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

Transkripsi

1 Oleh Pengolahan Limbah Cair Tahu Menggunakan Membran Nanofiltrasi Silika Aliran Cross Flow Untuk Menurunkan Kadar Nitrat dan Amonium : Dwi Rukma Puspayana NRP : Dosen Pembimbing : Alia Damayani, ST., MT., PhD

2 Latar belakang Perkembangan industri tahu semakin meningkat Belum ada pengolahan untuk limbah cair tahu Terjadi pencemaran di badan air Teknologi membran relatif mahal dan kebanyakan berasal dari luar negeri Keberadaan pasir silika di bumi jumlahnya sangat banyak

3 Rumusan Masalah Penentuan massa silika optimum untuk pembuatan membran sehingga menghasilkan penurunan kadar Nitrat dan Amonium Penentuan nilai koefisien rejeksi untuk Nitrat dan Amonium pada variasi konsentrasi limbah cair tahu Penentuan nilai fluks membran silika nanofiltrasi pada variasi massa silika dan variasi konsentrasi limbah cair tahu

4 Tujuan Menentukan massa silika optimum yang digunakan dalam pembuatan membran sehingga menghasilkan hasil filtrasi untuk limbah cair tahu Mengetahui nilai koefisien rejeksi untuk Nitrat dan Amonium pada variasi konsentrasi limbah cair tahu Mengetahui nilai fluks membran silika nanofiltrasi pada variasi massa silika dan variasi konsentrasi limbah cair tahu

5 Ruang Lingkup Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium Air limbah berasal dari limbah cair industri tahu Parameter yang diukur: Nitrat dan Amonium Bahan baku membran: pasir silika Variasi variabel penelitian ini: - Massa silika - Konsentrasi air limbah : air bersih Untuk sintesis silika menggunakan metode alkali fusion dengan KOH

6 Con t Aliran dalam reaktor yang digunakan adalah aliran cross flow Hasil permeat akan dianalisa dan hasilnya akan dibandingkan dengan Peraturan Menteri Kesehatan No. 416 Tahun 1990 Tentang Syaratsyarat dan Pengawasan Kualitas Air

7 Manfaat o Dapat memanfaatkan pasir silika sebagai bahan baku pembuatan membran o Dapat mengetahi efektifitas kinerja pasir silika sebagai membran untuk menurunkan kadar Nitrat dan Amonium pada limbah air tahu o Teknologi membran yang digunakan dapat menjadi alternatif pengolahan limbah cair tahu dan diharapkan dapat diaplikasikan dilapangan o Dapat mengetahui cara pembuatan membran dengan biaya yang murah dan berbahan baku yang mudah di dapat

8 Tinjauan Pustaka Menurut Agustina S dkk. (2005) teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain, antara lain: - Pemisahan dapat dilakukan secara kontinyu. - Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah. - Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya. (hybrid processing). - Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan. - Mudah dalam scale up. - Tidak perlu adanya bahan tambahan. - Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya

9 Con t Penelitian terdahulu Pemanfaatan silika sebagai membran juga dilakukan pada penelitian Fatmasari, S.R (2012). Akan tetapi pada penelitian ini digunakan silika dari sekam padi sebagai bahan baku pembuatan membran untuk desalinasi air laut. Sekam padi difurnace dengan suhu 600º C selama 5 jam dan setelah itu diayak dengan ayakan 200 mesh untuk menghasilkan silika yang berukuran nano. Reaktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor dead end

10 Metodologi Penelitian Ide Penelitian Sebagian limbah yang dihasilkan dari industri tahu tidak diolah terlebih dahulu Studi Literatur Jurnal, textbook, laporan penelitian. Tugas akhir dan karya terdahulu

11 Metodologi Penelitian Pelaksanaan Penelitian o Analisa Awal Nitrat dan Amonium o Sintesis Silika o Pembuatan Membran dengan Variabel Massa silika 5;8;10 gram o Pengujian Membran pada Reaktor Aliran Cross Flow o Pengujian Struktur Membran dengan konsentrasi air limbah : air PDAM 100%;75%;25% o Analisa Morfologi Membran o Analisa Nitrat dan Amonium pada Permeat

