KINERJA MEMBRAN KERAMIK BERBASIS TANAH LIAT, ZEOLIT DAN SERBUK BESI DALAM PENURUNAN KADAR FENOL Subriyer Nasir*, Farah Dina, I Made Adi Dewata *Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl. Raya Palembang Prabumulih KM 32 Indralaya, Ogan Ilir Sumatera Selatan 30662 Abstrak Air limbah fenol sangat berbahaya karena merupakan limbah organik yang termasuk kategori B3. Bila mencemari perairan dapat membuat rasa dan bau tidak sedap, serta pada nilai konsentrasi tertentu dapat mengakibatkan kematian organisme di perairan. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan membran keramik dengan komposisi tanah liat, zeolit dan serbuk besi. Sebagai pretreatment digunakan pasir silica dan karbon aktif. Fenol yang digunakan merupakan fenol sintetis. Hasil pretreatment dengan menggunakan silika - karbon aktif dan filter keramik dapat menurunkan kadar fenol sebanyak 99.94% dan TDS sebanyak 84.62%. Kata kunci : membran keramik, fenol, zeolit, tanah liat Abstract Phenols wastewater can be categorized as a toxic and hazardous material which can pollute the waters and cause the death of aquatic organisms. The current research was carried out using ceramic membranes made of clay-soil, zeolite and iron powder. Silica and active carbon were used as a pretreatment. The synthetic panels in various concentrations were used as samples. The results showed that the total phenol and total dissolved solid rejection are 99.94% and 84.62% respectively. Keywords: ceramic membranes, phenols, zeolites, clay soil 1. PENDAHULUAN Fenol atau asam karbolat atau benzenol adalah zat kristal tak berwarna yang memiliki bau khas. Rumus kimianya adalah C 6 H 5 OH dan strukturnya memiliki gugus hidroksil (-OH) yang berikatan dengan cincin fenil(iqbal, dkk). Kata fenol juga merujuk pada beberapa zat yang memiliki cincin aromatik yang berikatan dengan gugus hidroksil. Fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air, yakni 8,3 gram/100 ml. Fenol memiliki sifat yang cenderung asam, artinya dapat melepaskan ion H+ dari gugus hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O yang dapat dilarutkan dalam air. Fenol merupakan salah satu dari sekian banyak senyawa turunan benzena. Ada beberapa cara untuk menurunkan kadar fenol secara fisika selain metode adsorpsi yaitu dengan cara filtrasi atau pemisahan menggunakan membran dalam hal ini membran keramik (membran yang dibuat dengan bahan anorganik), atau dapat pula dilakukan dengan menggunakan membran polimer (membran yang dibuat dengan bahan organik), namun membran polimer terdapat beberapa kelemahan dibanding dengan membran keramik. Membran berfungsi untuk memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat (Iqbal, dkk). Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain yaitu pemisahan dapat dilakukan secara kontinu, konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah, proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya (hybrid processing), pemisahan dapat dilakukan dalam Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 31
