan alat DR pada panjang gelombang 455 nm. Analisis derajat keasaman merujuk SNI Hasil analisis yang diperoleh dibandingkan dengan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum. 3

4 HASIL DAN PEMBAHASAN a. Permeabilitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin Permeabilitas membran diketahui dari nilai konstanta permeabilitas (Lp) yang diperoleh berdasarkan kemiringan grafik fluks (kecepat alir akuades dan air gambut melewati membran) terhadap tekanan (Gambar 1). Hasil pengukuran fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang dilakukan dengan menggunakan akuades dan sampel air gambut dapat dilihat pada Tabel 1. Pengukuran dilakukan pada suhu ruangan (± 27 o C) dan tekanan operasi yang berbeda (0,5; 1; 1,5; 2 dan 3 bar). Tabel 1: Fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin pada berbagai tekanan operasi. Tekanan (bar) Fluks (x10-5 ml/cm 2.s) Akuades Air Gambut 0,5 0,465 0,430 1,0 0,835 0,728 1,5 1,58 1,20 2,0 2,82 1,94 3,0 5,15 4,60 Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai fluks mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya tekanan, begitu juga seperti yang dilapor an Susanti (2011). Kenaikan fluks membran disebabkan karena adanya gaya penggerak berupa tekanan pada permukaan membran yang menyebabkan volume fluida yang melewati membran akan semakin besar. Adanya peningkatan tekanan operasi akan mendorong fluida lebih cepat melewati pori-pori membran sehingga volume fluida yang melewati memb akan semakin meningkat. Fluks membran juga akan semakin bes seiring dengan meningkatnya volume fluida yang melewati membran. Fluida dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari ukuran pori-pori membran akan terlewatkan, sedangkan yang lebih besar akan tertahan. Peningkatan tekanan juga menyebabkan terjadinya deformasi atau pelebaran pori-pori membran sehingga meningkatkan permeabilitas membran. Hal ini karena fluida dengan tekanan tinggi akan memberikan do ongan yang lebih kuat sehingga memaksa untuk melebar (Pinem, 2011). Permeabilitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang diperoleh pada penelitian ini adalah 2x10-5 ml/cm 2 s bar. Nilai fluks yang didapat menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin ini berbeda-beda tergantung umpan. Berdasarkan umpan yang digunakan yaitu akuades dan air gambut, ternyata nilai fluks akuades lebih tinggi dibandingkan fluks air gambut. Hal ini disebabkan dalam akuades tidak terdapat partikel atau zat terlarut sehingga laju difusi akuades melewati membran lebih cepat. Pada sampel air gambut terdapat partikel dengan berat molekul tertentu sehingga memperlambat laju difusi. 4

5 Fluks (ml/cm 2 s bar) x Fluks akuades Fluks air gambut Tekanan (bar) Gambar 1. Grafik fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin untuk akuades dan sampel air gambut terhadap tekanan. b. Analisis parameter air gambut sebelum pengolahan dengan membran hibrid nilon 6,6-kaolin Sampel air gambut sebelum pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin ditunjukkan pada Tabel 2. Hasil analisis air gambut sebelum pengolahan disebut sebagai umpan. Tabel 2: Analisis parameter sampel air gambut sebelum pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin No Parameter air gambut Satuan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 Hasil analisis (Umpan) tentang syarat kualitas air minum 1 Warna Pt-Co ph - 6,5-8,5 4,53 Berdasarkan Tabel 2 dapat diketahui bahwa hasil analisis air gambut sebelum pengolahan dengan membran hibrid nilon 6,6-kaolin untuk parameter warna dan derajat keasaman (ph) melebihi batas baku air yang ditetapkan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum. Hal ini menunjukkan bahwa air gambut tersebut tidak layak untuk dikonsumsi tanpa proses pengolahan lebih lanjut. Intensitas warna air gambut sebelum pengolahan dengan membran menunjukkan intensitas tinggi yaitu 1250 TCU dan melebihi kadar maksimum yang dianjurkan yaitu 15 TCU. Tingginya intensitas warna pada air gambut tersebut merupakan akibat dari banyaknya kandungan zat organik terlarut terutama dalam bentuk asam humus dan turunannya, seperti asam humat, asam fulvat, dan humin. Asam humus ini bersifat asam, sehingga ph air sebelum pengolahan rendah yaitu sebesar 4,53. Asam humus tersebut berasal dari dekomposisi daun, tumbuhan dan k yu di sekitar daerah gambut. Selain itu, intensitas warna air gambut juga disebabkan oleh besarnya kandungan logam 5

