Judul Tugas Akhir Pengolahan Limbah Laundry menggunakan Membran Nanofiltrasi Zeolit Aliran Cross Flow untuk Filtrasi Kekeruhan dan Fosfat

Transkripsi

1 Judul Tugas Akhir Pengolahan Limbah Laundry menggunakan Membran Nanofiltrasi Zeolit Aliran Cross Flow untuk Filtrasi Kekeruhan dan Fosfat Diajukan oleh Tika Kumala Sari ( ) Dosen Pembimbing Alia Damayanti, ST, MT., Ph.D Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2 BAB 1 PENDAHULUAN

3 Latar Belakang

4 Rumusan Masalah 1. Berapa massa zeolit terbaik yang digunakan untuk pembuatan membran nanofiltrasi? 2. Berapa nilai fluks membran zeolit nanofiltrasi pada variasi perbandingan konsentrasi air limbah 100%, 75% dan 50%? 3. Berapa nilai rejeksi membran zeolit nanofiltrasi pada variasi perbandingan konsentrasi air limbah 100%, 75% dan 50%?

5 Tujuan Penelitian 1. Memperoleh massa zeolit terbaik yang digunakan dalam pembuatan membran nanofiltrasi 2. Memperoleh nilai fluks membran zeolit nanofiltrasi pada variasi massa zeolit dan variasi konsentrasi air limbah 3. Memperoleh nilai rejeksi membran zeolit nanofiltrasi pada variasi perbandingan air limbah dengan air PDAM 100 : 1, 75 : 25 dan 50 : 50.

6 Ruang Lingkup 1. Penelitian dilakukan dalam skala lab yaitu di Lab Ekotoksikologi Jurusan Teknik Lingkungan ITS 2. Air limbah yang digunakan berasal dari industri rumahan laundry di daerah Keputih, Sukolilo 3. Parameter yang diukur yaitu kekeruhan dan fosfat 4. Membran yang dibuat berbahan baku zeolit dengan variasi masa zeolit 3 dan 6 g 5. Komposisi limbah cair dengan air PDAM yaitu 100% air limbah ; 75% air limbah 25% air PDAM ; 50% air limbah 50% air PDAM. 6. Aliran dalam reaktor yang digunakan adalah aliran cross flow

7 Manfaat Penelitian Memberikan alternatif pengolahan limbah laundry dengan menggunakan teknologi membran nanofiltrasi zeolit. Memberikan pengetahuan tentang aplikasi teknologi membran nanofiltrasi zeolit untuk pengolahan limbah.

8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

9 Membran Proses pemisahan dua atau lebih komponen dari aliran fluida melalui suatu membran (Badriah, 2010) Berfungsi sebagai penghalang (barrier) yang selektif antara dua fasa yaitu hanya dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu

10 Parameter utama dalam proses pemisahan membran : Nilai Fluks Jumlah volume permeat yang lewati satuan luas permukaan luas membran dengan waktu tertentu dengan adanya gaya dorong. Secara sistematis fluks dirumuskan sebagai (Mulder, 1996) : v J = A X t Dimana : J = Fluks (I/m 2.jam) V = volume permeat (L) A = Luas permukaan membran (m 2 ) t = Waktu (jam)

11 Permselektivitas Ukuran kemampuan suatu membran untuk menahan suatu spesi atau melewatkan suatu spesi tertentu. Dinyatakan dengan nilai rejeksi (R) yang dirumuskan (Mulder,1996) : R = 1- Cp Cf Dimana : x 100% R = koefisien rejeksi (%) Cp = konsentrasi zat terlarut dalam permeat Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan

12 Membran Nanofiltrasi NF adalah proses membran dengan gaya dorong (driving force) tekanan untuk memisahkan partikel, mikroorganisme, molekul-molekul besar (large molecule). Memiliki ukuran pori 1-5 nm yang beroperasi pada tekanan antara 5-20 bar dan batasan permeabilitas-nya mencapai 1,4 12 L/m 2.jam.bar. (Mulder, 1996). Menurut Gomes et al. (2010), membran nanofiltrasi dapat meremoval polutan mikro sehingga cocok digunakan untuk pengolahan limbah dan air.

13 Model Aliran Umpan pada Membran Cross flow Arah aliran sejajar dengan permukaan membran. Aliran umpan mengalir melalui suatu membran, dengan hanya sebagian saja yang melewati pori membran untuk memproduksi permeat Dead end Arah aliran tegak kurus dengan permukaan membran. Keseluruhan dari fluida melewati membran (sebagai media filter) dan partikel tertahan pada membran, (Mallack dan Anderson, 1997).