kondisi yang mudah diciptakan, mudah dalam scale up. Kekurangan teknologi membran antara lain : fluks (hasil akhir air bersih keluaran membran) dan selektifitas (kemampuan membran untuk menyaring) karena pada proses membran umumnya terjadi fenomena fluks berbanding terbalik dengan selektifitas. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah mempertinggi fluks dan selektifitas (Iqbal, dkk). 2. METODOLOGI PENELITIAN Alat yang digunakan : - Membran Keramik - Housing Membran - Pompa - Flow Meter - Pressure gauge Bahan yang digunakan : - Fenol - Tanah liat Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah : - Media filter, yaitu zeolit dan karbon aktif - Waktu dan tekanan yang bervariasi dalam pengambilan sampel Prosedur Aliran Fenol Melalui Membran : Sampel fenol ditampung di dalam sebuah tangki, kemudian dialirkan menggunakan pompa menuju pre-treatment 1 (silika) selanjutnya menuju pre-treatment 2 (karbon aktif) dan yang terakhir menuju membran, proses ini dilakukan secara continue sampai permeat keluar melalui pori-pori membran keramik. Tanki Pompa Pre-Treatment Pre-Treatment Membran Filter Gambar 1. Skema Peralatan Pengolahan Fenol 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Permeat Tabel 1. Analisa Sampel Awal No Parameter Nilai 1 2 3 Fenol(mg/L) ph (-) TDS (mg/l) 10 6,10 104 5 6,23 57 2,5 6,32 35 Hubungan Antara Fluks Terhadap Waktu Operasi Gambar 2. Hubungan fluks terhadap waktu untuk P = 30 psia Gambar 3. Hubungan fluks terhadap waktu untuk P = 34 psia Gambar 4. Hubungan fluks terhadap waktu untuk P = 38 psia Dari ketiga gambar diatas menunjukkan pada 15 menit pertama fluks yang di dapatkan paling tinggi untuk tekanan 30 psia, 34 psia dan 38 psia. Pada waktu 30 menit fluks mengalami penurunan yang drastis untuk tekanan 30 psia, 34 psia dan 38 psia. Untuk waktu 45 menit dan 60 menit, fluks mengalami penurunan untuk tekanan 30 psia, 34 psia dan 38 psia. Jadi dapat di simpulkan bahwa fluks berbanding terbalik dengan waktu operasi. Semakin cepat waktu operasinya, maka semakin besar fluks yang dihasilkan. Dan semakin lama waktu operasi, maka fluks yang di hasilkan semakin kecil. Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 32
Hubungan Antara Fluks Terhadap Dari beberapa gambar di bawah menunjukkan bahwa dari ketiga membran diatas pada tekanan 38 psia mendapatkan fluks yang sangat besar bila dibandingkan dengan tekanan 30 psia dan 34 psia. Jadi dapat disimpulkan bahwa tingginya fluks berbanding lurus dengan besarnya tekanan yang diberikan danberbanding terbalik dengan waktu operasi. Hubungan Antara TDS Terhadap Waktu Operasi Gambar 9. Hubungan TDS terhadap waktu untuk P = 30 psia Gambar 5. Hubungan fluks terhadap tekanan untuk waktu 15 menit Gambar 10. Hubungan TDS terhadap waktu untuk P = 34 psia Gambar 6. Hubungan fluks terhadap tekanan untuk waktu 30 menit Gambar 11. Hubungan TDS terhadap waktu untuk P = 38 psia Gambar 7. Hubungan fluks terhadap tekanan untuk waktu 45 menit Dari ketiga gambar diatas menunjukkan bahwa dengan komposisi yang berbeda pada setiap membran mempengaruhi kinerja penurunan TDS. Tetapi dari ketiga membran diatas, penurunan TDS sangat dipengaruhi oleh waktu. Jadi dapat disimpulkan semakin lama waktunya, maka persen penurunan TDS menjadi lebih tinggi. Gambar 8. Hubungan fluks terhadap tekanan untuk waktu 60 menit Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 33