6 besi dan mangan yang terikat pada asam humus ikut terl rut dalam air gambut (Hamid, 2013). c. Analisis parameter warna air gambut setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin Tabel 3 menunjukkan hasil analisis parameter warna sampel air gambut setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin pada suhu ruangan dan variasi tekanan operasi. Analisis parameter air gambut setelah pengolahan disebut sebagai permeat. Tabel 3: Analisis warna air gambut sebelum dan setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin dengan variasi tekanan operasi (umpan=10 ml) PERMENKES Analisis parameter Penurunan No.492/MENKES/PER/IV/2010 warna Intensitas tentang syarat kualitas air Umpan Permeat warna minum (TCU) (TCU) 0, , ,64 1, , , ,76 Tekanan (bar) Setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin kadar warna air gambut menurun ( Tabel 3). Pada penelitian ini kemampuan membran dalam mengolah air gambut dapat dilihat dari kemampuan membran untuk menurunkan intensitas warna. Persentase penurunan intensitas warna air gambut berkisar antara 97% hingga 99%. Hal ini membuktikan bahwa membran hibrid nilon 6,6-kaolin terbukti mampu mengurangi warna air gambut. Kemampuan membran dalam menolak warna air gambut sesuai dengan karakter membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang dilaporkan oleh Susanti (2011). Menurut Susanti (2011) membran ini mapu menolak dekstran ( kda) sebesar 97,7%. Oleh karena air gambut mempunyai berat molekul lebih besar dari dekstran yaitu berkisar kda, maka persentase penolakan warna air gambut lebih tinggi dibandingkan dekstran. Selain berat molekul, ukuran pori juga berperan dalam menentukan selektivitas. Menurut Mulder (1991) membran yang memiliki ukuran por kecil akan memberikan tolakan yang lebih besar daripada membran yang mempuny i ukuran pori yang lebih besar. Berdasarkan morfologinya, membran hibrid nilon 6,6-kaolin mempunyai ukuran pori yang kecil dari ukuran partikel yang terlarut dalam air gambut yaitu 1,1-1,6 µm. Oleh karena itu, kemampuan penolakan intensitas warna leh membran hibrid nilon 6,6- kaolin besar yaitu 99,12% pada tekanan 1,5 bar. 6

7 Warna (TCU) Analisis Umpan (TCU) Analisis Permeat (TCU) 0 0,5 1 1,5 2 3 Tekanan (bar) Gambar 2. Analisis intensitas warna air gambut sebelum dan setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin dengan variasi tekanan operasi. Hasil analisis intensitas warna air gambut yang dihasilkan setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin pada tekanan 1,5 bar tersebut adalah paling rendah yaitu 11 TCU (Gambar 2). Merujuk PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum, hasil pengolahan intensitas warna dengan membran nilon 6,6-kaolin telah memenuhi kualitas baku mutu air minum. Tabel 4: Analisis parameter air gambut sebelum dan setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin (P=1,5 bar, umpan=10 ml) No Parameter air gambut Satuan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV /2010 tentang syarat kualitas air minum Umpan Hasil analisis Permeat 1 Warna TCU ph - 6,5-8,5 4,53 6,57 Kandungan zat warna mempengaruhi derajat keasaman ( Tabel 4). Berdasarkan Tabel 4 diketahui bahwa pada intensitas warna air gambut tinggi (1250 TCU) menyebabkan kadar keasaman rendah (ph=4,53). Namun, setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin intensitas warna air gambut menurun yaitu 11 TCU, sehingga ph mengalami peningkatan dari 4,53 menjadi 6,57. Keasaman air gambut dipengaruhi oleh kandungan asam humus. Oleh karena peningkatan tolakan intensitas warna air gambut besar, maka kandungan asam humus dalam air gambut berkurang akibatnya ph mengalami peningkatan. Merujuk PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum, ph air gambut 7

8 setelah pengolahan menunjukkan hasil yang sangat baik, karena berada pada batas nilai normal ph. KESIMPULAN DAN SARAN Air gambut Desa Rimbo Panjang sebelum pengolahan memiliki karakteristik fisik : kandungan intensitas warna yang tinggi yaitu 1250 TCU dan ph yang rendah 4,53. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin mampu mengurangi intensitas warna air gambut sebesar 99,12% pada tekanan optimum 1,5 bar. Penurunan intensitas warna meningkatkan ph dari 4,53 menjadi 6,57. Kualitas air gambut setelah pengolahan menggunakan membran hibrid nilon 6,6-kaolin memenuhi standar yang ditetapkan sesuai dengan PERMENKES No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat kualitas air minum. Berdasarkan penelitian yang telah diselesaikan maka penulis menyarankan agar dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu, mengetahui kemampuan membran hibrid nilon 6,6-kaolin dalam pengolahan air gambut untuk analisis kand an logam besi (Fe) dan mangan yang juga dapat menyebabkan tingginya intensitas warna pada air gambut. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih ditujukan kepada pihak Universitas Riau yang telah mendanai melalui Alokasi Dana RKAKL Jurusan Kimia Universitas Riau Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Amilia Linggawati, M.Si dan Ibu Dr. Muhdarina, M.Si yang telah membimbing penulis selama penelitian hingga penulisan skripsi. DAFTAR PUSTAKA Hamid. A Efektifitas Lempung Alam sebagai Koagulan Cair dalam Penjernihan Air Gambut. Skripsi Jurusan Kimia. FMIPA UR, Pekanbaru. Kusnaedi Mengolah Air Gambut dan Air Kotor untuk Air Minum. Penebar Swadaya, Jakarta. Mulder, M Basic Principles of Membran Technology. Kluwer Academic Publisher. London. Novita, E Penurunan Intensitas Warna Air Gambut Menggunakan Cangkang Telur Sebagai Problem-Based Learning Pembelajaran Kimia. Bandung: Digital Library ITB. Pinem, J.A Sintesis, Karakterisasi dan Penggunaan Membran Hibrid Organik- Anorganik untuk Pengolahan Air Gambut. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan. Yogyakarta, 22 Februari Susanti Analisis Pengaruh Waktu Perendaman pada Proses Pembuatan Membran Nilon 6,6-Kaolin Secara Inversi Fasa Terhadap Kinerja Membran. Skripsi Jurusan Kimia FMIPA UR, Pekanbaru. Syarfi, S.H., Rejeksi Zat Organik Air Gambut Dengan Membran Ultrafiltasi. Jurnal Sains dan Teknologi. XII:

9 9