14 Zeolit Strukturnya berongga sehingga dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, senyawa penukar ion, sebagai filter dan katalis. Zeolit alam merupakan bahan yang cocok dalam fabrikasi membran keramik karena sifatnya yang tidak mudah mengembang dalam air dan mudah membentuk suspensi untuk melapisi membran sebagai pendukung (Dong et al., 2006). Zeolit alam mampu dimanfatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri (Kosmulski, 2001). Pasir zeolit

15 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

16 Metodologi Penelitian Kondisi Realita - Jumlah usaha laundry rumahan yang semakin meningkat sehingga limbah yang dihasilkan semakin meningkat. - Limbah laundry yang tidak diolah sebelum dibuang ke badan air menyebabkan badan air tercemar. Kondisi Ideal Perlu dilakukan pengolahan limbah dengan teknologi membran air agar beban pencemaran yang tidak berlebih Teknologi membran nanofiltrasi dengan bahan dasar zeolit sebagai alternatif pengolahan limbah laundry

17 Pengumpulan Data Data Primer 1. Karakteristik limbah laundry. Parameter yang diteliti meliputi kekeruhan dan fosfat. 2. Massa zeolit optimum. 3. Nilai rejeksi membran zeolit nanofiltrasi pada variasi perbandingan konsentrasi air limbah 100%, 75% dan 50%. 4. Nilai fluks membran zeolit nanofiltrasi pada variasi massa zeolit dan presentase volume air limbah dengan air PDAM Analisis Data Hasil Penelitian, Kesimpulan dan saran

18 Metodologi Penelitian Ide Tugas Akhir Studi Literatur Pengambilan Sampel Pengujian dan Analisis Morfologi SEM EDX Pengujian Membran Pada Reaktor Cross Flow PROSEDUR KERJA REAKTOR Tahap Pembuatan Membran 1. SINTESIS ZEOLIT 2. PEMBUATAN MEMBRAN

19 Analisis Sampel 1. Analisis Kekeruhan 2. Analisis Fosfat Analisis Data dan Pembahasan massa zeolit optimum yang digunakan dalam pembuatan membran nanofiltrasi nilai koefisien rejeksi membran zeolit nanofiltrasi pada variasi konsentrasi air limbah nilai fluks membran zeolit nanofiltrasi pada variasi massa zeolit dan variasi konsentrasi air limbah.

20 Reaktor cross flow Manometer

21 BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

22 Tahap Sintesis Zeolit Pasir zeolit ditumbuk dan diayak dengan ukuran 200 mesh Pasir zeolit 200 mesh Direndam dengan HCl Pasir zeolit dibakar dengan KOH pada suhu 360ºC selama 4 jam Dicuci dengan aquadest Direndam dalam aquadest, dititrasi dan disaring dan dioven selama 24 jam Dikeringkan di dalam oven selama 24 jam Bubuk zeolit hasil sintesis

23 Tahap Pembuatan Membran Bubuk zeolit hasil sintesis Dipanaskan sampai mengental Dicetak pada cawan petri Dicampur dengan 2- Propanol dan dicentrifuge selama 10 menit 600 rpm Padatan diambil, dicampur dengan PEG, PVA dan aquadest Dikeringkan selama 30 jam Padatan diambil, dilarutkan dengan NH4Cl dan aquadest Magnetic stirrer selama 1 jam Nugroho, 2014

24 Tahap Sintesis Zeolit Zeolit yang sudah dicuci HCl Zeolit & KOH yang telah difurnace Larutan yang terbentuk setelah titrasi Zeolit hasil sintesis

25 Tahap Pembuatan Membran Zeolit yang dicentrifuge Pengadukan dengan magnetic stirrer Membran zeolit

26 PENGUJIAN PADA REAKTOR CROSS FLOW

27 ANALISIS DAN PEMBAHASAN Analisis Awal Limbah Laundry Analisis Kekeruhan Analisis Fosfat Konsetrasi Volume Limbah (%) Nilai Kekeruhan (NTU) Konsetrasi Volume Limbah (%) Konsentrasi Fosfat (mg/l) , , ,49