Hubungan Antara TDS Terhadap Operasi Gambar 14. Persen penurunan TDS terhadap tekanan untuk waktu 45 menit Gambar 12. Persen penurunan TDS terhadap tekanan untuk waktu 15 menit Gambar 15. Persen penurunan TDS terhadap tekanan untuk waktu 60 menit Gambar 13. Persen penurunan TDS terhadap tekanan untuk waktu 30 menit Dari beberapa Gambar diatas menunjukkan penurunan TDS pada tekanan 30 psia, 34 psia, 38 psia pada ketiga membran mengalami persentase penurunan TDS yang cukup drastis. Jadi dapat disimpulkan semakin tinggi tekanan maka TDS nya juga akan semakin menurun. Tabel 2. Membran 6 dengan komposisi 77,5%(tanah liat), 20%(zeolit), dan 2,5%(500)(serbuk besi) dengan Kadar awal 10 ppm Kadar Fenol (ppm) t 1 t 2 t 3 t 4 P1 0,7565 0,2025 0,2895 0,8546 P2 0,8252 0,0937 0,4528 1,9783 P3 0,9372 0,2879 0,9956 0,9839 Tabel 3. Membran A dengan komposisi 75%(tanah liat), 20%(zeolit), dan 5%(250) (serbuk besi) dengan Kadar awal 5 ppm Kadar Fenol (ppm) t 1 t 2 t 3 t 4 P1 0,6786 0,9777 0,1028 0,7534 P2 0,7067 0,1510 0,3605 0,9973 P3 0,08688 0,1523 0,8510 0,1839 Tabel 4. Membran E dengan komposisi 77,5%(tanah liat), 20%(zeolit), dan 2,5%(250) (serbuk besi) dengan Kadar awal 2,5 ppm Kadar Fenol (ppm) t 1 t 2 t 3 t 4 P1 0,5521 0,8 0,0720 0,0015 P2 0,6670 0,0791 0,0628 0,0674 P3 0,7 0,0862 0,0850 0,0296 Dari beberapa tabel diatas menunjukkan dengan komposisi tanah liat, zeolit dan serbuk besi yang berbeda dapat disimpulkan bahwa membran tersebut sangat efektif untuk mengurangi kadar fenol. Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 34
Hubungan Antara Kadar Fenol Terhadap Waktu Operasi Gambar 16. Hubungan Kadar Fenol terhadap waktu untuk P = 30 psia Gambar 19. Persen penurunan Kadar Fenol terhadap tekanan untuk waktu 15 menit Gambar 20. Persen penurunan Kadar Fenol terhadap tekanan untuk waktu 30 menit Gambar 17. Hubungan Kadar Fenol terhadap waktu untuk P = 34 psia Gambar 18. Hubungan Kadar Fenol terhadap waktu untuk P = 38 psia Pada Gambar penurunan kadar fenol terlihat pada tekanan 30 psia, 34 psia, 38 psia mengalami penurunan yang cukup drastis dari masing-masing kadar fenol awal. Hubungan antara kadar fenol terhadap waktu operasi tidak terlalu berpengaruh tetapi semua analisa menunjukkan bahwa masing-masing membran kinerjanya sangat baik dalam penurunan kadar fenol karena dari masing-masing kadar kinerja membran dapat menurunkan hampir mendekati 100 % kadar fenol. Hubungan Antara Kadar Fenol Terhadap Operasi Gambar 21. Persen penurunan Kadar Fenol terhadap tekanan untuk waktu 45 menit Gambar 22. Persen penurunan Kadar Fenol terhadap tekanan untuk waktu 60 menit Pada Gambar hubungan penurunan tekanan terhadap kadar fenol terlihat sama halnya dengan Gambar hubungan kadar fenol terhadap waktu operasi. Tidak terlalu berpengaruh antara besarnya tekanan dengan penurunan kadar. Sesuai dengan hasil analisa penurunan kadar fenol pada masing masing membran pada setiap tekanan selalu mengalami penurunan kadar yang drastis dari kadar awal fenol. Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 35