12 Sintesis Silika Tahapan Ekstraksi Tahapan Ekstraksi Tahapan Tahapan Pembentukan Ekstraksi Silicic Acid Tahapan Ekstraksi Tahapan Pemurnian Silika

13 Pembuatan Membran Tahapan Ekstraksi Penimbangan dengan Massa silika 5;8;10 gram Tahapan Ekstraksi 2-propanol proses sentrifuge Tahapan Ekstraksi NH4Cl, aquades magnetic stirrer Tahapan Ekstraksi PVA, PEG, semen putih, aquades dipanaskan Tahapan Ekstraksi Pencetakan membran

14 Membran yang sudah jadi

15 Analisa Awal Limbah Cair Tahu Nitrat Metode Brucin Asetat Analisa Limbah Cair Tahu Amonium Metode Nessler

16 Hasil Analisa Awal Nitrat No Jenis Limbah Konsentrasi Nitrat Pertama (mg/l) Konsentrasi Nitrat Kedua (mg/l) Ratarata 1 100% % %

17 Hasil Analisa Awal Amonium No Jenis Limbah Konsentrasi Amonium Pertama (mg/l) Konsentrasi Amonium Kedua (mg/l) Rata-rata 1 100% % %

18 Pengujian Membran pada Reaktor Membran kawat stainless Water mur Susunan Letak membran

19 Reaktor dengan Aliran cross flow

20 Bak tempat menampung air limbah tahu dan pompa yang digunakan Air dialirkan melalui membran dan air yang tidak melewati membran dialirkan kembali ke dalam bak semula

21 Pressure Gauge untuk mengetahui besar kecilnya tekanan. Valve untuk mengatur besar kecilnya tekanan. Permeat yang dihasilkan

22 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% Variasi Membran menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi ,21 5,48-5% 40 5,21 6,23-20% 60 5,21 7,35-41% Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat ,21 9,21-77% 20 5,21 5,32-2% 40 5,21 6,18-19% 60 5,21 6,99-34% 80 5,21 8,12-56% Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat Koefien Rejeksi (%) 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% -70% -80% -90% Menit ke- 5 gram 8 gram

23 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% Variasi membran 5 menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi 20 4,091 4,21-3% 40 4,091 4,46-9% 60 4,091 5,32-30% Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat 80 4,091 6,8-66% ,091 4,76-16% 40 4,091 5,19-27% 60 4,091 5,88-44% 80 4,091 6,12-50% Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat Koefisien Rejeksi (%) 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% gram 5 gram -70% Menit ke-

24 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% Variasi Membran menit ke Konsentrasi Awal Nitrat (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi ,19 1,22-3% 40 1,19 1,67-40% 60 1,19 1,73-45% 80 1,19 2,08-75% Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat ,19 1,11 7% 40 1,19 1,45-22% 60 1,19 1,55-30% 80 1,19 2,01-69% Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat Koefisien Rejeksi (%) 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% -70% -80% Menit ke- 8 gram 5 gram

25 Pembahasan Pada saat uji membran di dalam reaktor aliran cross flow terjadi proses aerasi yang menyebabkan peningkatan kadar DO (Dissolved Oksigen) yaitu oksigen terlarut. Nilai DO berbanding lurus dengan meningkatnya kadar nitrat, sedangkan nilai amonium berbanding terbalik dengan nilai DO. Reaksi antara pembentukan amonium menjadi nitrit dan menjadi nitrat: NH O 2 NO H 2 O NO ½ O 2 NO 3 -

26 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% Variasi membran menit ke Konsentrasi Awal Amonium (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi 20 19,28 12,98 32,68% Grafik Koefisien Rejeksi Amonium ,28 7,32 62,03% 60 19,28 3,22 83,30% 80 19,28 1,51 92,17% 20 19,28 12,34 36,00% 40 19,28 9,23 52,13% 60 19,28 5,88 69,50% 80 19,28 2,11 89,06% Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Koefisien Rejeksi (%) % 90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% gram 5 gram Menit ke-

