Judul Tugas Akhir
Pengolahan Limbah Laundry menggunakan Membran Nanofiltrasi Zeolit Aliran Cross Flow untuk Filtrasi Kekeruhan dan Fosfat
Diajukan oleh
Tika Kumala Sari (3310100072)
Dosen Pembimbing
Alia Damayanti, ST, MT., Ph.D
Jurusan Teknik Lingkungan
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
BAB 1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Rumusan Masalah
2. Berapa nilai fluks membran zeolit nanofiltrasi pada
variasi perbandingan konsentrasi air limbah 100%, 75% dan 50% ?
1. Berapa massa zeolit terbaik yang digunakan untuk
pembuatan membran nanofiltrasi ?
3. Berapa nilai rejeksi membran zeolit nanofiltrasi pada variasi perbandingan konsentrasi air limbah 100%, 75% dan 50% ?
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.
Ruang Lingkup
• 3. Parameter yang diukur yaitu kekeruhan dan fosfat
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
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
Manfaat Penelitian
• Memberikan pengetahuan tentang aplikasi teknologi membran nanofiltrasi zeolit untuk pengolahan limbah.
Memberikan alternatif pengolahan limbah laundry dengan menggunakan teknologi membran nanofiltrasi zeolit.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
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 fluida.
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) :
J = 𝑣
𝐴 𝑋 𝑡
Dimana : J = Fluks (I/m2.jam) V = volume permeat (L) A = Luas permukaan membran (m2) t = Waktu (jam)
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 𝑥 100%
Dimana :
R = koefisien rejeksi (%)
Cp = konsentrasi zat terlarut dalam permeat
Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan
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/m2.jam.bar. (Mulder, 1996).
• Menurut Gomes et al. (2010), membran nanofiltrasi dapat meremoval polutan mikro sehingga cocok digunakan untuk pengolahan limbah dan air.
Model Aliran Umpan pada Membran
Cross flow Dead end
Arah aliran sejajar dengan permukaan membran. Aliran umpan mengalir melalui suatu membran, dengan hanya sebagian saja yang melewati pori membran untuk memproduksi permeat
Arah aliran tegak kurus dengan permukaan membran. Keseluruhan dari fluida melewati membran (sebagai media filter) dan partikel tertahan pada membran, (Mallack dan Anderson, 1997).
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
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
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
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
Metodologi Penelitian
Ide Tugas Akhir
Studi Literatur
Pengambilan Sampel
Tahap Pembuatan Membran
Pengujian Membran Pada
Reaktor Cross Flow
Pengujian dan
Analisis Morfologi
SEM EDX PROSEDUR KERJA REAKTOR
1. SINTESIS ZEOLIT 2. PEMBUATAN
MEMBRAN
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.
Reaktor cross flow
Manometer
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Tahap Sintesis Zeolit
Pasir zeolit ditumbuk dan diayak dengan ukuran 200 mesh
Direndam dengan HCl
Dicuci dengan aquadest
Dikeringkan di dalam oven selama 24 jam
Pasir zeolit 200 mesh
Pasir zeolit dibakar dengan KOH pada suhu
360ºC selama 4 jam
Direndam dalam aquadest, dititrasi dan
disaring dan dioven selama 24 jam
Bubuk zeolit hasil sintesis
Tahap Pembuatan Membran
Bubuk zeolit hasil sintesis
Dicampur dengan 2- Propanol dan
dicentrifuge selama 10 menit 600 rpm
Padatan diambil, dilarutkan dengan
NH4Cl dan aquadest
Magnetic stirrer selama 1 jam
Padatan diambil, dicampur dengan PEG,
PVA dan aquadest
Dipanaskan sampai mengental
Dicetak pada cawan petri
Dikeringkan selama 30 jam
Nugroho, 2014
Tahap Sintesis Zeolit
Zeolit yang sudah dicuci HCl
Zeolit & KOH yang telah difurnace
Larutan yang terbentuk setelah
titrasi
Zeolit hasil sintesis
Tahap Pembuatan Membran
Zeolit yang dicentrifuge Pengadukan dengan magnetic stirrer
Membran zeolit
PENGUJIAN PADA REAKTOR CROSS FLOW
• Analisis Awal Limbah Laundry
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Analisis Kekeruhan Analisis Fosfat
Konsetrasi
Volume
Limbah (%)
Nilai Kekeruhan
(NTU)
100 151
75 146
50 143
Konsetrasi
Volume Limbah
(%)
Konsentrasi
Fosfat (mg/L)
100 31,30
75 25,84
50 11,49
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
= 7,065 cm2 = 0,0007065 m2
Fluks membran (J) = 𝑣
𝐴 𝑋 𝑡 =
0,0017 L 0,0007065 m2 𝑋 0,333 jam = 7,22 L/m2.jam
20; 7,22
40; 3,18
60; 1,70 80; 1,17
20; 5,94
40; 2,12 60; 1,39 80; 1,03
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
0 50 100
Flu
ks (
L/m
2.j
am)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3 gram
zeolit 6 gram
Nilai Fluks Membran Limbah 75%
20; 8,49
40; 4,03
60; 2,12
80; 1,49
20; 7,22
40; 3,40
60; 1,98 80; 1,27
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