Tabel 5. Membran 6 dengan komposisi 77,5%(tanah liat), 20% (zeolit), dan 2,5%(500)(serbuk besi) dengan Kadar awal 10 ppm Data analisa (psia) Tabel 6. Membran A dengan komposisi 75%(tanah liat), 20%(zeolit), dan 5%(250)(serbuk besi) dengan Kadar awal 5 ppm Tabel 7. Membran E dengan komposisi 77,5%(tanah liat), 20%(zeolit), dan 2,5%(250)(serbuk besi) dengan Kadar awal 2,5 ppm 4. KESIMPULAN Waktu (menit) 15 30 45 60 ph 30 6,79 6,79 6,78 6,79 ph 34 6,75 6,74 6,75 6,79 ph 38 6,78 6,79 6,79 6,78 Data analisa (psia) Waktu (menit) 15 30 45 60 ph 30 psia 6,80 6,84 6,83 6,83 ph 34 psia 6,84 6,81 6,80 6,82 ph 38 psia 6,83 6,85 6,84 6,85 Data analisa (psia) Waktu (menit) 15 30 45 60 ph 30 psia 6,80 6,79 6,83 6,82 ph 34 psia 6,80 6,82 6,83 6,83 ph 38 psia 6,82 6,85 6,84 6,85 1. Membran keramik pada berbagai komposisi material dan perlakuan mampu menurunkan kandungan TDS, ph dan Kadar Fenol. 2. Penurunan Kadar Fenol terbaik diperoleh pada membran dengan komposisi tanah liat, zeolit dan serbuk besi 77.5 : 20 : 2.5(250) dengan kondisi operasi 1 jam dan tekanan 30 psia, terjadi penurunan sebesar 99.94% dari kondisi awal 2.5 ppm. 3. Penurunan TDS didapatkan hasil terbaik pada membran dengan komposisi tanah liat, zeolit dan serbuk besi 77.5 : 20 : 2.5(500) waktu operasi 0.75 jam dan tekanan 30 psia, terjadi penurunan sebesar 84.62 % dari TDS awal sebesar 104 mg/l. 4. Membran keramik dapat digunakan sebagai media filtrasi dalam pengolahan limbah fenol, sekaligus dapat menjadi solusi alternatif dalam penanggulangan pencemaran di perairan. 5. Kinerja membran keramik cukup baik terbukti dari hasil penelitian yang diperoleh memenuhi standar kualitas baku mutu air limbah fenol yang telah ditetapkan oleh (Kep.51/MENLH/10/1995). 6. Hasil yang di dapat untuk parameter TDS dan kadar dari fenol mengalami penurunan dari analisa sampel awalnya. DAFTAR PUSTAKA Li, Norman N, Fane, Anthony G, 2008. Advanced Membrane Technology and Applications. John Willey & Sons Inc Publication. Baker, Richard, W. 2004. Membrane Technology and Applications. John Willey & Sons. Nyimas Indah Agustina. 2007. Tinjauan TSS, Turbidity, dan Fluks pada Penjernihan Limbah Industri Jumputan dengan Menggunakan Membran Keramik. Laporan Riset Mahasiswa, Indralaya : Universitas Sriwijaya. Iqbal, M, Imanuel, S. Nasir. 2010. Pengolahan Air Rawa sebagai Sumber Air bersih Menggunakan Membran Keramik. Hasil Penelitian Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sriwijaya. Nasir, S., Desi Anggraini, Rini Agustina (2010), Pembuatan Filter Mikrofiltrasi dari Clay dan Fly Ash dalam Pengolahan Limbah Cair, Prosiding Seminar Teknik Kimia Unpar Bandung, ISBN 978-979 Tambunan, Tiar Delimawati. 2008. Pembuatan keramik berpori terhadap filter gas buang dengan aditif karbon aktif. Universitas Sumatera Utara : Medan. Allport, H. Burnham 1977. Activated Carbon. Encyclopedia of Science and Technology, Mc Graw Hill Book Company, New York. Rachmariska. 2010. Membran Keramik. http://www.proses keramik slip casting.org diakses tanggal 12 Januari Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 36
2012. Anonim. 2009a. Ceramic Membrane. http://en.wikipedia.org/wiki/ceramic_ membrane. diakses tanggal 3 Januari 2012. Anonim.2009b. Limbah Industri. http://www.chem-istry.org/materi_kimia/kimiaindustri/limbah-industri/sifat-airlimbah-cair/ diakses tanggal 7 Januari 2012. Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013 Page 37