28 Nilai Fluks Membran Limbah 100% Waktu (t) = 20 menit = 0,333 jam Volume (V) 1,7 ml = 0,0017 L Membran berbentuk lingkaran dengan r = 1,5 cm Luas membran = phi x r x r = 3,14 x 1,5 x 1,5 Fluks membran (J) = = 7,065 cm 2 = 0, m 2 v A X t = 0,0017 L 0, m 2 X 0,333 jam = 7,22 L/m2.jam Fluks (L/m2.jam) 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 20; 7,22 20; 5,94 40; 3,18 60; 1,70 40; 2,12 80; 1,17 60; 1,39 80; 1, Waktu pengambilan permeate (menit) zeolit 3 gram zeolit 6 gram

29 Nilai Fluks Membran Limbah 75% Nilai Fluks Membran Limbah 50% Fluks (L/m2.jam) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 20; 7,22 20; 8,49 40; 3,40 40; 4,03 60; 2,12 80; 1,49 60; 1,98 80; 1,27 zeolit 3 gram zeolit 6 gram Waktu pengambilan permeate (menit) Fluks (L/m2.jam) 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 20; 11,04 20; 10,19 zeolit 3 gram 40; 4,67 zeolit 6 gram 40; 4,03 60; 2,55 60; 2,41 80; 1,80 80; 1, Waktu pengambilan permeate (menit)

30 Perhitungan nilai rejeksi Nilai Rejeksi Kekeruhan Limbah 100% Membran zeolit 3 gram pada menit ke 20 Kekeruhan awal (feed) = 151 NTU Kekeruhan permeate = 24,21 NTU Nilai rejeksi (R) = 1- Cp Cf Nilai rejeksi (%) 89,00 88,50 88,00 87,50 87,00 86,50 86,00 85,50 85,00 84,50 84,00 83,50 x 100% = 1 24, ; 85,05 40; 87,46 20; 83,97 40; 84,21 x 100% = 83,97% 60; 87,93 80; 88,46 60; 85,59 80; 87, Waktu pengambilan permeate (menit) zeolit 3 gram zeolit 6 gram

31 Nilai Rejeksi Kekeruhan Limbah 75% Nilai Rejeksi Kekeruhan Limbah 50% Nilai rejeksi (%) 89,00 88,00 87,00 86,00 85,00 84,00 83,00 82,00 81,00 80,00 79,00 20; 83,71 40; 83,96 60; 83,58 40; 83,49 20; 80,23 80; 87,82 60; 86,62 80; 85,16 zeolit 3 gram zeolit 6 gram Waktu pengambilan permeate (menit) 89,00 88,00 87,00 86,00 85,00 84,00 83,00 82,00 81,00 80,00 79,00 78,00 20; 78,57 60; 85,33 80; 84,45 40; 82,52 60; 83,60 40; 82,39 20; 78,94 80; 87,58 zeolit 3 gram zeolit 6 gram Waktu pengambilan permeate (menit)

32 Nilai rejeksi fosfat 100% Nilai rejeksi fosfat 75% Nilai rejeksi (%) 83,50 83,00 82,50 82,00 81,50 81,00 80,50 80,00 79,50 20; 81,52 80; 82,97 60; 82,42 80; 82,68 40; 81,84 40; 81,68 60; 82,04 zeolit 3 gram zeolit 6 gram Nilai rejeksi (%) 83,50 83,00 82,50 82,00 81,50 81,00 80,50 80,00 79,50 79,00 20; 80,10 78,50 78, Waktu pengambilan permeate (menit) 20; 81,25 40; 81,22 60; 81,96 60; 80,98 20; 78,40 40; 79,02 80; 82,90 80; 81,02 zeolit 3 gram zeolit 6 gram Waktu pengambilan permeate (menit) 32

33 Nilai rejeksi fosfat 50% Nilai rejeksi (%) 82,50 82,00 81,50 81,00 80,50 80,00 79,50 79,00 78,50 78,00 77,50 77,00 20; 80,97 20; 78,33 40; 80,09 60; 81,50 40; 77,45 80; 81,85 80; 80,97 60; 80, Waktu pengambilan permeate (menit) zeolit 3 gram zeolit 6 gram 33

34 Analisis Morfologi SEM SEM membran sebelum digunakan (10,000 kali) SEM membran setelah digunakan (10,000 kali) 34 34

35 ANALISIS MORFOLOGI EDX Unsur %Wt C 37,98 O 43,93 Al 0,51 Si 2,37 K 0,09 Ca 10,69 Membran Sebelum digunakan Unsur %Wt C 30,68 O 49,07 Al 2,42 Si 7,4 P 0,61 K 0,24 Ca 9,5 Membran Setelah digunakan 35 35