27 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% Variasi Membran 5 menit ke Konsentrasi Awal Amonium (mg/l) Konsentrasi Permeat Koefisien Rejeksi % % % % Grafik Koefisien Rejeksi Amonium % % % % Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Koefisien Rejeksi (%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 8 gram 5 gram 0% Menit ke-

28 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% Variasi membran 5 menit ke konsentrasi awal Amonium (mg/l) konsentrasi permeat koefisien rejeksi 20 6,563 5,11 22% 40 6,563 4,21 36% 60 6,563 3,79 42% Grafik Koefisien Rejeksi Amonium 80 6,563 1,09 83% ,563 5,76 12% 40 6,563 4,83 26% 60 6,563 1,99 70% 80 6,563 1,56 76% Terjadi penurunan konsentrasi Amonium Koefisien Rejeksi (%) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% gram 5 gram Menit ke-

29 Pembahasan Didukung oleh penelitian Aprilia (2012) yang mengatakan Penambahan jumlah PVA tidak boleh kurang ataupun tidak boleh lebih karena penambahan PVA mempengaruhi pori-pori pada membran. Faktor yang lainnya adalah semakin banyaknya zat pengotor yang menempel pada membran (terjadi fouling)

30 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100% menit ke volume (ml) 5gr Nilai Fluks volume (ml) 8gr Nilai Fluks 20 1,7 5,30 1,85 5, ,6 2,50 1,5 2,34 Grafik Nilai Fluks 60 1,2 1,25 1,2 1, ,9 0,70 1,05 0,82 Rata-rata 2,44 2,54 Terjadi penurunan nilai fluks Nilai Fluks (ml.cm²/menit gram 5 gram Menit ke-

31 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50% menit 5gr 8gr ke volume (ml) Nilai Fluks volume (ml) Nilai Fluks Rata-rata Terjadi penurunan nilai fluks Nilai Fluks (ml.cm²/menit Menit ke Grafik Nilai Fluks 8 gram 5 gram

32 Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25% 5gr 8gr menit ke volume (ml) Nilai Fluks volume (ml) Nilai Fluks Rata-rata Terjadi penurunan nilai fluks Nilai Fluks (ml.cm²/menit Menit ke 8 gram 5 gram

33 Pembahasan Fluks terbesar terjadi pada membran dengan massa silika 8 gram saat digunakan variasi volume air limbah 25% dengan nilai fluks sebesar 3,67 L/m 2.jam. Adanya faktor pengenceran yang lebih besar daripada variasi volume air limbah 100% dan 50% membuat air limbah tahu lebih encer dan lebih sedikit terdapat zat pengotor. Maka dari itu untuk volume limbah 25% permeat yang dihasilkan paling banyak.

34 Membran dengan massa silika 10 gram tidak dapat terbentuk sehingga tidak didapatkan pula nilai R dan nilai fluksnya. Dikarenakan karena perbandingan antara silika dan PVA tidak sebanding sehingga diperoleh adonan membran yang tidak homogen

35 Karakterisasi Membran Spektra FTIR sebelum membran dipakai Bilangan gelombang 3434,98 cm -1 menunjukkan gugus OH Bilangan gelombang 1461,9 cm -1 menunjukkan ikatan C-H Bilangan 1299,93 dan 1352,01 cm -1 menunjukkan C-O-H Bilangan 1060,78 cm -1 menunjukkan gugus fungsi siloksan Si- O-Si

36 Spektra FTIR setelah membran dipakai

37 Analisa Morfologi Membran Morfologi membran sebelum dipakai

38 Analisa Morfologi Membran Morfologi membran setelah dipakai

39 Kesimpulan Massa silika yang paling optimum untuk pembuatan membran adalah 5 gram. Nilai koefisien rejeksi yang paling baik untuk parameter ammonium adalah 92,17% dengan variasi membran 5 gram dan volume air limbah 100% Nilai fluks yang paling baik untuk parameter ammonium adalah 3,67 L/m 2.jam

40 Terima Kasih