0 50 100
Flu
ks
(L/m
2.j
am
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3
gram
zeolit 6
gram
20; 11,04
40; 4,67
60; 2,55 80; 1,80
20; 10,19
40; 4,03
60; 2,41 80; 1,70
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0 50 100
Flu
ks
(L/m
2.j
am
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3 gram
zeolit 6 gram
Nilai Fluks Membran Limbah 50%
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 𝑥 100%
= 1− 24,21
151 𝑥 100% = 83,97%
20; 83,97 40; 84,21
60; 85,59
80; 87,09
20; 85,05
40; 87,46 60; 87,93
80; 88,46
83,5084,0084,5085,0085,5086,0086,5087,0087,5088,0088,5089,00
0 50 100
Nil
ai
reje
ksi
(%
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3 gram
zeolit 6 gram
Nilai Rejeksi Kekeruhan Limbah 75%
20; 80,23
40; 83,49 60; 83,58
80; 85,16
20; 83,71
40; 83,96
60; 86,62 80; 87,82
79,00
80,00
81,00
82,00
83,00
84,00
85,00
86,00
87,00
88,00
89,00
0 50 100
Nil
ai
reje
ksi
(%
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3
gram
zeolit 6
gram
Nilai Rejeksi Kekeruhan Limbah 50%
20; 78,57
40; 82,39
60; 83,60
80; 84,45
20; 78,94
40; 82,52
60; 85,33
80; 87,58
78,0079,0080,0081,0082,0083,0084,0085,0086,0087,0088,0089,00
0 50 100
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3
gram
zeolit 6
gram
Nilai rejeksi fosfat 100% Nilai rejeksi fosfat 75%
32
20; 80,10
40; 81,84 60; 82,04
80; 82,68
20; 81,52
40; 81,68
60; 82,42
80; 82,97
79,50
80,00
80,50
81,00
81,50
82,00
82,50
83,00
83,50
0 50 100
Nil
ai
reje
ksi
(%
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3 gram
zeolit 6 gram
20; 78,40 40; 79,02
60; 80,98
80; 81,02
20; 81,25 40; 81,22
60; 81,96
80; 82,90
78,00
78,50
79,00
79,50
80,00
80,50
81,00
81,50
82,00
82,50
83,00
83,50
0 50 100
Nil
ai
reje
ksi
(%
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3
gram
zeolit 6
gram
33
Nilai rejeksi fosfat 50%
20; 78,33
40; 77,45
60; 80,53 80; 80,97
20; 80,97
40; 80,09
60; 81,50 80; 81,85
77,00
77,50
78,00
78,50
79,00
79,50
80,00
80,50
81,00
81,50
82,00
82,50
0 20 40 60 80 100
Nil
ai
reje
ksi
(%
)
Waktu pengambilan permeate (menit)
zeolit 3 gram
zeolit 6 gram
Analisis Morfologi SEM
34
SEM membran sebelum digunakan (10,000 kali)
SEM membran setelah digunakan (10,000 kali)
34
ANALISIS MORFOLOGI EDX
35
Unsur %Wt
C 37,98
O 43,93
Al 0,51
Si 2,37
K 0,09
Ca 10,69
Unsur %Wt
C 30,68
O 49,07
Al 2,42
Si 7,4
P 0,61
K 0,24
Ca 9,5
Membran Sebelum digunakan
Membran Setelah digunakan
35
Analisis Statistik (ANOVA) Contoh
Tingkat kesalahan (α) = 0,05
Hipotesis 1 (Efek konsentrasi terhadap nilai fluks)
• H0: efek dari konsentrasi pada konsentrasi 100% = konsentrasi 75% = konsentrasi 50% (konsentrasi tidak berpengaruh terhadap nilai fluks).
• H1: paling tidak ada satu efek konsentrasi yang berbeda (konsentrasi signifikan berpengaruh terhadap nilai rejeksi).
H0 ditolak apabila P value < α
Kesimpulan : konsentrasi berpengaruh terhadap nilai fluks
36 36
Hasil Anova Terhadap Nilai Fluks
Source Type III Sum of
Squares df Mean Square F Sig.
Corrected Model 193,074a 6 32,179 61,317 ,000
Intercept 353,741 1 353,741 674,058 ,000
Konsentrasi 13,491 2 6,746 12,854 ,000
Massa 1,915 1 1,915 3,650 ,032
Waktu 177,667 3 59,222 112,849 ,000
Error 8,921 17 ,525
Total 555,736 24
Corrected Total 201,995 23
37
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.
37
Hasil Anova Terhadap Nilai Rejeksi Kekeruhan
Source Sum of
Squares
Df Mean Square F Sig.
Corrected Model 41,096a 6 6,849 14,504 ,000
Intercept 157413,784 1 157413,784 333326,018 ,000
Konsentrasi 11,739 2 5,869 12,428 ,000
Massa 11,999 1 11,999 25,408 ,000
Waktu 17,358 3 5,786 12,252 ,000
Error 8,028 17 ,472
Total 157462,908 24
38
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
Hasil Anova Terhadap Nilai Rejeksi Fosfat
Source Sum of Squares Df Mean Square F Sig.
Corrected Model 41,096a 6 6,849 14,504 ,000
Intercept 157413,784 1 157413,784 333326,018 ,000
Konsentrasi 11,739 2 5,869 12,428 ,000
Massa 11,999 1 11,999 25,408 ,000
Waktu 17,358 3 5,786 12,252 ,000
Error 8,028 17 ,472
Total 157462,908 24
39
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
Grafik Anova Nilai Fluks
Konsentrasi Massa
Waktu 40
Grafik Anova Nilai Rejeksi Kekruhan
41
Konsentrasi Massa
Waktu 41
Grafik Anova Nilai Rejeksi Fosfat
42 42
Konsentrasi Massa
Waktu
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/m2.jam. Pada konsentrasi air limbah 75% sebesar 8,49 L/m2.jam dan pada konsentrasir air limbah 100% sebesar 7,22 L/m2.jam. Sedangkan nilai fluks terbesar pada variasi massa membran 3 gram sebesar 11,04 L/m2.jam dan pada membran 6 gram sebesar 10,19 L/m2.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%.
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