36 Analisis Statistik (ANOVA) Contoh Tingkat kesalahan (α) = 0,05 Hipotesis 1 (Efek konsentrasi terhadap nilai fluks) H 0 : efek dari konsentrasi pada konsentrasi 100% = konsentrasi 75% = konsentrasi 50% (konsentrasi tidak berpengaruh terhadap nilai fluks). H 1 : paling tidak ada satu efek konsentrasi yang berbeda (konsentrasi signifikan berpengaruh terhadap nilai rejeksi). H 0 ditolak apabila P value < α Kesimpulan : konsentrasi berpengaruh terhadap nilai fluks 36 36

37 Hasil Anova Terhadap Nilai Fluks Source Type III Sum of Squares df Mean Square F Sig. Corrected Model 193,074 a 6 32,179 61,317,000 Intercept 353, , ,058,000 Konsentrasi 13, ,746 12,854,000 Massa 1, ,915 3,650,032 Waktu 177, , ,849,000 Error 8,921 17,525 Total 555, Corrected Total 201, Nilai P value < 0,05 untuk variasi konsentrasi, massa dan waktu Kesimpulan : Tolak Ho. Keputusan : Variasi konsentrasi, massa dan waktu berpengaruh terhadap nilai fluks membran

38 Hasil Anova Terhadap Nilai Rejeksi Kekeruhan Source Sum of Squares Df Mean Square F Sig. Corrected Model 41,096 a 6 6,849 14,504,000 Intercept , , ,018,000 Konsentrasi 11, ,869 12,428,000 Massa 11, ,999 25,408,000 Waktu 17, ,786 12,252,000 Error 8,028 17,472 Total , Nilai P value < 0,05 untuk variasi konsentrasi, massa dan waktu Kesimpulan : Tolak Ho. Keputusan : Variasi konsentrasi, massa dan waktu berpengaruh terhadap nilai rejeksi kekeruhan 38 38

39 Hasil Anova Terhadap Nilai Rejeksi Fosfat Source Sum of Squares Df Mean Square F Sig. Corrected Model 41,096 a 6 6,849 14,504,000 Intercept , , ,018,000 Konsentrasi 11, ,869 12,428,000 Massa 11, ,999 25,408,000 Waktu 17, ,786 12,252,000 Error 8,028 17,472 Total , Nilai P value < 0,05 untuk variasi konsentrasi, massa dan waktu Kesimpulan : Tolak Ho. Keputusan : Variasi konsentrasi, massa dan waktu berpengaruh terhadap nilai rejeksi fosfat 39 39

40 Grafik Anova Nilai Fluks Konsentrasi Massa Waktu 40

41 Grafik Anova Nilai Rejeksi Kekruhan Konsentrasi Massa Waktu 41 41

42 Grafik Anova Nilai Rejeksi Fosfat Konsentrasi Massa Waktu 42 42

43 KESIMPULAN 1. Massa zeolit terbaik pembuatan membran nanofiltrasi zeolit untuk pengolahan limbah laundry adalah 6 gram. 2. Nilai fluks yang terbesar di konsentrasi air limbah 50% yaitu sebesar 5,02 L/m 2.jam. Pada konsentrasi air limbah 75% sebesar 8,49 L/m 2.jam dan pada konsentrasir air limbah 100% sebesar 7,22 L/m 2.jam. Sedangkan nilai fluks terbesar pada variasi massa membran 3 gram sebesar 11,04 L/m 2.jam dan pada membran 6 gram sebesar 10,19 L/m 2.jam. 3. Nilai rejeksi yang terbesar untuk parameter kekeruhan didapatkan pada membran dengan variasi massa 6 gram dengan konsentrasi air limbah 100% yaitu sebesar 88,46%. Sedangkan untuk parameter fosfat nilai rejeksi terbaik terdapat pada membran dengan variasi massa 6 gram dengan konsentrasi air limbah 100% sebesar 82,97%.

44 SARAN Perlunya diadakan penelitian lebih lanjut mengenai variasi bahan utama untuk pembuatan membran Perlunya diadakan penelitian lebih lanjut mengenai variasi tekanan untuk meningkatkan nilai fluks dan nilai rejeksi

45 TERIMA KASIH 45